Моделирование комбинированной химической нагрузки (алюминий) и регуляторных иммунных и эндокринных факторов при исследовании продукции цитокинов в эксперименте in vitro

Введение. Анализ отдельных компонентов сети регуляторных нейроэндокринных и иммунных взаимодействий, а также возможного их сочетания с применением технологии математического моделирования позволяет выявить вероятные последствия негативного влияния техногенных факторов внешнесредового окружения на здоровье населения и определять оптимальные стратегии снижения заболеваемости.

Материал и методы. Эксперимент был выполнен на образцах периферической крови здоровых доноров (n = 68). Была использована суспензия иммунных клеток, выделенная путём центрифугирования в градиенте плотности фиколл-верографина. Моделирование вирусной нагрузки осуществляли универсальным митогеном. Использовали действующие факторы: IL-1 β, кортизол, алюминий. Концентрацию цитокинов IL-8, IL-10, IL-17 определяли методом ИФА (иммуноферментного анализа). Статистический анализ проводился с использованием программы Statistica 6.0.

Результаты. Установлено достоверное изменение продукции IL-8 и IL-10 в группах с различным уровнем экспериментального воздействия IL-1. При сочетанном воздействии IL-1 и высоких уровней кортизола и алюминия повышалось содержание IL-8 и IL-10. При исследовании продукции IL-17 выявлены угнетающие эффекты при увеличении концентрации IL-1. Определены нелинейные уравнения зависимостей концентраций исследованных цитокинов от содержания IL-1, кортизола и алюминия с проверкой адекватности моделей экспериментальным методом дисперсионного анализа. Исследование особенностей изменения иммунных цитокиновых медиаторов под влиянием физиологических и химических факторов выявило механизм взаимодействия специфического химического окружения и компонентов системы иммунно-эндокринной регуляции при протекании иммунологических процессов в организме.

Заключение. Результаты исследования показали взаимосвязи в системе цитокиновых иммунных медиаторов, связанные с экспрессией продукции IL-8 и IL-10, угнетением IL-17 в условиях возрастания концентрации IL-1, также при сочетанном воздействии алюминия и кортизола. Математическое моделирование определило нелинейный характер выявленных закономерностей.

1. Долгих О.В., Кривцов А.В., Бубнова О.А., Отавина Е.А., Безрученко Н.В., Колегова А.А. и др. Анализ показателей иммунного статуса у детей в условиях аэрогенной экспозиции металлами. Гигиена и санитария. 2017; 96(1): 26-9.

2. Долгих О.В., Кривцов А.В., Старкова К.Г., Лучникова В.А., Бубнова О.А., Дианова Д.Г., Безрученко Н.В., Вдовина Н.А. Система медиаторов иммунной регуляции как маркеров иммунологических нарушений у школьников в условиях повышенного поступления стронция с питьевой водой. Анализ риска здоровью. 2015; 3: 61-7.

3. Ланин Д.В., Зайцева Н.В., Долгих О.В. Нейроэндокринные механизмы регуляции функций иммунной системы. Успехи современной биологии. 2011; 131 (2): 122-34.

4. Ланин Д.В. Анализ корегуляции иммунной и нейроэндокринной систем в условиях воздействия факторов риска. Анализ риска здоровью. 2013; 1: 73-81.

5. Duramad P., Holland N.T. Biomarkers of immunotoxicity for environmental and public health research. Int. J. Environ. Res. Public Health. 2011; 8(5): 1388-401

6. Ланин Д.В., Чигвинцев В.М. Подходы к математическому моделированию механизмов взаимосвязи иммунной и нейроэндокринной систем. Российский иммунологический журнал. 2015; 9 (2-1): 76-8.

7. Трусов П.В., Зайцева Н.В., Кирьянов Д.А., Камалтдинов М.Р., Цинкер М.Ю., Чигвинцев В.М., Ланин Д.В. Математическая модель эволюции функциональных нарушений в организме человека с учетом внешнесредовых факторов. Математическая биология и биоинформатика. 2012; 7(2): 589-610.

8. Трусов П.В., Зайцева Н.В., Чигвинцев В.М., Ланин Д.В. Математическая модель для описания регуляции противовирусного иммунного ответа с учетом функциональных нарушений в организме человека. Анализ риска здоровью. 2017; 4: 117-28.

9. Fouchet D., Regoes R. A population dynamics analysis of the interaction between adaptive regulatory T cells and antigen presenting cells. PLoS ONE. 2008; 3(5): e2306

10. Зайцева Н.В., Трусов П.В., Шур П.З. и др. Методические подходы к оценке риска воздействия разнородных факторов среды обитания на здоровье населения на основе эволюционных моделей. Анализ риска здоровью. 2013; 1: 15-23.

11. Зайцева Н.В., Шур П.З., Май И.В., Кирьянов Д.А. Методические подходы к оценке интегрального риска здоровью населения на основе эволюционных математических моделей. Здоровье населения и среда обитания. 2011; 10: 6-9.

12. Онищенко Г.Г., Зайцева Н.В., Землянова М.А. Гигиеническая индикация последствий для здоровья при внешнесредовой экспозиции химических элементов. Пермь: Книжный формат, 2011: 532.

13. Зайцева Н.В., Устинова О.Ю., Валина С.Л. и др. Заболеваемость взрослого населения селитебных территорий в зоне влияния предприятий алюминиевого и целлюлозно-бумажного производства, ассоциированная с воздействием химических факторов риска. Вестник ПГУ. Биология. 2017; 2: 222-9.

14. Brauer F., Castillo-Chavez C. Mathematical Models in Population Biology and Epidemiology (2nd ed.). Heidelberg: Springer Verlag; 2012: 522.

15. Lee H.Y., Topham D.J., Park S.Y., Hollenbaugh J., Treanor J., Mosmann T.R. et al. Simulation and prediction of the adaptive immune response to influenza A virus infection. J. Virol. 2009; 83(14): 7151-65.

16. Lehmann I., Sack U., Lehmann J. Metal ions affecting the immune system. Met. Ions Life Sci. 2011; 8: 157-85.

17. Бакиров А.Б. Масягутова Л.М. Рыбаков И.Д., Иммис С.М. Иммунный статус организма как критерий адаптации к техногенному загрязнению среды обитания (на примере производства полиметаллических катализаторов). Медицинский вестник Башкортостана. 2008; 5: 23-9.

18. Калинина О.Л., Лахман О.Л., Зобнин Ю.В. Оценка условий труда рабочих основных профессий современного алюминиевого производства. Сибирский медицинский журнал. 2012; 6: 122-6.

19. Рослый О.Ф., Федорук A.A., Слышкина Т.В. Вопросы профессионального риска здоровью в современном электролизе алюминия. Мат. научно-практической конференции. Новосибирск: 2010; 2: 105-9.

20. Савилов Е.Д., Анганова Е.В., Ильина С.В., Степаненко Л.А. Техногенное загрязнение окружающей среды и здоровье населения: анализ ситуации и прогноз. Гигиена и санитария. 2016; 6: 507-11

21. Данилов И.П., Захаренков В.В., Олещенко A.M. и др. Профессиональная заболеваемость работников алюминиевой промышленности - возможные пути решения проблемы. Acta Biomedica Scientifica. 2010; 4: 17-20.

22. Долгих О.В., Кривцов А.В., Лыхина Т.С., Бубнова О.А., Ланин Д.В., Вдовина Н.А, Лужецкий К.П., Андреева Е.Е. Особенности иммуногенетических показателей у работников предприятия цветной металлургии. Гигиена и санитария. 2015; 94(2): 54-7.

23. Шугалей И.В., Гарабаджиу А.В., Илюшин М.А., Судариков А.М. Некоторые аспекты влияния алюминия и его соединений на живые организмы. Экологическая химия. 2012; 21(3): 168-72.

24. Zhu Y., Li Y., Miao L., Wang Y., Liu Y., Yan X., Cui X. et al. Immunotoxicity of aluminum. Chemosphere. 2014; 104: 1-6.

25. She Y., Wang N., Chen C., Zhu Y., Xia S., Hu C. et al. Effects of aluminum on immune functions of cultured splenic T and B lymphocytes in rats. Biol. Trace Elem. Res. 2012; 147: 246-50.

26. Zhu Y.Z., Liu D.W., Liu Z.Y., Li Y.F. Impact of aluminum exposure on the immune system: a mini review. Environ Toxicol Pharmacol. 2013; 35(1): 82-7.

27. Симбирцев А.С. Цитокины в патогенезе инфекционных и неинфекционных заболеваний человека. Медицинский академический журнал. 2013; 3: 18-41.

28. Зайцева Г.А., Вершинина О.А., Матрохина О.И., Сенькина Е.А., Карпова М.В. Цитокиновый статус доноров крови и её компонентов. Фундаментальные исследования. 2011; 3: 61-5.

29. Bellinger D. L., Lorton D. Autonomic regulation of cellular immune function. Autonomic Neuroscience. 2014; 182: 15-41.

30. Calderón-Garcidueñas L., Cross J.V., Franco-Lira M. et al. Brain immune interactions and air pollution: macrophage inhibitory factor (MIF), prion cellular protein (PrP (C)), Interleukin-6 (IL-6), interleukin 1 receptor antagonist (IL-1Ra), and interleukin-2 (IL-2) in cerebrospinal fluid and MIF in serum differentiate urban children exposed to severe vs. low air pollution. Front Neurosci. 2013; 10(7): 183-4.

31. Игнатов В.В. Углеводсвязывающие белки- лектины. Соросовский образовательный журнал. 1997; 2: 14-5