Гемоглобиновый ответ организма на иммобилизационный стресс

УДК 612.01:159: 944.4

 С.А. Бриллиант¹^,², Б.Г. Юшков¹^,²

 ¹ ГАУЗ СО Институт медицинский клеточных технологий, г. Екатеринбург, Российская Федерация;

² Институт иммунологии и физиологии УрО РАН, г. Екатеринбург, Российская Федерация

Резюме. Широко известно, что в основе сдвигов в соотношении гемоглобиновых фракций периферической крови при действии на организм какого-либо экстремального фактора (острой массивной кровопотери, гепатэктомии и других) лежит перестройка эритропоэза. Однако, остаётся невыясненным вопрос о свойствах отдельных фракций, об изменении гемоглобинового профиля костного мозга, а также механизмах, регулирующих соотношение между фракциями гемоглобинов костного мозга и периферической крови в ответ на стрессорное воздействие. Цель работы: исследовать гемоглобиновый ответ организма на иммобилизационный стресс. Материалы и методы. Исследования проводили на крысах-самцах линии Вистар массой 250-300 г. В качестве стрессорного фактора применяли предложенную H. Selye модель нервно-мышечного напряжения (иммобилизация животных на операционном столике на спине) в течение 6 часов однократно. Все животные были поделены на три группы: первую группу составляли интактные крысы, вторую — крысы, которых выводили из эксперимента спустя 6 ч после воздействия, и третью группу — животные, которых выводили из эксперимента на 2 сут после иммобилизационного стресса. У всех экспериментальных групп оценивали следующие показатели: общий анализ крови, содержание ретикулоцитов и эритроцитов с фетальными формами гемоглобина. Исследовали соотношения белковых фракций гемоглобина костного мозга и периферической крови методом электрофореза в полиакриламидном геле по Г. Мауреру. Результаты. После иммобилизационного стресса в периферической крови отмечали увеличение общего числа эритроцитов по сравнению с интактными животными. Количество ретикулоцитов и клеток, несущих фетальные формы гемоглобина, возрастало на оба срока после воздействия. В условиях иммобилизационного стресса наблюдали изменение соотношения отдельных белковых фракций гемоглобина в костном мозге и периферической крови. На 6 ч после иммобилизационного стресса отмечали в костном мозге увеличение 3, 6 белковых фракций и снижение 1, 2 изоформ гемоглобина. В периферической крови отмечали аналогичные изменения. На 2 сут после экстремального воздействия достоверно снижалось общее содержание гемоглобина в костном мозге. Происходило понижение 1, 2, 3 и 5 белковых фракций, что, возможно, обусловлено, выходом молодых (крупных) клеток из костного мозга в кровоток для компенсации и восстановления общего состояния организма после стресса. Выводы. Таким образом, иммобилизационый стресс приводит к выходу молодых (крупных) эритроидных клеток из костного мозга и активации эритропоэза, о чем свидетельствует ретикулоцитоз. Активация эритропоэза характеризуется образованием и поступлением в периферическую кровь эритроцитов, содержащих кислородозависимые изоформы гемоглобина, что приводит к изменению соотношения между отдельными белковыми фракциями гемоглобина в костном мозге и периферической крови.

Ключевые слова: изоформы гемоглобина, фетальный гемоглобин, костный мозг, иммобилизационный стресс

Конфликт интересов отсутствует.

Контактная информация автора, ответственного за переписку:

Бриллиант Светлана Александровна

svetlana.brilliant@bk.ru

Дата поступления 26.11.2020 г.

Образец цитирования:

Бриллиант С.А., Юшков Б.Г. Гемоглобиновый ответ организма на иммобилизационный стресс. http://vestnikural.ru/article/1148 [Электронный ресурс] Вестник уральской медицинской академической науки. 2020, Том 17, №4, с. 266–271, DOI: 10.22138/2500-0918-2020-17-4-266-271

Введение

За последние годы представление о стрессе (или об общем адаптационном синдроме, как охарактеризовал его Г. Селье) значительно расширилось и представлено в работах ряда отечественных и зарубежных ученых [1-3]. Крыжановский Г.Н. описывает стресс, как «ответ не только на сильное воздействие, но и просто функциональное напряжение, которое присуще всем биологическим структурам» [4].

Показано, что в основе сдвигов в соотношении гемоглобиновых фракций периферической крови при действии на организм какого-либо экстремального фактора (острой массивной кровопотери, гепатэктомии и других) лежит перестройка эритропоэза [5-7]. Однако, остаётся невыясненным вопрос о свойствах отдельных фракций, об изменении гемоглобинового профиля костного мозга, а также механизмах, регулирующих соотношение между фракциями гемоглобинов костного мозга и периферической крови в ответ на стрессорное воздействие.

Цель работы: исследовать гемоглобиновый ответ организма на иммобилизационный стресс.

Методы исследования

Исследования проводили на крысах-самцах линии Вистар массой 250-300 г. Содержание и выведение животных из эксперимента выполняли согласно правилам, описанным Международным Советом Медицинских Научных обществ (CIOMS) в «Международных рекомендациях по проведению медико-биологических исследований с использованием животных» (1985), а также в соответствии с приказом Министерства здравоохранения РФ № 708н от 23.08.2010 г. «Об утверждении правил лабораторной практики» [Этический комитет ИИФ УрО РАН, протокол №01/20 от 8.04.2020 г.].

В качестве стрессорного фактора применяли предложенную H. Selye модель [8] нервно-мышечного напряжения (иммобилизация животных на операционном столике на спине) в течение 6 часов однократно. Крысы были поделены на 3 группы: 1 группа — интактные (n=12). Животных 2-ой (n=10) и 3-ей групп (n=10) выводили из эксперимента спустя 6 ч и 2 сут после иммобилизации.

У животных оценивали следующие показатели: общий анализ крови, содержание ретикулоцитов и эритроцитов с фетальными формами гемоглобина, соотношения белковых фракций гемоглобина костного мозга и периферической крови.

Общий анализ крови проводили на гематологическом анализаторе Celly 70 фирмы Biocode-Hycel (Франция). Подсчет ретикулоцитов осуществляли в мазках крови, окрашенных бриллиантовым крезиловым синим. Для выявления эритроцитов, содержащих фетальные формы гемоглобина (рис. 1), мазки крови выдерживали в цитратно-фосфатном буфере (pH=4,5), затем в 1% растворе эозина (метод K. Betke-E.Kleihauer). Ретикулоциты и клетки с фетальным гемоглобином считали в мазках крови на 1000 эритроцитов, при увеличении ×100 на световом микроскопе Leica DM 2500 (Германия).

Рис. 1. Эритроциты, несущие кислотоустойчивые (фетальные) фракции гемоглобина.

Окраска по Betke-Kleihauer. (Ув. ×400)/

Fig. 1. Erythrocytes carrying acid-fast (fetal) hemoglobin fractions. Betke-Kleihauer staining. (x 400)

Для определения соотношения между фракциями гемоглобина костного мозга и периферической крови использовали метод электрофореза в полиакриламидном геле по Г. Мауреру, (рис. 2) [9].

Статистическую обработку данных проводили в программном пакете «Statistica 8.0». Данные представлены в виде среднего арифметического и его стандартной ошибки (M±m). Сравнение групп выполняли с использованием критерия Манна-Уитни (U). Различия считали статистически значимыми при р<0,05.

Результаты и их обсуждение

После иммобилизационного стресса в периферической крови нами отмечалось увеличение общего числа эритроцитов по сравнению с интактными животными. Количество ретикулоцитов и клеток, несущих фетальные формы гемоглобина, возрастало на оба срока после воздействия (таблица 1).

Рис. 2. Электрофореграмма костного мозга крыс. Окраскабензидином /

Fig. 2. Electrophoregram bone marrow of rats. Coloring with benzidine.

Таблица 1

Изменение количества эритроидных клеток в циркулирующей крови при иммобилизационном стрессе (Г/л) /

Table 1

Change in the number of erythroid cells in the circulating blood during immobilization stress (G / l)

Примечание: * — статистически значимые отличия от группы интактных животных (p<0,05)

Note: * — statistically significant differences from the group of intact animals (p<0,05).

При этом соотношение ретикулоцитов к клеткам с фетальным гемоглобином на 6 ч после воздействия увеличивается в 3 раза в отличие от группы интактных животных. К 2 сут после иммобилизации данный показатель возвращается к исходным величинам интактной группы (таблица 1). Данный феномен обусловлен тем, что на 6 ч после воздействия на фоне стресс-реакции происходит разрушение старых эритроцитов и усиленная наработка молодых эритроидных клеток (ретикулоцитов и клеток, несущих фетальные формы гемоглобина) в костном мозге с последующим их выходом в кровоток для восстановления популяции эритроцитов. На 2 сут после иммобилизации количество молодых клеток в кровотоке приближается к группе интактных животных в ходе адаптации организма к стрессовой ситуации и запуска компенсаторно-приспособительных механизмов.

Рассматривая изменения диаметров эритроидных клеток после иммобилизации, отмечается увеличение диаметра эритроцитов, совместно с этим наблюдается нарастание диаметра ретикулоцитов как на 6 часов, так и на 2 суток после экстремального воздействия. Тем самым, диаметр клеток, несущих фетальные формы гемоглобина, наоборот, достоверно уменьшается на 2-е сутки после иммобилизационного стресса (таблица 2).

Таблица 2

Изменение диаметров эритроидных клеток при иммобилизационном стрессе, мкм

Table 2

Changes in the diameters of erythroid cells under immobilization stress, μm

Примечание: * — статистически значимые отличия от группы интактных животных (p<0,05)

Note: * — statistically significant differences from the group of intact animals (p<0,05).

В ходе исследования было установлено, что у интактных животных общее содержание гемоглобина в костном мозге составляет 8,01±0,61 г/л, в то время как в периферической крови — 135,6±1,9 г/л (таблица 3).

В условиях иммобилизационного стресса наблюдается изменение соотношения отдельных белковых фракций гемоглобина в костном мозге и периферической крови. На 6 ч после иммобилизационного стресса отмечается в костном мозге увеличение 3, 6 белковых фракций и снижение 1, 2 изоформ гемоглобина. В периферической крови отмечаются аналогичные изменения.

На 2 сут после экстремального воздействия достоверно снижается общее содержание гемоглобина в костном мозге (с 8,0±0,61 г/л до 5,0±0,33 г/л, p<0,05). Происходит снижение 1, 2, 3 и 5 белковых фракций, что, возможно, обусловлено выходом молодых клеток из костного мозга в кровоток для компенсации и восстановления общего состояния организма после стресса (таблица 3).

Таблица 3

Изменение белковых фракций гемоглобина крыс после иммобилизации (г/л)

Table 3

Change in protein fractions of rat hemoglobin after immobilization (g/l)

Примечание: * — статистически значимые отличия от группы интактных животных (p<0,05)

Note: * — statistically significant differences from the group of intact animals (p<0,05).

В периферической крови на 2 сут после иммобилизации снижается 2, 5 белковые фракции за счет увеличения 3, 4 изоформ (таблица 3). Данные 3, 4 белковые фракции гемоглобина обладают более высоким сродством к кислороду.

Выводы

Таким образом, стресс приводит к выходу молодых эритроидных клеток из костного мозга и активации эритропоэза, о чем свидетельствует ретикулоцитоз. Активация эритропоэза характеризуется образованием и поступлением в периферическую кровь эритроцитов, содержащих кислородозависимые изоформы гемоглобина, что приводит к изменению соотношения между отдельными белковыми фракциями гемоглобина в костном мозге и периферической крови.

Работа выполнена в рамках государственного задания ИИФ УрО РАН (тема № АААА-А18-118020590108-7).

ЛИТЕРАТУРА

1.      Филаретова Л.П. Стресс в физиологических условиях. Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 2010. Т. 96. № 9. С. 924–935.
2.      Datson N.A., van den Oever J.M., Korobko O.B. et al. Previous history of chronic stress changes the transcriptional response to glucocorticoid challenge in the dentate gyrus region of the male rat hippocampus. Endocrinology. 2013. V. 154 (9). P. 3261–3272.
3.      Хныченко Л.К., Сапронов Н.С. Стресс и его роль в развитии патологических процессов. Обзоры по клин. фармакол. и лек. терапии. 2003. Т.2 №3 С.2-15.
4.      Крыжановский Г.Н. Общая патофизиология нервной системы. М. 1997. С.216-229.
5.      Блюменфельд Л. А. Гемоглобин. Соросовский образовательный журнал. 1998. №4. С.33-38.
6.      Богомолова Н. В. Функциональная морфология клеток крови в условиях острого иммобилизационного стресса при облучении электромагнитными волнами миллиметрового диапазона / Н. В. Богомолова, В. Ф. Киричук, С. И. Киреев. Современные наукоемкие технологии. 2006. № 6. С. 43–44.
7.      Юшков Б.Г., Климин В.Г., Северин М.В. Система крови и экстремальные воздействия на организм / Б.Г. Юшков, В.Г. Климин, М.В. Северин. Екатеринбург: УрОРАН, 1999. 201 с.
8.      Selye H. A syndrome produced by diverse nocuousaqents. Nature. 1936. V.138. P.32
9.      Maurer G. Disc-electrophoresis. Theory and practice of polyacrylamide gel electrophoresis / G. Maurer. M., 1971. 271р.

Авторы

Бриллиант Светлана Александровна

Институт иммунологии и физиологии Уральского отделения Российской академии наук (ИИФ УрО РАН)

Младший научный сотрудник

Российская Федерация, 620049, г. Екатеринбург, ул. Первомайская, 106

ГАУЗ СО Институт медицинских клеточных технологий

Научный сотрудник

Российская Федерация, 620026, г. Екатеринбург, ул. К. Маркса, 22а

svetlana.brilliant@bk.ru

Юшков Борис Германович

Институт иммунологии и физиологии Уральского отделения Российской академии наук (ИИФ УрО РАН)

Заведующий лабораторией иммунофизиологии и иммунофармакологии, доктор медицинских наук, профессор, ЗДН РФ

Российская Федерация, 620049, г. Екатеринбург, ул. Первомайская, 106

ГАУЗ СО Институт медицинских клеточных технологий

Ведуший научный сотрудник

Российская Федерация, 620026, г. Екатеринбург, ул. К. Маркса, 22а

b.yushkov@iip.uran.ru