П.Н. Смирнов, С. Н. Магер (НГАУ) ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ИММУНОЛОГИЯ КАК НОВОЕ НАПРАВЛЕНИЕ КЛИНИЧЕСКОЙ ИММУНОЛОГИИ, ЕЕ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЕ И НАУЧНО-ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ ЗАДАЧИ Ухудшение экологической обстановки в различных регионах страны существенно влияет на организмы человека и животных, длительное время находящихся в таких условиях. Как правило, эти условия приводят к развитию иммунодепрессии, различным патологиям обмена веществ, аллергическим состояниям. Наиболее чувствительной системой организма к неблагоприятным экологическим воздействиям окружающей среды является иммунная. Как утверждают Р. М. Хаитов с соавт. (Хаитов Р. М., Пинегин Б. В. Истамов Х. И., 1995), иммунная система в силу своей исключительной чувствительности, может выступать в роли показателя воздействия на организм различных антропогенных факторов, то есть служить индикаторной системой в зоне экологического неблагополучия. Исходя из этого, экологическую иммунологию определяют как науку, изучающую влияние факторов физической, химической и биологической природы на иммунную систему организма. Наука решает два комплекса задач: научно-практические и научно-организационные. Научно-практические задачи: * создание методологии оценки иммунного статуса; * определение региональных параметров иммунного статуса с учетом климатогеографических и других влияний окружающей cреды и выявление частоты иммунопатологических процессов в этом регионе; * изучение влияния физических, химических и биологических факторов на иммунную систему; * установление причинно-следственной связи между указанными факторами и нарушениями иммунной системы; * разработка средств и методов иммунокоррекции. Научно-организационные задачи: * создание сети лабораторий клинической иммунологии; * организация слежения за иммунным статусом животных данного региона, то есть проведение иммунологического мониторинга; * создание банка данных об иммунном статусе животных данного региона и страны в целом. Главная задача экологической иммунологии – дозонологическая диагностика нарушений иммунной системы, то есть выявление иммунодепрессий под влиянием различных экологических факторов до развития выраженных клинических признаков заболевания. И, соответственно, с помощью иммунокоррегирующих воздействий профилактика развития болезни (Петров Р. В., Хаитов Р. М., Пинегин Б. В., Черноусов А. Д., 1995). Данное направление науки, цели и задачи экологической иммунологии авторы соотносят со здоровьем человека, но было бы справедливо формулировать эти положения значительно шире, применяя их и по отношению к здоровью животных, особенно продуктивных, поскольку животные находятся в тех же условиях среды, испытывают воздействие тех же антропогенных факторов, приводящих к развитию у них патологии иммунной системы, росту заболеваемости инфекционной и неинфекционной природы, гибели молодняка, что в конечном итоге наносит значительный ущерб сельскому хозяйству. Немаловажно и то, что увеличение числа заболеваний, вызванных нарушением иммунитета под воздействием неблагоприятных условий окружающей среды, снижает качество животноводческой продукции (молока, мяса, масла, яиц и пр.), которая идет на стол населению из этих же неблагополучных территорий. В результате, люди из районов техногенного загрязнения вынуждены употреблять низкокачественные продукты питания, что также сказывается на их здоровье. В связи с этим, изучение влияния различных факторов на иммунную систему животных – одна из важных задач экологической иммунологии. Главной функцией иммунной системы является иммунологический надзор за постоянством внутренней среды организма и элиминацией чужеродных агентов как экзогенной, так и эндогенной природы. В выполнении этой задачи участвуют четыре главных компонента иммунной системы: фагоцитоз, система комплемента, гуморальный и клеточный иммунитет (Лебедев К. А., Понякина И. Д., 1990; Хаитов Р. М., Пинегин Б. В. Истамов Х. И, 1995; Сordier G., Cozon G., Mornex J.-F., 1991; Scoazec J.-Y., 1991). Все эти звенья ИКС (иммунокомпетентной системы) выполлняют свои функции в тесном взаимодействии друг другом с помощью специальных иммунорегуляторных механизмов (Kay J. E, 1991). В иммуноэкологических исследованиях чаще всего оценивают фагоцитоз, клеточный и гуморальный иммунитет. Известно, что нарушения иммунитета, прежде всего, проявляются в развитии иммунодефицитных состояний. Иммунодефициты – это нарушения нормального иммунологического статуса организма, которые обусловлены дефектом одного или нескольких механизмов иммунного ответа. Они являются результатом нарушения функциональной активности клеток неспецифической иммунной системы (моноциты, макрофаги и нейтрофилы) или специфической иммунной системы (Т-и В-лимфоциты) (Федоров Ю. Н., Верховский О. А, 1996). Клинические проявления иммунодефицитов ассоциируются с увеличением частоты и тяжести инфекций. Инфекционные процессы у животных с иммунологической недостаточностью становятся хроническими и не поддаются традиционному лечению, или же причиной развития болезни становятся условно патогенные микроорганизмы. При дефектах неспецифической иммунной системы происходит неполное разрушение патогенного возбудителя, и клинически это проявляется чаще всего кожными или пиогенными реакциями. При дефектах специфической иммунной системы повреждается Т- или В- клеточное звено, это бывает при повторных или персистентных грибковых, вирусных или протозойных заболеваниях. Иммунодефицитные состояния бывают первичными (генетически детерминированными) и приобретенными, или вторичными. Последние возникают через какой-то промежуток времени после рождения и обусловлены воздействием на организм вирусов, бактерий, паразитов и других чужеродных агентов. Они также развиваются под влиянием цитотоксических веществ, ионизирующей радиации, нарушений обмена веществ и т. д. Проявляются вторичные иммунодефициты развитием острых или хронических заболеваний. Предметом изучения экологической иммунологии и является изучение вторичных иммунодефицитных состояний (Хаитов Р. М., Пинегин Б. В. Истамов Х. И., 1995), которые возникают под влиянием антропогенных факторов физической, химической и биологической природы. В зависимости от уровня нарушений и локализации дефектов различают преимущественно вторичные дефициты, связанные с изменением гуморального, клеточного иммунитета и фагоцитоза. При многих иммунодефектах, особенно комбинированных, количество В-лимфоцитов понижено. Особенно сильно это проявляется при иммунодефиците с тиломой. При большинстве подобных состояний число В-клеток снижается вместе с понижением количества Т-клеток, что проявляется в уменьшении общего числа лимфоцитов в крови. Для нормально текущего воспалительного процесса характерна следующая динамика изменения относительного содержания в крови В-лимфоцитов: нормальное их количество в начале процесса, существенное повышение во второй его половине и нормализация по окончании процесса. Определение субпопуляций лимфоцитов играет важную роль при диагностике лимфопролиферативных заболеваний (лейкозов и лимфом), а также в иммуноэкологических исследованиях. Их изменение под влиянием антропогенных факторов является главной причиной развития вторичных иммунодефицитных состояний, проявляющихся чаще всего повышенной инфекционной заболеваемостью (Хаитов Р. М., Пинегин Б. В., Истамов Х. И., 1995; Lauer K., 1990; Newnham Rex E., 1991). Нарушения клеточного иммунитета развиваются вследствие воздействия на организм какого-либо повреждающего фактора или развития патологического процесса. Основные причины нарушения клеточного иммунитета – старение, нарушение питания, заболевания (злокачественные болезни лимфоидных органов, вирусные инфекции), гамма-облучение, введение кортикостероидов в больших дозах (Lesourd B. M, 1991). С возрастом функциональная активность Т-лимфоцитов существенно снижается, что проявляется в слабом пролиферативном ответе на Т-митогены и в способности продуцировать иммунорегуляторные цитокины, необходимые для развития клеточного и гуморального иммунного ответа. Следствием этого является ослабление с возрастом иммунологического надзора, осуществляемого Т-лимфоцитами, снижение функциональной активности Т-супрессорного звена клеточного иммунитета, Т-киллеров и, как результат, снижение цитокинсинтезирующей функции Т-клеток, существенное снижение активности естественных киллеров. Поэтому с возрастом развивается триада: снижение клеточного иммунитета, развитие аутоиммунных и злокачественных процессов (Петров Р. В., Хаитов Р. М., Манько В. М., Михайлова А. А., 1981; Хаитов Р. М., Пинегин Б. В., Истамов Х. И., 1995). Формированию толерантности к ауто- или чужеродным антигенам также способствует лимфоидная аплазия (возрастная или под действием иммунодепрессантов), повышающая антигенную нагрузку на остающиеся иммунокомпетентные клетки и ведущая к "ювенилизации" лимфоидной ткани (Труфакин В. А., 1983; Труфакин В. А., Трунова Л. А., 1994; Фонталин Л. Н., Певницкий Л. А., 1978; Фонталин Л. Н., 1991). Следствием снижения клеточного иммунитета является повышение чувствительности организма к инфекциям, вызываемым условно патогенной микрофлорой (микобактерии, кишечная палочка, грибы, вирусы, простейшие). Методология оценки иммунного статуса на фоне неблагоприятных факторов окружающей среды Р.В. Петровым с соавт. (1984) был предложен двухэтапный принцип оценки иммунного статуса. На первом этапе выявляются "грубые" дефекты в системе клеточного и гуморального иммунитета и фагоцитоза с помощью нескольких тестов: определение относительного и абсолютного содержания лимфоцитов в периферической крови; определение относительного и абсолютного содержания Т- и В-лимфоцитов; определение концентрации сывороточных иммуноглобулинов; определение фагоцитарной активности крови. Для углубленной диагностики иммунологической недостаточности применяют тесты второго уровня: идентификацию субпопуляций Т-клеток, определение функциональной активности NK-клеток и другие. Всем тестам должно предшествовать долабораторное клиническое обследование организма. Изменение иммунного статуса человека и животных в различных экологических условиях среды Иммунный статус как человека, так и животного может изменяться под воздействием различных нагрузочных факторов. Их можно разделить на физиологические (естественные для организма – прием пищи, мышечная нагрузка, влияние климатогеографических условий) и нефизиологические (переохлаждение, действие антропогенных факторов, таких как химические вещества, радиация, пыль и др.). Решающее значение для организма имеют сила и длительность действия этих факторов. Слишком сильное мышечное напряжение может стать для организма нефизиологичным и, наоборот, к малым дозам веществ, загрязняющих среду обитания, организм относительно хорошо адаптируется (Лебедев К. А., Понякина И. Д., 1990). Сильные нагрузки, приводящие к стрессу, дают обычно более сильные изменения показателей иммунного ответа (Крыжановский Г. Н, 1985; Landmann R. M. A., Muller E. B., Perini C. et al., 1984). Все эти изменения индивидуальны, их характер зависит от множества факторов, в том числе генетических особенностей организма, поэтому предсказать их интенсивность у конкретной особи трудно. В различных регионах могут быть свои, отличные от других, параметры иммунных показателей, которые необходимо принимать за "норму". Так, Петров Р. В., Хаитов Р. М., Пинегин Б. В., Орадовская И. В. и др. (1992) исследовали иммунный статус взрослого и детского населения отдельных регионов РФ. Создана классификация нескольких вариантов иммунного статуса здорового населения. Установлено, что истинной нормоиммунограммы, соответствующей средним обобщенным значениям, не выявлено ни в одном регионе. У жителей Норильска, других территорий Крайнего Севера с экстремальными климатическими условиями и, к примеру, г. Курчатова Семипалатинской области выявлен иммунный статус с супрессией Т-клеточного звена ИКС, хотя по показателям гуморального звена он приближается к норме. У населения крупных и индустриальных городов (Москва, Санкт-Петербург, Челябинск) регистрируется супрессия гуморального звена ИКС. В Уральском регионе – супрессия клеточного и одновременно гуморального звеньев иммунитета. Таким образом, первичное иммунологическое обследование в конкретно взятом регионе позволяет создавать нормативные параметры иммунного статуса населения с учетом основных экологических факторов. Повторное иммунологическое обследование в регионе в заданном промежутке времени (1, 3, 5 лет) с соблюдением стандартности и унифицированности его проведения позволяет установить влияние антропогенных факторов на иммунную систему, роль этих изменений в развитии иммунных нарушений и разработать систему прогнозирования их влияний. Относительная стабильность иммуноэкологического фона при незначительных колебаниях средних значений параметров иммунного статуса на уровне среднерегиональной или среднепопуляционной величин свидетельствует о нормальных иммунофизиологических и адаптационных процессах в изучаемых регионах и популяциях в постоянно меняющемся экологическом окружении (Петров Р. В., Хаитов Р. М., Пинегин Б. В., Орадовская И. В. и др., 1992). Увеличение числа иммунопатологических состояний популяции в изучаемом регионе, изменение их качественных характеристик, увеличение количества крайних (низких или высоких) иммунологических параметров свидетельствует о неблагоприятных процессах, снижении адаптационных возможностей и развитии иммунопатологических состояний. При обследовании больших групп рабочих различных производств (металлургической, радиотехнической, химической промышленности, животноводческих ферм и др.) установлено, что во всех группах, подверженных воздействию антропогенных факторов, выявлены особенности в иммунном статусе. В основном преобладает супрессорный или смешанный с супрессией большинства показателей тип иммунитета (Иоаннесян-Зверкова Б. И., 1970; Петров Р. В., Хаитов Р. М., Пинегин Б. В., Орадовская И. В. и др., 1992; Хаитов Р. М., Пинегин Б. В. Истамов Х. И., 1995). Установлено, что у людей, длительное время контактирующих с физическими, химическими и биологическими воздействиями, изменения иммунитета носят стадийный характер (Петров Р. В., Хаитов Р. М., Пинегин Б. В., Черноусов А. Д, 1995). Для первой стадии характерно повышение уровня только IgA, для второй – повышение уровней иммуноглобулинов всех классов. Для этих стадий характерно отсутствие клинических проявлений. При развитии третьей стадии уровни Ig всех классов либо восстанавливаются до нормы, либо снижаются. Но наиболее характерным для этой стадии является снижение содержания Т-хелперных лимфоцитов. При таких изменениях в иммунной системе часто происходит развитие вторичной иммунной недостаточности, проявляющееся, прежде всего, наличием инфекционного синдрома. При развитии четвертой стадии происходит дальнейшее снижение уровней иммуноглобулинов и CD4-клеток. Указанные изменения авторы наблюдали у рабочих металлургического комбината и завода "Химпласт" в Нижнем Тагиле, у рабочих завода химических средств защиты растений (г. Щелково). При этом первые две стадии были характерны для лиц со стажем работы на заводе 1 – 2 года. С увеличением стажа эти изменения либо прогрессировали, либо возвращались к норме. Как правило, среди обследованных есть люди, страдающие хроническими инфекционными заболеваниями или относящиеся к группе длительно и часто болеющих, они имеют изменения иммунитета, соответствующие третьей стадии, реже четвертой. Большое число лиц с 4-й стадией изменения иммунитета обнаружено в 1989 г. в селах, расположенных вдоль Семипалатинского ядерного полигона. У жителей этих сел все изученные нами показатели иммунитета были резко снижены, за исключением поглотительной способности нейтрофилов. Фагоцитарный индекс составил 90 %. Вероятно, это своеобразная защитная реакция организма на глубокие нарушения специфического иммунитета. У 70 % жителей этих сел выявлен выраженный инфекционный синдром. Р. В. Петров с соавторами (Петров Р. В., Хаитов Р. М., Пинегин Б. В., Черноусов А. Д., 1995) для оценки иммунной системы на популяционном уровне учитывают процент лиц с отклонениями в содержании иммуноглобулинов от нормы, которые являются достаточно чувствительными индикаторами воздействия неблагоприятного иммунотропного фактора. Главными критериями дозонологической диагностики нарушений иммунитета на популяционном уровне являются уровни Т-лимфоцитов и иммуноглобулинов, причем концентрация последних является интегральным показателем, характеризующим практически все компоненты иммунной системы и важнейшие цитокины. Изменение количества показателей иммунитета до развития клинической стадии обнаруживают при лимфопролиферативных заболеваниях (Петров Р. В., Хаитов Р. М., Пинегин Б. В., Черноусов А. Д, 1995). На ранних этапах инфицирования HTLV1-вирусами, вирусом Т-клеточного лейкоза при отсутствии клинической картины заболевания наблюдается активация иммунной системы в виде усиления спонтанной пролиферации лимфоцитов, увеличения числа Т-лимфоцитов CD3 и CD4, несущих рецептор для интерлейкина-2, а также поликлональной активации синтеза IgG. Наличие этих изменений с большой вероятностью свидетельствует о развитии клеточного лейкоза. Очевидно, что иммунологический мониторинг животных, особенно продуктивных, является актуальной задачей ветеринарной медицины (Смирнов П. Н., Незавитин А. Г., Смирнова В. В., Храмцов В. В., и др., 1992), так как от того, насколько полноценно функционирует иммунная система животных, зависят многие процессы нормальной жизнедеятельности организма и особенно его продуктивные качества. Иммунологическим исследованиям сельскохозяйственных животных различных регионов страны в последнее время уделено много внимания (Незавитин А. Г., 1995; Павлова А. И., Смирнов П. Н., Донник И. М., 1996; Смирнов П. Н., Незавитин А. Г., Смирнова В. В., Храмцов В. В., и др., 1992; Смирнов П. Н и соавт. , 1995; Татарчук А. Т., Донник И. М., Красноперов В. А, 1996; Храмцов В. В., 1986). Авторы пытаются определить так называемую норму показателей иммунного статуса, в частности крупного рогатого скота, в условиях значительного антропогенного воздействия. Это регионы Урала, Сибири, Семипалатинской области, Казахстана и прочих территорий с развитой промышленностью или загрязненных вследствие аварийных техногенных выбросов. Практически все исследователи сходятся во мнении, что и у животных в различных экологических территориях имеют место особенности иммунного статуса, вероятно развивающиеся под влиянием экологических факторов. Так, А. Г. Незавитин (1995) сообщал о том, что у коров в районе Семипалатинского полигона иммунный статус был выше, чем в Новосибирской области. Аналогичные данные получены В. В Храмцовым (1995) в Курганской области у коров из районов бассейна р. Теча, загрязненных радионуклидами от ПО "Маяк", П. Н. Смирновым и соавторами в Красноярском крае (1994). Таким образом, иммуноэкологический мониторинг крупного рогатого скота в различных регионах страны является актуальной задачей. Создание нормоиммунограмм для определенных территорий позволит своевременно выявлять иммунопатологические состояния организма и профилактировать их. Несомненно, что на функционирование иммунной системы животных и, соответственно, ее показатели существенное значение оказывают и другие факторы: эпизоотическая обстановка, условия кормления и содержания, генотип, породность животных и др.