Habarovsk, Khabarovsk, Russian Federation
Habarovsk, Khabarovsk, Russian Federation
Far Eastern State Medical University
Habarovsk, Khabarovsk, Russian Federation
Habarovsk, Khabarovsk, Russian Federation
Habarovsk, Khabarovsk, Russian Federation
In order to study the seasonal effects on the energy supply of immunocompetent blood cells (IBC) in pregnant women living in different conditions of the Amur region, and to substantiate additional methods of diagnosis, prevention and treatment of the identified disorders, a study of the mitochondrial membrane potential (MMP) by flow laser cytometry was conducted in 198 subjects. The data of different types of IBC (lymphocytes, granulocytes and monocytes) at early gestation of women living in urban (Khabarovsk) and rural (Jewish Autonomous region) areas of the Amur region were analyzed. Eight (8) groups were formed according to seasons: winter, spring, summer and autumn. The results of a comprehensive survey indicate some features of intracellular bioenergy processes of IBC depending on the environmental conditions in different seasonal periods. Conditions of women from urban areas are characterized by a significant increase in lymphocytes with reduced MMP which was more pronounced in winter, and by a tendency to increase monocytes in spring-and-summer season. The state of low energy supply of IBC in rural residents differs significantly by means of granulocytes in all presented periods of a year, combinations of various types of IBC in winters and tendency to simultaneous increase in the number of all IBCs with the reduced MMP. The number of IBC with optimal MMP content in urban environment was observed in pregnant women in autumn (23.3%), in rural areas in summer (57.1%). Thus, the study has shown the need to expand the range of diagnostic methods for the formation of pregnancy complications risk groups. Determination of the substrate-energy value in the cells of the immune system is an indication for the individual selection of complex vitamin and mineral medications taking into account seasonal changes. MMP studies allow to monitor the dynamics and evaluate the effectiveness of preventive and therapeutic prescriptions.
mitochondrial membrane potential, immunocompetent blood cells, pregnant women, environmental assessment, energy supply.
Основным производителем энергии в клетках являются митохондрии – важнейшие внутриклеточные органеллы, функционально обеспечивающие работу всех систем жизнедеятельности [5]. Митохондрии участвуют в катаболических и анаболических процессах, продуцируют макроэргические соединения, регулируют кальциевый гомеостаз, кислотно-щелочное равновесие клетки, генерацию активных форм кислорода, биотрансформацию ксенобиотиков, апоптоз [6, 7, 8, 10, 12]. Нарушение функций митохондрий не только приводит к дефициту АТФ, но и прямо или косвенно дезорганизует обмен веществ [11, 16, 17]. Изменение жизнедеятельности митохондрий относят к митохондриальной дисфункции [13]. Исходя из этого, своевременное выявление нарушений энергетического обмена позволит разработать меры профилактики развития патологических процессов и оптимизировать терапию различных заболеваний [11, 16, 17].
Физиологическое течение беременности обеспечивается координированной работой ряда органов и систем, в том числе иммунокомпетентных клеток крови (ИКК) [2, 3]. Известно, что существенную роль в развитии митохондриальных заболеваний как приобретённого, так и врожденного характера, играет дисбаланс клеточного энергообмена, как важное патогенетическое звено формирования патологических состояний, что у женщин в период гестации проявляется в виде осложненного течения беременности [2]. Учитывая выявленный иммунный дефицит населения Сибири и Дальнего Востока [1], можно предположить снижение энергообеспеченности ИКК в организме женщин более выраженный в период беременности и его влияние на формирование плода.
Факторы внешней среды, в том числе и метеорологические, имеют непосредственное отношение к обеспечению жизнедеятельности и здоровью людей [14]. Физиологическое воздействие на человека оказывают резкие суточные, сезонные колебания температуры, влажности воздуха, атмосферного давления, скорости ветра, и др., которые влекут изменение обменных процессов, протекающих в клетках, формируя ответную, зачастую, дизадаптационную реакцию в иммуно-метаболических показателях крови [14]. Известно, что у беременных женщин наблюдается и метеозависимость – повышенная чувствительность к погодным явлениям. Хотя метеопатия встречается и на фоне хронических заболеваний, или ослабленного иммунитета, во время беременности это явление требует особого внимания, так как последствия метеозависимости могут сказаться самым непредсказуемым образом на будущем ребёнке и на самой беременной [9].
Цель настоящего исследования заключалась в выявлении сезонных изменений энергообеспеченности иммунокомпетентных клеток у беременных женщин, проживающих в различных условиях Приамурье для обоснования дополнительных методов диагностики и лечебно-профилактической коррекции.
Материалы и методы исследования
Для достижения поставленной цели был проведен сравнительный анализ результатов определения мембранного потенциала митохондрий (МПМ) при комплексном обследовании 198 беременных женщин Приамурья на ранних сроках гестации, проживающих в городских (г. Хабаровск, n=144) и сельских условиях (Еврейская Автономная область, n=82). Городское население обследовалось в женской консультации при первичном обращении в связи с постановкой на учет по беременности, женщины сельской местности – во время экспедиционных выездов по месту жительства. Забор крови осуществлялся однократно в условиях процедурных кабинетов лечебных учреждений. Обследование беременных женщин проводилось в соответствии с действующими медицинскими стандартами, при наличии информированного согласия и одобрено этическим комитетом Хабаровского филиала ДНЦ ФПД – НИИ ОМиД.
Оценка функционально-энергетического статуса ИКК периферической крови проводилась методом иммунофенотипирования с определением МПМ на основе регистрации локальных изменений трансмембранного электрохимического потенциала и визуализации митохондрий с низким и высоким потенциалом мембраны, с применением красителя JC-1 (5,5',6,6'-тетрахлор-1,1',3,3'тетраэтилбензи-мидазолкарбоцанин йодид/хлорид). JC-1-мономер быстро проникает через митохондриальную мембрану живой клетки, в результате чего внутри митохондрии формируются JC-1 агрегаты, характеризующиеся красным спектральным свечением (^=590 нм), которое может быть измерено на FL-2-канале проточного цитофлюориметра FACS Calibur фирмы "BD" (USA) в программе Cell Quest Pro. При деполяризации митохондриальной мембраны JC-1 не накапливается внутри митохондрии и находится в цитоплазме в виде мономерной формы, которая характеризуется зеленым спектральным свечением (^=525 нм) и измеряется на FL-1-канале. В окрашенных JC-1 образцах определяется процентное содержание лимфоцитов, гранулоциов и моноцитов в гейтахнеапоптотических (FL-2-свечение, FL-1-свечение) и апоптотических (FL-1-свечение) клеток современным высокотехнологическим методом проточной лазерной цитометрии с использованием красителя JC-1 (Bector Dikcenson, USA).
Единица измерения энергообеспеченности ИКК – процент клеток со сниженным МПМ каждого пула (лимфоцитов, гранулоцитов и моноцитов). Оптимальная оценка ИКК считалась при отсутствии клеток со сниженным МПМ выше нормы, выраженный дефицит – при увеличении числа клеток всех трех видов с сниженным МПМ.
Статистическая обработка полученных данных проводилась с использованием программ Microsoft Excel 2010, Statsoft Statistica, версия 10.01.
Результаты исследования и их обсуждение
Исследования энергообеспеченности ИКК периферической крови у беременных женщин на ранних сроках беременности, проживающих в различных условиях Приамурья (городская и сельская местность), показали, что мембранные потенциалы митохондрий имеют как определенные экологические изменения, так и климатические сезонные колебания (табл.1, 2).
Таблица 1
Сравнительная характеристика показателей МПМ ИКК у беременных женщин Приамурья
в зависимости от сезонов года (%)
|
Климатические сезоны |
Сниженный МПМ в лимфоцитах |
Сниженный МПМ в гранулоцитах |
Сниженный МПМ в моноцитах |
Сниженный МПМ в др. сочетаниях |
||||
|
Город |
Село |
Город |
Село |
Город |
Село |
Город |
Село |
|
|
Зима |
56,0 |
9,4*** |
0 |
18,8* |
0 |
3,1 |
4 |
21,9* |
|
Весна |
43,9 |
0** |
0 |
46,7*** |
7,3 |
0 |
22,0 |
26,7 |
|
Лето |
40,0 |
0* |
0 |
28,6*** |
14,3 |
0 |
11,4 |
14,2 |
|
Осень |
46,5 |
82,1** |
0 |
0 |
0 |
0 |
11,6 |
0 |
Примечание: достоверность различий показателей в группах городского и сельского населения: * – p≤0,05; ** – p≤0,01; *** – p≤0,001.
Таблица 2
Сравнительная характеристика показателей МПМ ИКК у беременных женщин Приамурья
в зависимости от сезонов года (%)
|
Климатические сезоны |
n |
Сниженный МПМ во всех ИКК |
Нормальный МПМ во всех ИКК |
|||
|
Город |
Село |
Город |
Село |
Город |
Село |
|
|
Зима |
25 |
32 |
28,0 |
28,1 |
12,0 |
18,8 |
|
Весна |
41 |
15 |
14,6 |
26,7 |
12,2 |
0 |
|
Лето |
35 |
7 |
17,1 |
0 |
17,1 |
57,1* |
|
Осень |
43 |
28 |
18,6 |
0* |
23,3 |
17,9 |
Примечание: достоверность различий показателей в группах городского и сельского населения: * – p≤0,05.
Для беременных города характерно высокое число женщин, имеющих изолированный сниженный МПМ лимфоцитов от 40,0% в летний и до 56,0% в зимний периоды, что достоверно выше показателей сельских жительниц – отсутствие подобных нарушений весной и летом, 9,4% – зимой. При этом высокий процент женщин (82,1%) отмечен в осенний период, что требует дальнейшего изучения и оценки возможных причин таких изменений. Энергетический дефицит гранулоцитов был выявлен только в группе беременных, проживающих в условиях села, с разной сезонной частотой: пик изменений отмечен в весенний период (46,7%) со снижением в 1,5 раза в летнее время (28,6%) и в 2,5 раза – в зимнее (18,8%). Нарушения энергетического потенциала митохондрий моноцитов наблюдались чаще у городских жительниц в весенне-летний период (7,3-14,3%) и незначительное число случаев зарегистрировано у беременных села (3,1%) зимой.
Было проанализировано сочетанное снижение энергетического митохондриального потенциала ИКК (лимфоциты и гранулоциты, лимфоциты и моноциты, гранулоциты и моноциты), и отмечено достоверно чаще (в 5,5 раза) встречающееся в зимнее время у беременных сельской местности. В весенне-летний период изменения носили однонаправленный характер, несмотря на экологические различия, со снижением энергодефицитных клеток в летний сезон. Положительная тенденция выявлена у беременных женщин сельской местности и отсутствии таковой в условиях города.
Интегральным показателем энергообеспеченности ИКК периферической крови у беременных женщин на ранних сроках беременности является доля клеток с нормальным МПМ и, соотвественно, клеток с низким потенциалом мембран одновременно во всех трех пулах (табл. 2, рис.).
Для беременных женщин городской местности характерна плавная сезонная кривая показателей с нормальными МПМ всех исследуемых ИКК с наибольшим числом осенью. В условиях сельской местности в весенний период все обследованные нами беременные испытывали энергетический дефицит в тех или иных ИКК, т.е. ИКК с показателями, соответствующими нормальному энергетическому уровню, не определялись. При этом более чем у половины женщин (57,1%) митохондрии обеспечивали клеточный энергообмен всех исследуемых ИКК (лимфо-, грануло- и моноцитов). Их энергетический потенциал снижался в осенне-зимний период в 3,2 раза.
Рис. Интегральная оценка энергообеспеченности ИКК (нормальные и сниженные показатели МПМ одновременно во всех трех пулах: лимфо-, грануло- и моноцитах) у беременных женщин Приамурья в зависимости от сезонов года (%).
Что касается частоты встречаемости беременных со сниженным МПМ одновременно по всем трем пулам ИКК, то, начиная с весеннего периода (14,6% случаев), их число практически удваивается к зимнему сезону (28,0%) у женщин, проживающих в условиях города. Для беременных сельской местности характерны достаточно высокие показатели энергообеспеченности ИКК (28,1-26,7%) в зимне-весенний период и полное их отсутствие в летне-осенний сезон.
Таким образом, исходя из полученных данных, энергообеспеченность ИКК в течение года у беременных городской местности несколько меньше, чем в группе сельских женщин, что очевидно связано с более высоким уровнем антропогенной нагрузки на городских жителей, с одной стороны, и их меньшей физической тренированностью, с другой. Однако кривая сезонных изменений нормальных параметров МПМ ИКК у женщин в условиях города намного более плавная (максимальный перепад между сезонами осень-зима - 11,3%), чем у сельских беременных (максимальный перепад весна-лето - 57,1%), что обусловлено выраженным влиянием сезонных факторов на профессиональную деятельность и образ жизни жителей села.
Кроме этого, снижение энергообеспеченности ИКК у беременных женщин города и села носит разнонаправленный характер. Так, у городских жительниц более всего страдает энергетический потенциал лимфоцитов, с пиком снижения в зимний период, и в несколько меньшей степени моноцитов, с пиком снижения МПМ летом. У женщин сельской местности наиболее выражено падение МПМ гранулоцитов с максимумом в весенний сезон, остальные ИКК практически не страдают. Следует предполагать, что напряжение энергообмена лимфоцитарного звена иммунитета городского населения связанно с его высокой плотностью, обусловливающей интенсивность вирусного инфицирования, особенно в зимний период; нарушения моноцитарного звена могут быть связаны с более высокой вследствие глобализации ксенобиотической нагрузкой в городе, имеющей максимум в период отпусков. В свою очередь, у беременных сельской местности энергодефицит гранулоцитарного звена связан с более частым контактом с бактериальными инфектами, как антропогенного, так и природного происхождения, особенно интенсивными в весенний период за счет таяния снежно-ледового и почвенного покрова.
Таким образом, проведенные исследования показали необходимость расширения спектра методов диагностики для формирования групп риска осложнений беременности. Определение субстрактно-энергетической ценности в клетках иммунной системы является показанием к проведению индивидуального подбора комплексных витаминно-минеральных препаратов с учетом сезонных изменений. Исследования МПМ позволяют контролировать динамику и проводить оценку эффективности профилактических и лечебных назначений.
1. Baranov V.M., Bayevsky R.M., Berseneva A.P., Mikhailov V.M. Evaluation of adaptive abilities of an organism and tasks of healthcare effectiveness increase. Human Ecology 2004; 6:25–29 (in Russian).
2. Veremchuk L.V., Kiku P.F., Simonova I.V. The influence of climate and air pollution on immune-metabolic status of Vladivostok population. Bûlleten' fiziologii i patologii dyhaniâ 2012; 44:20–24 (in Russian).
3. Dikhanova Z.A., Mukhametzhanova Z.T., Iskakova A.K., Altaeva B.Zh., Mukasheva B.G. The influence of climate on the human body. Gigiena truda i medicinskaya ecologiya 2017; 54(1):11–16 (in Russian).
4. Zaichik A.Sh., Churilov L.P. Mechanisms of diseases and syndromes. St. Petersburg: ELBY-St. Petersburg; 2002 (in Russian).
5. Lee L. A., Lebed’ko O. A., Efimenko M. V., Evseeva G.P., Berezina G.P., Kozlov V.K. Mitochondrial membrane potential of lymphocytes and biogenesis of reactive oxygen species in peripheral blood in children with community-acquired pneumonia. Dalʹnevostochnyy meditsinskiy zhurnal 2014; 3:47–50 (in Russian).
6. Smirnova T. L. Portnova, E. V., Sergeeva V. E. Immunity and pregnancy. Vestnik Chuvashskogo Universiteta 2009; 2:79–85 (in Russian).
7. Stepanov E.O., Nikolaev M.A., Babayan, A.A., Smolnikova V.Y., Van’ko L.V., Krechetova L.V. Role of regulatory T-cells in the development of immune tolerance in pregnancy. Akusherstvo i Ginekologiya 2013; 2:24–28 (in Russian).
8. Frelikh G.A., Polomeeva N.U., Vasil’ev A.S., Udut V.V. State-of-the art methods of evaluation of mitochondrial function. Sibirskij medicinskij žurnal (Tomsk) 2013; 28(3):7–13 (in Russian).
9. Impact of weather on pregnant women. Available at: http://pogoda78.ru/Vlijaniepogodynaberemennyh.html
10. Baker M.J., Palmer C.S., Stojanovski D. Mitochondrial protein quality control in health and disease. Br. J. Pharmacol. 2014; 171(8):1870–1889.
11. Brand M.D., Nicholls D.G. Assessing mitochondrial dysfunction in cells. Biochem. J. 2011; 435(2):297–312.
12. Kuzmenko A., Atkinson G.C., Levitskii S. Zenkin N., Tenson T., Hauryliuk V., Kamenski P. Mitochondrial translation initiation machinery: conservation and diversification. Biochimie 2014; 100:132–140
13. Kuzmenko A.V., Levitskii S.A., Vinogradova E.N., Atkinson G.C., Hauryliuk V., Zenkin N., Kamenski P.A. Protein biosynthesis in mitochondria. Biochemistry (Mosc) 2013; 78(8):855–866.
14. Narcissov R.V. Image analysis cell – the next stage of clinical development cytochemistry in pediatrics. Pediatrics 1998; 4:101–105.
15. Sakhrani N.M., Padh H. Organelle targeting: third level of drug targeting. Drug Des. Devel. Ther. 2013; 7:585–599.
16. Tao M., You C.P., Zhao R.R., Liu S.J., Zhang Z.H., Zhang C., Liu Y. Animal mitochondria: evolution, function, and disease. Curr. Mol. Med. 2014; 14(1):115–124.
17. Tatsuta T., Scharwey M., Langer T. Mitochondrial lipid trafficking. Trends Cell Biol. 2014; 24(1):44–52
