Сytokine levels during physical exercise and upon meldonium treatment

Full Text

Введение

Сигнальные молекулы (цитокины) оказывают ключевую роль в коммуникации между клетками в иммунной системе. Цитокины, как продуцируемые локально в печени, так и циркулирующие в системном кровотоке, вносят вклад в гепатоцеллюлярное повреждение [1, 2, 3]. К основным цитокинам, участвующим в ремоделировании внеклеточного матрикса, относятся интерлейкины и TNFα. IL-6 и IL-18 действуют как провоспалительные, а цитокин IL-10 является противовоспалительным. Цитокинам присущи разные функции, например: IL-6, IL-18 осуществляют стимуляцию иммунного ответа путем активации белков острой фазы [3]. TNFα стимулирует продукцию IL-1, IL-6, IL-18. Цитокин IL-10 обладает множественными плейотропными влияниями на иммунорегуляцию и воспаление, предотвращая чрезмерную воспалительную реакцию, так как при избыточном воспалительном процессе возникает повреждение здоровых клеток [3, 4, 5, 6, 7]. В последние годы ведется поиск лечебных средств для коррекции цитокинового профиля. Мельдоний – препарат с широким спектром действия. Эффекты данного средства можно рассмотреть на примере системного заболевания, как атерослероз, так как при данной патологии развиваются клеточные и гуморальные изменения. В основе атеросклероза лежит увеличение уровня цитокинов, белков острой фазы, ростовых факторов, молекул адгезии. Цитокины, прежде всего IL-6, усиливают синтез С-реактивного белка (СРБ) гепатоцитами [5, 6, 7, 8]. Мельдоний способствует ослаблению экспрессии семейства провоспалительных IL [10]. В связи с разнообразными эффектами мельдония, актуальным является оценить влияние данного препарата на уровень цитокинов при физической нагрузке.

Цель исследования – изучить уровень IL-6, IL- 10, IL-18, TNFα при физической активности и при применении мельдония.

Материалы и методы

Эксперимент проводился в два этапа: первый – когда животные выполняли физическую нагрузку без использования мельдония (n = 36); второй – выполнялось плавание и в это время применялся мельдоний (n = 36). Всего было проведено 10 сеансов плавания. В течение 10 дней в пищу опытных животных добавлялся мельдоний из расчета 100-120 мг/кг веса (ежедневно). Общее число животных было 72. Сравнение проводилось в группах с разными видами физической нагрузки без использования и с применением мельдония. Опыты проводились на крысах (самцы) Wistar весом 220-240 г, которых разделили на три группы: 1) легкая физическая нагрузка, животные плавали 15 минут в ванне с температурой воды 29-32 °С; 2) средняя физическая нагрузка, животные плавали в ванне 30 минут; 3) тяжелая физическая нагрузка, крысы плавали 55-59 минут. К этому времени животные начинали терять силы и тонули. Сразу после окончания плавания животных выводили из эксперимента (6 животных на группу) и через 30 суток после окончания опытов (6 животных на группу). Интактными животными были крысы Wistar весом 220-240 г, которые не выполняли нагрузку.

Оценивался уровень IL-6, IL-10, IL-18, TNFα в плазме крови опытных животных с помощью иммуноферментного анализа и прибора Lazurite Automated Elisa System (Dynex Technologies Inc., США) с учетом инструкции производителя. Срезы печени окрашивались гематоксилином и эозином.

Этическая экспертиза

Эксперименты основывали на принципах гуманности, изложенных в Директиве Совета Европейского Союза (86/609/ЕЭС), а также в ГОСТ Р 53434-2009 от 1 марта 2010 г. «Принципы надлежащей лабораторной практики» (идентичен GLP OECD). Эксперимент одобрен этическим комитетом Марийского государственного университета (протокол № 1 от 28.04.2023).

Описательная статистическая обработка материала осуществлялась в программе Statisticа 10 (США) с использованием программы Microsoft Excel 2016 (США). Для проверки равенства медиан нескольких выборок рассчитывался критерий Краскела–Уоллиса, значимыми считались результаты при p < 0,05. Показатели по каждой группе животных усредняли и высчитывали стандартную ошибку и стандартное отклонение.

Результаты и обсуждение

Уровень TNFα и цитокинов в плазме крови через 10 дней после выполнения плавания

При легкой физической активности (с применением и без использования мельдония) не изменились уровни провоспалительных и противовоспалительных цитокинов (табл. 1).

Таблица 1. Цитокиновый профиль в плазме крови опытных животных без использования и с применением мельдония

Table 1. Cytokine profile in blood plasma of experimental animals without and with meldonium

Примечание. * – уровень статистической значимости различий 3-й группы без применения и с использованием мельдония. Через 30 суток после эксперимента: ** – уровень статистической значимости различий 3-й группы (без мельдония) с третьей группой (с использованием мельдония).

Note. *, level of statistical significance of differences in the 3^rd group without and with the use of meldonium. 30 days after the experiment: **, level of statistical significance of differences in the third group (without meldonium) with the 3^rd group (with the use of meldonium).

При средней физической нагрузке (без мельдония) отмечалось возрастание концентрации TNFα в плазме крови до 28,7±3,4 пг/мл, то есть показатель увеличился в 1,5 раза в сравнении с животными, выполняющими среднюю нагрузку с применением мельдония.

При тяжелой нагрузке уровень TNFα возрос до 118,3±8,2 пг/мл, то есть показатель увеличился в 1,7 раза (р = 0,006) при сравнении с крысами, которые выполняли тяжелую нагрузку с использованием мельдония (табл. 1).

Оценивая содержание IL-6 в плазме крови следует отметить, что самый высокий уровень был при тяжелой нагрузке (табл. 1). Гистологически в печени у животных этой группы выявлялась зона некроза с клеточной инфильтрацией, состоящей из лейкоцитов и лимфоцитов.

IL-10 при средней физической нагрузке (без использования мельдония) был выше, чем у крыс с использованием мельдония (табл. 1), при тяжелой физической нагрузке (без применения мельдония) содержание цитокина IL-10 в плазме крови было ниже в 1,7 раза (р = 0,001) в сравнении с животными, которым вводился мельдоний при выполнении тяжелой нагрузки. Наименьшие изменения коснулись IL-18 (табл. 1).

Уровень TNFα и цитокинов в плазме крови через 30 дней после выполнения плавания

Через 30 суток после окончания эксперимента при легкой физической активности (без использования и с применением мельдония) уровень цитокинов оставался без изменений (табл. 1). При средней физической активности (без и с использованием мельдония) отмечалась нормализация изучаемых цитокинов и приближение цифр к интактной группе животных (табл. 1). При тяжелой физической нагрузке (с применением мельдония) уровень TNFα снизился в 3,7 раза (р = 0,001) по сравнению с животными, которым не вводился мельдоний. Отмечены колебания показателей провоспалительных цитокинов – IL-6 и IL-18 (табл. 1). При тяжелой нагрузке уровень IL-10 в плазме крови повысился в 1,9 раза (р = 0,006) в сравнении с животными без использования мельдония. Следует отметить, что при тяжелой физической активности с использованием мельдония происходило приближение изучаемых показателей уровня цитокинов к группе интактных животных.

По данным R.A. Muluye и соавт., при вынужденном плавании, вызвавшем усталость, увеличивался уровень фактора некроза опухоли альфа (TNFα) в сыворотке крови. Известно, что высокий уровень TNFα оказывает влияние на митохондрии, вызывая заметное и длительное снижение биоэнергетики митохондрий и клеток [8].

В описываемом исследовании выявлено, что значимые изменения наблюдались при тяжелой физической нагрузки без использования мельдония. В плазме крови увеличивались TNFα, IL-6 и IL-18, являющиеся провоспалительными цитокинами, уровень IL-10 снижался. Известно, что TNFα способствует гиперпродукции провоспалительных цитокинов (IL-1, IL-6, IL-18), которые усиливают некроз гепатоцитов, апоптоз и фиброгенез [1, 7]. Высокий уровень IL-18 в плазме крови усиливает провоспалительный иммунный ответ, повышая выработку TNFα и IL-1α.

Использование мельдония при тяжелой физической активности сразу после окончания эксперимента приводило к снижению уровня TNFα, IL-6 и IL-18, а концентрация IL-10 в плазме крови увеличивалась. Через 30 суток после окончания опытов изучаемые цитокины приближались к цифрам интактной группы. Вероятно, это связано с тем, что мельдоний снижает уровни СРБ, раннего маркера воспалительных процессов.

Заключение

Тяжелая физическая нагрузка (без использования мельдония) приводила к нарушению в цитокиновом профиле – изменялась концентрация цитокинов: TNFα, IL-6, IL-10, IL-18. Иммунный ответ обусловлен повышением уровня провоспалительных цитокинов в плазме крови. В условиях применения мельдония отмечалось повышение противовоспалительного цитокина – IL-10 при системном уменьшении уровня TNFα, IL-6, IL- 18.

About the authors

Olga V. Alpidovskaya

Author for correspondence.
Email: olya-vorobeva-2018@mail.ru

PhD (Medicine), Associate Professor, Department of General and Clinical Morphology and Forensic Medicine

References

Supplementary files