Ослабляет ли летняя жара иммунную систему?
Жара, похоже, вызывает целый ряд изменений в молекулах иммунной системы, хотя исследователи расходятся во мнении, что они могут означать.
Может показаться, что жаркий день не представляет угрозы для иммунной системы. Но по мере того как изменение климата приводит к повышению средних температур и учащению смертоносных волн жары, разветвленная защитная сеть организма начинает ощущать воздействие высоких температур. Такая знойная погода может потенциально повлиять на способность иммунной системы бороться с микробами и поддерживать здоровье организма.
Группа ученых недавно выяснила, как кратковременное воздействие тепла влияет на защитную сеть организма, в исследовании, представленном на конференции, проведенной Американской ассоциацией сердца в марте. Исследователи взяли разовые образцы крови у 624 человек в Луисвилле (США) в период колебаний температуры летом 2018 и 2019 годов и проанализировали различные иммунные молекулы, которые служили биомаркерами воспаления и иммунного ответа. Средняя температура воздуха при заборе крови составляла 24 Со, в большинстве случаев температура колебалась между 21 и 27 градусами, однако исследователи обнаружили, что в дни, когда было теплее среднего, у участников исследования наблюдались воспалительные изменения, что говорит о том, что даже умеренная жара заставляла иммунную систему переходить в режим борьбы и тратить ценные ресурсы. Эти выводы заставили исследователей задуматься о долгосрочных последствиях быстрого повышения глобальной температуры на иммунную систему.
Новое исследование показало, что повышение температуры, по-видимому, пробуждает первых помощников иммунной системы, которые обычно просыпаются при вторжении микроорганизмов. Среди них цитокины и несколько типов лейкоцитов, а именно "первопроходцы" Т-киллеры, и команда чистильщиков, состоящая из моноцитов. Повышенный уровень этих клеток - признак воспаления, которое является одним из способов защиты иммунной системы от захватчиков. Если воспаление затягивается, оно может нанести вред организму.
Исследовательская группа также заметила различия в реакции адаптивного иммунитета организма, который генерируется клетками, действующими как силы специальных операций для борьбы с конкретными захватчиками. У участников, у которых забор крови происходил при высокой температуре, было меньше B-клеток - рабочих лошадок, вырабатывающих антитела, которые распознают конкретные патогены и запоминают их для будущих инфекций.
Изменения в иммунитете были поразительными, учитывая, что в период исследования в Луисвилле не было сильного потепления. «Я не ожидал увидеть, что изменится так много клеток, так много маркеров, особенно при таком умеренном повышении температуры», - рассказывает Дэниел В. Риггс, первый автор исследования и профессор медицины в Университете Луисвилля. Город уже пережил палящие волны жары осенью 2019 года и прошлым летом. Риггс ожидает, что иммунные колебания будут более значительными, когда люди будут испытывать более экстремальные температуры.
Другие эксперты говорят, что еще слишком рано говорить о том, являются ли перепады в биомолекулах благотворными или опасными. «Мы не хотим чрезмерно интерпретировать наблюдаемые изменения", - отмечает Шэрон Эванс, профессор онкологии, которая не принимала участия в исследовании. Это исследование, которое Эванс называет «действительно захватывающим», явно предполагает, что в иммунной системе «что-то происходит». Группа Риггса считает, что признаки воспаления, наблюдаемые при повышенной температуре, могут подорвать здоровье человека, если будут часто повторяться. Моноциты способствуют развитию атеросклероза.
Однако влияние тепла на способность организма противостоять патогенам не столь однозначно. По мнению исследователей, если в крови меньше В-клеток, то организм может быть более восприимчив к инфекциям. По словам Эванс, меньшее количество В-клеток в крови может означать, что эти крошечные десантники вместо этого собрались в другом месте, возможно, в селезенке или лимфатических узлах, где сначала скапливаются антигены или молекулы патогенов. Хотя анализ крови может показать меньшее количество В-клеток при таком сценарии, организм лучше подготовлен к борьбе с патогенами.
По словам Эванс, иногда тепло может быть полезным. Она и другие исследователи показали в предыдущих экспериментах на мышах и в культурах клеток, что кратковременное умеренное тепловое воздействие действительно может укрепить иммунную защиту, например, повышая подвижность лейкоцитов и концентрацию в крови иммунных сигнальных молекул. Исследователи считают, что организм поднимает температуру, чтобы дать иммунной системе преимущество в борьбе с инфекцией.
Конечно, длительный перегрев, будь то лихорадка или окружающая среда, может оказаться губительным. Длительная лихорадка нагружает внутренние органы, такие как сердце и легкие, может вызвать судороги и требует больших метаболических затрат. Хроническое тепловое воздействие окружающей среды вызывает множество известных проблем со здоровьем, но Эванс предсказывает, что оно также может в конечном итоге отключить иммунитет, когда энергетические ресурсы будут направлены на охлаждение организма, а не на его защиту. Исследование, проведенное в 2019 году, показало, что у мышей, содержавшихся в помещениях с высокой более недели, был ослаблен иммунный ответ, когда их заразили вирусом гриппа. Однако такое тепловое воздействие является экстремальным и не соответствует реальным условиям, в которых люди обычно чередуют прохладные ночи и более жаркое дневное время.
По словам Эванс, вопрос заключается в том, схожа ли иммунная реакция, отраженная в новом исследовании, с реакцией, вызванной умеренной лихорадкой или сильным жаром. «Результат воздействия на иммунную систему будет совершенно разным», - считает она. Исследователи не смогли точно определить, считалось ли тепловое воздействие в исследовании легким или опасным для жителей. Риггс отмечает, что, хотя все заборы крови проводились на улице, исследователи не отслеживали, где находились участники. Участники могли провести большую часть времени перед процедурой в комфортных условиях кондиционера или на открытом воздухе под полным натиском стихии. Любой из этих вариантов мог повлиять на иммунную систему и снизить интенсивность корреляции биомаркеров.
Тем не менее, эта работа указывает на аспекты иммунной системы, которые могут быть наиболее чувствительны к скачкам температуры. Кристи Эби, исследователь климата и здоровья из Вашингтонского университета, которая не принимала участия в исследовании, говорит, что полученные результаты поднимают «интересные вопросы», например, насколько сильно и быстро организм реагирует на жару. Чтобы найти ответы, ученым необходимо провести контролируемые исследования на животных в условиях умеренной жары, а также следить за показателями крови людей в зависимости от капризов погоды в течение нескольких месяцев. Такие эксперименты позволят более убедительно выяснить нюансы воздействия жары на различных участников иммунной системы и помогут обеспечить более эффективное лечение тех, кто наиболее восприимчив к этим эффектам.
Некоторые слои населения могут быть более уязвимы к жаре, чем другие, особенно те, кто принимает лекарства, пожилые люди и люди с аутоиммунными заболеваниями, которые не могут позволить себе еще больше нагружать свою измотанную защитную систему. Социальное неравенство, говорит Эби, также может усугублять пагубные последствия жары: люди, живущие в городских тепловых островах или не имеющие доступа к кондиционированной инфраструктуре, быстрее почувствуют жару. Одно из решений - создание зеленых насаждений, которые, как было показано, снижают температуру в тепловых островах и обеспечивают охлаждающую тень. Риггс планирует использовать полученные результаты в качестве базового уровня для изучения того, снижают ли мероприятия по посадке деревьев в Луисвилле опасность тепловых волн.
Поскольку планета стремительно движется к глобальному потеплению на 1,5 Со выше доиндустриального уровня к середине столетия, понимание того, как тепло формирует иммунный ландшафт, жизненно важно для предотвращения и лечения теплового стресса у людей. «Я думаю, что мы только начинаем понимать, какое влияние может оказать повышение температуры на людей», - говорит Эванс.
