Почему иммунитет подавляется во время стресса?
Механизм, с помощью которого глюкокортикоиды и другие гормоны стресса подавляют иммунитет, — очень горячая тема современной цитобиологии и молекулярной биологии, особенно что касается уничтожения лимфоцитов. Но среди всех увлекательных открытий ультрасовременной науки было бы разумно задать вопрос о том, почему организм вообще допускает, чтобы его иммунная система была подавлена во время стресса. В первой главе я предложил одно объяснение; теперь, когда мы немного лучше представляем себе процесс стрессогенного подавления иммунитета, должно быть очевидно, что то мое объяснение не имеет никакого смысла. Я предположил, что во время стресса логично «закрыть» долгосрочные строительные проекты и направить энергию на более неотложные задачи — это касается и иммунной системы. Она прекрасно умеет находить опухоли, которые могли бы убить нас через шесть месяцев, или вырабатывать антитела, которые понадобятся нам через неделю, но не нужна в чрезвычайной ситуации, возникшей прямо сейчас.
Такое объяснение имеет смысл лишь в том случае, если стресс «заморозил» иммунную систему именно в том состоянии, в котором она находится сейчас, — больше никаких расходов на иммунитет, до тех пор пока чрезвычайная ситуация не закончится. Но на самом деле происходит иначе. Стресс приводит к большому расходу энергии, необходимой для демонтажа тканей иммунной системы — эти ткани съеживаются, их клетки разрушаются. Это нельзя объяснить простой «экономией» — ведь мы платим своей энергией за разрушение иммунной системы. И это приводит нас к теории, указывающей на более долгосрочные последствия этого процесса.
Почему эволюция позволила нам заниматься такими вопиющими глупостями? Уничтожать иммунную систему во время стресса! Возможно, для этого нет никаких серьезных причин. Но это не так глупо, как кажется. Не все функции организма можно объяснить с точки зрения эволюционной адаптивности. Возможно, стрессогенное подавление иммунитета — просто побочный продукт другой, вполне адаптивной функции; оно просто идет «в нагрузку».
Но вряд ли это так. Когда возникает инфекция, иммунная система вырабатывает химический посредник интерлейкин-1. Наряду с другими функциями он стимулирует гипоталамус к выработке КРГ. Как мы говорили в главе 2, КРГ стимулирует гипофиз, заставляя его вырабатывать АКТГ, который затем вызывает выработку глюкокортикоидов надпочечниками. Они, в свою очередь, подавляют иммунную систему. Другими словами, при некоторых обстоятельствах иммунная система побуждает организм вырабатывать гормоны, которые в итоге подавляют иммунную систему. Независимо от причин этого явления иммунная система иногда поощряет подавление иммунитета. Вероятно, это не случайно[55].
В последние годы возникло множество гипотез в попытках объяснить, почему же во время стресса мы активно разрушаем собственный иммунитет при добровольном содействии самой иммунной системы. Некоторые из этих гипотез казались довольно вероятными, пока мы не узнали немного больше об иммунитете и не смогли их исключить. Другие были просто безумными, и даже я сам опрометчиво продвигал некоторые из них в первом издании этой книги. Но в последние 10 лет ответ был найден, и он перевернул все представления об этой сфере.
Сюрприз, сюрприз
Оказывается, что в первые несколько минут (скажем, около получаса) после начала действия стрессора мы не подавляем иммунитет как таковой — наоборот, мы улучшаем множество его аспектов (фаза А на приведенном ниже графике) (рис. 28). Это касается всех аспектов иммунитета, но прежде всего врожденного иммунитета. Это вполне логично — полезно активировать те аспекты иммунной системы, которые будут создавать для нас антитела в следующие несколько недель. Но еще полезнее немедленно активировать те элементы иммунной системы, которые могут выручить нас прямо сейчас. Чем больше иммунных клеток срочно отправляются в кровь, когда нервная система переживает травму, тем более сильное воспаление возникает в поврежденной ткани. Кроме того, циркулирующие в крови лимфоциты лучше вырабатывают иммунные посредники и лучше на них реагируют. И в слюну выделяется еще больше неспецифических антител врожденной иммунной системы. Такое повышение иммунитета происходит не только в ответ на инфекцию. Физические и психологические стрессоры, по-видимому, также запускают раннюю стадию активации иммунитета. Что еще интереснее, главные злодеи, подавляющие иммунитет, — глюкокортикоиды — играют в этом процессе важнейшую роль (вместе с симпатической нервной системой).
Итак, с началом действия любого стрессора наша иммунная защита усиливается. Но если стресс продолжается долго, ситуация меняется на прямо противоположную. Примерно через час продолжающаяся активация глюкокортикоидов и симпатической системы начинает подавлять иммунитет. Если действие стрессора в это время заканчивается, что нам даст подавление иммунитета? Иммунная функции вернется в то состояние, с которого началась реакция, — назад к базовой линии (фаза В). Если
сильные стрессоры действуют дольше или уровень глюкокортикоидов очень высокий, иммунная система не просто возвращается к базовой линии, а резко падает к тому уровню, где начинается подавление иммунитета (фаза С). Для большинства аспектов иммунной системы, которые можно измерить, длительное действие сильных стрессоров снижает показатели на 40-70% ниже базовой линии.
Рис. 28. Стресс ненадолго стимулирует иммунную систему
стресса длительность стресс стресса
Гипотеза о временной активации иммунной системы в начале действия стрессора вполне логична (по крайней мере не меньше, чем некоторые замысловатые теории о том, почему имеет смысл подавление иммунитета). Как и идея о том, что все, что повышается, должно в итоге снизиться. И, как мы часто видим на страницах этой книги, если у нас есть стрессор, который действует слишком долго, адаптивное снижение к базовой линии может зайти слишком далеко. И тогда мы попадаем в беду.
Почему нам потребовалось так много времени, чтобы это выяснить? Вероятно, по двум причинам. Во-первых, потому что многие методы измерения различных показателей иммунной системы только недавно стали достаточно чувствительными, чтобы отмечать небольшие, быстрые различия. Раньше ученым не удавалось «поймать» фазу А, эту быструю вспышку стимуляции иммунной системы в начале действия стрессора. Поэтому в течение многих десятилетий мы думали, что изучаем иммунную реакцию на стресс, а на самом деле изучали восстановление иммунной реакции на стресс. Во-вторых, в этой области ученые обычно исследуют действие сильных, длительных стрессоров или влияние большого количества глюкокортикоидов в течение
длительных периодов. Это создает определенный перекос в планировании и проведении экспериментов — они обычно предполагают сильное воздействие. Если при этом ничего не происходит, выбирается новая область исследований. А если что-то происходит, повторяется достаточно много раз и вы уверены, что это происходит, только после этого можно начинать думать о более тонких нюансах. Поэтому в начале исследований в этой сфере ученые изучали только те стрессоры или паттерны воздействия глюкокортикоидов, которые переводят организм в фазу С, и только позже пришло время для изучения более тонких аспектов, возникающих на фазе В.
Это произошло благодаря экспериментам Аллана Мунка из Дартмутского университета, одного из крестных отцов данной области, еще в середине 1980-х предсказавшего почти все недавние открытия. Он также предсказал ответ на другой важный вопрос. Зачем возвращать иммунную функцию к дострессовому уровню (фаза В на диаграмме)? Почему просто не оставить ее на более активированном, более высоком уровне, достигнутом в первые 30 минут, и не воспользоваться этой активацией на следующих фазах? Выражаясь метафорически, почему бы и дальше не держать армию в состоянии максимальной мобилизации? Прежде всего, это очень дорого. Что еще важнее, система, постоянно находящаяся в состоянии максимальной готовности, в какой-то момент не выдержит, и в результате «дружественного огня» может пострадать кто-то из «своих». Так может случиться и с иммунной системой, если она хронически активирована: она начинает путать с агрессором части собственного организма. Так возникают аутоиммунные заболевания.
Такие рассуждения привели Мунка к гипотезе о том, что если вы не прошли фазу В и не вернули активированную иммунную систему к базовой линии, то у вас растет риск аутоиммунных заболеваний. Эта идея была подтверждена по крайней мере в трех областях. Во-первых, можно искусственно заблокировать у крыс уровень глюкокортикоидов в низком базовом диапазоне, а затем подвергнуть их стрессу. При этом у животных возникнет фаза А (по большей части под воздействием адреналина), но не будет расти уровень глюкокортикоидов, и это не позволит им полностью перейти в фазу В. При этом у крыс возрастет риск аутоиммунных заболеваний. Во-вторых, врачам иногда приходится удалять пациенту один из двух надпочечников (источник глюкокортикоидов), как правило, из-за опухоли.
Сразу же после этого уровень глюкокортикоидов в крови падает вдвое и остается таким до тех пор, пока оставшийся надпочечник не начнет вырабатывать их вдвое больше. В период низкого уровня глюкокортикоидов у пациентов чаще возникают симптомы аутоиммунных или воспалительных заболеваний — в организме недостаточно глюкокортикоидов, чтобы перейти в фазу В, когда возникает какой-то стресс (рис. 29). Наконец, если исследовать популяцию крыс или, как ни странно, цыплят, у которых спонтанно возникают аутоиммунные заболевания, у них отмечаются нарушения глюкокортикоидной системы — или уровень этого гормона слишком низкий, или иммунные клетки нечувствительны к глю- кокортикоидам. То же самое касается людей, страдающих аутоиммунными заболеваниями, например ревматоидным артритом.
Рис. 29. Схематическое изображение того, как неспособность подавить иммунную функцию во время стресса может привести к аутоиммунным заболеваниям
Таким образом, в начале реакции на стресс иммунная система активируется, а не подавляется. Оказывается, благодаря реакции на стресс активация иммунной функции не перерастет в аутоиммунный процесс.
Это открытие привело к некоторому пересмотру представлений в данной области. Если стресс продолжается достаточно долго и начинает подавлять иммунитет, некоторые элементы, традиционно считавшиеся свидетельством подавления иммунитета, на самом деле оказались признаками его укрепления.
Это проявляется двумя способами. Если кто-то принимает большую дозу глюкокортикоидов или в течение многих часов подвергается действию очень мощного стрессора, то его гормоны начнут уничтожать лимфоциты без разбора, просто убивать их. Если ненамного повысить уровень глюкокортикоидов (так происходит в начале фазы В), то гормоны будут уничтожать только определенную подгруппу более старых лимфоцитов, которые и так неэффективны. На этом этапе глюкокортикоиды помогают укреплять иммунную реакцию, избавляясь от лимфоцитов, бесполезных в текущей чрезвычайной ситуации. Это является косвенным подтверждением укрепления иммунной функции.
Вторая тонкость отражает новую интерпретацию того, что люди знали испокон веков (по крайней мере во времена Селье). Как мы уже знаем, глюкокортикоиды не только уничтожают лимфоциты, но и вытесняют из крови еще оставшиеся в ней лимфоциты. Фирдаус Дабар из Университета штата Огайо решил выяснить, куда деваются иммуноциты, которые вытеснены из крови. Всегда считалось, что все они оправляются в хранилища в иммунных тканях (например, в тимус). Они дезактивируются, и от них уже нет никакой пользы. Но работа Дабара показывает, что не все они отправляются на консервацию. Глюкокортикоиды и адреналин отправляют многие из этих лимфоцитов к месту инфекции, например в кожу. То есть иммуноциты не дезактивируются, а отправляются на передовую. Поэтому, например, царапины на коже заживают быстрее.
Таким образом, в начале действия стрессора глюкокортикоиды и другие гормоны, реагирующие на стресс, ненадолго активируют иммунную систему, улучшая иммунную защиту, оттачивая ее, доставляя иммунные клетки к месту битвы с инфекцией. Но если действие глюкокортикоидов продолжается, система может промахнуться и войти в аутоиммунное состояние. Поэтому при длительном стрессе возникает обратный эффект: система возвращается к базовой линии. Во время патологического сценария, когда на организм действуют сильные и длительные стрессоры, иммунитет падает ниже базовой линии.
Эти новые открытия помогают объяснить один из самых упрямых парадоксов в этой области. Он касается аутоиммунных заболеваний.
Вот два факта об аутоиммунных процессах:
1. Поскольку аутоиммунные заболевания связаны с избыточной активацией иммунной системы (до такой степени, что здоровые функции и органы тела она начинает воспринимать как агрессора), самое распространенное и освященное веками лечение таких болезней состояло в том, чтобы посадить пациента «на стероиды», давая ему большие дозы глюкокортикоидов. Логика здесь очевидна: это резко подавляет иммунную систему и она больше не может нападать на поджелудочную железу, нервную систему или на какой-то другой объект своего неуместного рвения (и, как очевидный побочный эффект этого подхода, иммунная система также будет не слишком эффективно защищать пациента от реальных патогенов). Поэтому назначение больших доз гормонов стресса облегчает симптомы аутоиммунных болезней. Кроме того, выяснилось, что длительное действие сильных стрессоров снижает симптомы аутоиммунных заболеваний у лабораторных крыс.
2. В то же время, по-видимому, стресс может усугублять аутоиммунные заболевания. Стресс—один из самых надежных факторов (если не самый надежный), ухудшающих прогноз при таких заболеваниях. Об этом часто сообщают пациенты, и не менее часто это игнорируют врачи, которые знают, что гормоны стресса облегчают аутоиммунные состояния, а не ухудшают их. Но некоторые объективные исследования также подтверждают эту гипотезу, например для таких аутоиммунных заболеваний, как рассеянный склероз, ревматоидный артрит, диффузный токсический зоб, язвенный колит, воспалительные заболевания кишечника и бронхиальная астма. Сейчас есть всего несколько таких отчетов, и многие им не доверяют, потому что они основаны на ретроспективных данных, взятых из самоотчетов пациентов, а не на научных экспериментах. Однако результаты довольно однородны: у многих больных дебют аутоиммунных заболеваний, и в еще большей степени их периодические обострения, коррелирует со стрессом. Кроме того, к настоящему времени уже есть довольно обширная литература, подтверждающая, что стресс может ухудшать симптомы аутоиммунных заболеваний у животных.
Так как же действуют глюкокортикоиды и стресс — они ухудшают или облегчают симптомы аутоиммунных заболеваний? Приведенный ниже график дает ответ, который не удавалось найти раньше. Мы обнаружили два сценария, которые увеличивают риск аутоиммунных заболеваний. Во- первых, кажется, что многочисленные кратковременные стрессоры (то есть многократное прохождение фаз А и В) увеличивают риск аутоиммунных процессов. Почему-то повторяющиеся подъемы и спады ведут систему вверх, повышая вероятность аутоиммунных заболеваний. Во-вторых, не очень полезно, когда много раз за фазой А идет фаза В, но если за фазой А не возникает фаза В, это также увеличивает риск аутоиммунного процесса. Если нет адекватной фазы В, начинает раскручиваться спираль иммунной системы и возникает аутоиммунный процесс (рис. 30).
Как и следовало ожидать, если вместо этого мы имеем сильные и длительные стрессоры или вводим в организм большие дозы глюкокортикоидов, то система перейдет в фазу С — возникнет мощное подавление иммунной функции, уменьшающее аутоиммунные симптомы. Эту гипотезу поддерживает еще одно открытие: острый стресс увеличивает у крыс риск рассеянного склероза, а хронический стресс подавляет симптомы этого аутоиммунного заболевания. Очевидно, в процессе эволюции система не была предназначена для того, чтобы иметь дело с многочисленными повторными «включениями/выключениями», и поэтому возникает нарушение координации, увеличивая риск аутоиммунных процессов в системе.
Хронический стресс и риск заболеваний
В этой книге мы уже много раз говорили о том, что определенная физиологическая реакция на обычные для млекопитающих стрессоры — если она длится слишком долго или возникает слишком часто — приводит к серьезным проблемам. Способность сильных стрессоров подавлять иммунитет ниже базовой линии — одна из таких проблем. Насколько опасно стрессогенное подавление иммунитета, если оно уже возникло? Как научил нас вирус СПИДа, если иммунная система серьезно подавлена, то 30-летний человек будет медленно умирать от рака и пневмонии, которые раньше врачи, за 50 лет своей карьеры, наблюдали только у пожилых пациентов. Но может ли хронический стресс подавлять иммунную систему до такой степени, чтобы вызывать болезни, которые иначе не возникли бы? А если мы уже заболели, то насколько труднее нам будет выздороветь?
Данные из множества источников свидетельствуют о том, что стресс действительно способен ослаблять иммунную систему и увеличивать риск заболеваний. Но, несмотря на это поразительное открытие, остается совершенно неясным, в какой степени хронический стресс делает нас уязвимыми к болезням, которые иммунная система обычно уничтожает в зародыше. Чтобы не запутаться в хаосе, который царит в этой сфере исследований, попробуем разложить их результаты на составные части.
По сути, все эти исследования подтверждают связь между чем-то, что увеличивает или уменьшает стресс, и теми или иными болезнями или причинами смертности. Подход многих психонейроиммунологов основан на предположении о том, что эта связь возникает посредством следующих стадий:
1. Человек переживает стресс.
2. Это заставляет его включить реакцию на стресс (выработка глюкокортикоидов, адреналина и т. д.).
3. Длительность и сила реакции на стресс увеличиваются настолько, что это подавляет иммунную функцию.
4. Это повышает вероятность инфекционных заболеваний и ослабляет способность защищаться от болезни, если она уже возникла.
Предположим, мы видим, что определенное заболевание, связанное с иммунитетом, чаще возникает в ситуации стресса. Здесь нужно задать два важных вопроса. Во-первых, можете ли вы доказать, что человек, переживший стресс и заболевший, прошел через шаги 1-4? Во-вторых, можно ли по-другому объяснить, как стресс привел к болезни? Другими словами, существует ли альтернативный маршрут?
Начнем с анализа этих четырех шагов и посмотрим, можно ли доказать, что все они имели место.
Шаг 1. Человек переживает стресс. В исследованиях на животных общее мнение заключается в том, что при достаточно сильном стрессе организм проходит шаги со 2-го по 4-й. Но перенести этот вывод на людей достаточно сложно, ведь экспериментальные стрессоры, используемые в исследованиях на животных, обычно гораздо ужаснее, чем то, что мы с вами переживаем в обычной жизни. Более того, у каждого из нас есть свои «сильные стрессы» — между людьми лежит безбрежное море индивидуальных различий, о чем мы поговорим в последней главе этой книги. Поэтому, если мы пытаемся изучать влияние стрессоров на иммунную систему человека, нам нужно как-то определить, является ли тот или иной стрессор «сильным» для данного испытуемого или нет. Это значит, что шаг 1, вероятно, можно признать достоверным в тех исследованиях взаимоотношений между стрессом и заболеваниями, связанными с иммунитетом, где фигурируют события, которые считают «ужасными» большинство людей, — смерть близких, развод, потеря работы с угрозой финансовых проблем. Но если окружающая реальность такова, что большинство людей не считают ее стрессовой, мы не можем автоматически признать, что находимся на шаге 1.
С шагом 1 есть еще одна проблема: часто неясно, действительно ли человек подвергается воздействию стрессора или он только говорит об этом. Как известно, мы не умеем объективно описывать то, что происходит в нашей жизни. Проведем воображаемый эксперимент: возьмите 100 везучих людей и подсуньте им препарат, который вызовет у них боли в желудке в течение нескольких дней. Потом отправьте их к доктору, тайно участвующему в этом эксперименте. Он скажет, что они заболели язвой желудка. Затем доктор невинно спросит: «В последнее время вы испытывали какие-нибудь стрессы?» Возможно, 90 из 100 испытуемых расскажут о каком-то стрессовом событии и припишут ему свою «язву». В ретроспективных исследованиях часто оказывается, что, узнав о своей болезни, люди часто говорят, что она возникла в результате какого-то стрессового события.
Если вы решите положиться на ретроспективные исследования с участием людей, то, скорее всего, обнаружите тесную связь между стрессом и болезнью, хотя на самом деле ее не было. Проблема в том, что почти все исследования в этой области являются ретроспективными (мы уже говорили об этом, когда обсуждали заболевания желудочно-кишечного тракта). Дорогие и длительные проспективные исследования стали массово проводиться лишь недавно — возьмите группу здоровых людей и отслеживайте их состояние в течение многих десятилетий, объективно описывая ситуации, когда они подвергаются воздействию стрессоров, и наблюдайте, заболеют они или нет.
Перейдем к следующему шагу: от стрессора к реакции на стресс (от шага 1 к шагу 2). Напоминаю, что если подвергнуть организм действию сильного стрессора, у него почти наверняка возникнет сильная реакция на стресс. Если действуют более слабые стрессоры, реакция на стресс также будет слабее.
То же самое касается перехода от шага 2 к шагу 3. В экспериментальных исследованиях на животных выяснилось, что высокий уровень глюкокортикоидов подавляет иммунную систему. То же самое происходит, если у человека есть опухоль, которая приводит к выработке больших количеств глюкокортикоидов (синдром Кушинга), или если человек принимает огромные дозы синтетических глюкокортикоидов для лечения какой-то другой болезни. Но, как мы теперь знаем, умеренное повышение уровня глюкокортикоидов в ответ на воздействие многих типичных стрессоров не подавляет иммунную систему, а стимулирует ее. Кроме того, при некоторых типах онкологических заболеваний повышенный уровень глюкокортикоидов выполняет защитную функцию. Как мы видели в предыдущей главе, очень высокий уровень глюкокортикоидов снижает количество эстрогенов у женщин и тестостерона у мужчин, а эти гормоны стимулируют рост определенных типов злокачественных опухолей (самые известные из них — «чувствительные к эстрогену» формы рака молочной железы и «чувствительные к андрогену» виды рака простаты). В этих случаях много стресса означает больше глюкокортикоидов и меньше эстрогена или тестостерона, что замедляет рост опухоли.
Переходим от шага 3 к шагу 4. Насколько изменение профиля иммунной функции меняет паттерны болезни? Весьма странно, но иммунологи этого не знают. Если иммунная система сильно подавлена, то вероятность болезни, вне всякого сомнения, растет. У людей, принимающих большие дозы глюкокортикоидов для лечения тех или иных расстройств, очень ослаблен иммунитет, и они уязвимы для инфекционных заболеваний, так же как пациенты с синдромом Кушинга или СПИДом.
Однако последствия более тонких колебаний иммунитета не так понятны. Некоторые иммунологи, возможно, сказали бы, что «для каждого минимального уменьшения какого-то параметра иммунной функции всегда есть минимальное увеличение риска заболевания». Их сомнения вызваны тем, что взаимосвязи между иммунной компетентностью и болезнью могут быть нелинейными. Другими словами, как только вы переходите определенный порог подавления иммунитета, вы оказываетесь в очень затруднительном положении; но если порог не перейден, иммунные колебания, возможно, не имеют большого значения. Иммунная система настолько сложна, что изменения в одном ее фрагменте в ответ на стресс ничего не говорят о системе в целом. Таким образом, взаимосвязь между относительно незначительными колебаниями иммунной функции и паттернами заболеваний у людей до сих пор считается относительно слабой.
Есть еще одна причина, по которой трудно делать выводы о реальном мире на основании результатов, полученных в лаборатории. В лаборатории можно изучать влияние шагов 1-3 на течение болезни, возникающей на шаге 4. Ученым редко удается изменить уровень стресса, глюкокортикоидов или иммунитета у крысы, а потом наблюдать за этой крысой всю ее оставшуюся жизнь, чтобы выяснить, насколько чаще она будет болеть, чем крыса из контрольной группы. Это долго и дорого. Как правило, ученые изучают болезни, вызванные искусственно. Возьмите крысу, подвергните ее воздействию какого-нибудь вируса, а затем проведите через шаги 1-3 и наблюдайте, что происходит. Таким образом, изучая тяжелые, искусственно вызванные болезни, вы получите информацию о шагах 1-3, которые связаны с шагом 4. Но должно быть очевидно, что этот подход никак не учитывает того факта, что мы болеем не потому, что какой-то ученый сознательно решил нас заразить. Мы просто живем в мире, полном невидимых канцерогенов, случайных эпидемий и людей, чихающих рядом с нами в метро. Лишь в нескольких экспериментальных исследованиях на животных рассматривались спонтанно возникающие, а не искусственно вызванные болезни.
Здесь есть несколько оговорок. Давайте рассмотрим несколько областей, где установлена связь между стрессом и болезнями, вызванными иммунной дисфункцией. Это позволит нам оценить, в какой степени эта связь возникает в процессе перехода от шага 1 к шагу 4. Этот путь мы назовем «психонейроиммунным маршрутом» (рис. 31). Он соединяет стресс и болезнь. В каждом случае мы постараемся выяснить, существует ли альтернативный путь. Его мы назовем «маршрутом образа жизни». Возможно, он соединяет стресс и болезни, вызванные иммунной дисфункцией, минуя при этом последовательность шагов 1-4.