Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,749

THE LEVEL OF PRO-INFLAMMATORY AND ANTI-INFLAMMATORY CYTOKINES OF HIGHLY EXPERIENCED ROWERS IN THE PERIOD OF STRENUOUS EXERCISES


This article gives a comparative evaluation of the level of pro-inflammatory (IL-1β, INFγ, IL-2) and anti-inflammatory cytokines (IL-4, IL-10) in the blood of rowers-athletes in the period of strenuous exercises. Integrated evaluation of cytokine picture of rowers-athletes’ blood made it possible to detect disorders of immunogenesis during the pre-competition period as well as after participation in international sporting competitions. Experiments proved that strenuous exercises are defined by the activation of Th-1 immune response and can cause disorders of immunoglobulin production and humoral immunity. So there is a need to launch a program for immune rehabilitation after the maximal and submaximal physical exercises.
physical exercise
over-strain
immunity
cytokines
stress reaction

Современный спорт высших достижений делает спортсменов группой риска по развитию заболеваний различных органов и систем.

А.В. Зурочка с соавт. (2005) изучали состояние иммунной системы борцов, пловцов и лыжников в течение годичного цикла тренировок. Ими было установлено, что в период интенсификации физической нагрузки в предсоревновательный период регистрируется более выраженное угнетение показателей как клеточного, так и гуморального иммунитета [2].

У спортсменов высокого класса в период усиленной тренировки и ответственных соревнований снижается уровень иммуноглобулинов в крови, вплоть до полного исчезновения некоторых классов - IgG, падает также уровень IgM [3], отмечается высокая заболеваемость аллергическими болезнями с преобладанием повышенной чувствительности к бытовым и пыльцевым аллергенам [8]. У спортсменов в период интенсивных тренировок снижается число полиморфноядерных лейкоцитов и их способность к фагоцитозу, которая обычно стимулируется при умеренных тренировках. При интенсивных тренировках снижается синтез ИЛ-2 и интерферона-α (ИНФα), что продемонстрировано при вирусной стимуляции лимфоцитов in vitro [4]. Снижается способность к первичному и вторичному иммунному ответу, угнетается индуцированный вирусом синтез ИНФ, уменьшается содержание комплемента. Уменьшение способности к иммунному ответу у спортсменов в период высокого психоэмоционального напряжения продемонстрировано при их вакцинации, тогда как при умеренных тренировках вакцинный эффект может повышаться [9].

Эти изменения во многом обусловлены стресс-реакцией и переутомлением. Основой являются повышенная выработка адренокортикотропного гормона (АКТГ) и индуцированная ею гиперпродукция стероидных гормонов стресс-реакции. К основным мишеням этих гормонов относятся лимфоциты, что и определяет реакцию иммунной системы на их действие и изменение устойчивости организма к инфекциям при ее развитии. Следует отметить также значимую роль цитокинов, активация продукции которых при стресс-реакции не только приводит к повышенной секреции глюкокортикостероидов, но и оказывает существенное угнетающее действие на функции клеток системы иммунитета через модуляцию внутриклеточных сигнальных путей, индуцируемую взаимодействием лиганд-рецептор [6].

Экспериментально показано, что АКТГ и кортизон активируют латентные инфекции и обусловливают гибель животных от обычно не патогенной для них флоры слизистых оболочек респираторного тракта и кишечника. Течение инфекций характеризуется большей диссеминацией микробов по организму, усиленным их размножением и уменьшением воспаления [7].

Физическое утомление вызывает у животных генерализацию инфекции и смерть [4], повышается чувствительность к вирусам Herpes simplex, снижается первичный и вторичный иммунный ответ на бактериальные антигены. Время персистирования вируса Коксаки В в тканях внутренних органов и скелетной мускулатуре увеличивалось в десятки раз у перенесших стресс животных, значительно снижается активность естественных клеток-киллеров [7].

Стресс умеренной интенсивности вызывает преимущественно перераспределение лимфоцитов, в крови регистрируется лимфопения. В то же время усиливается антиген-неспецифическая составляющая иммунной защиты с целью недопустимости проникновения патогенных микроорганизмов. Отражением этого процесса служит мобилизация гранулоцитарного резерва, резкое увеличение числа нейтрофильных гранулоцитов в крови. Но уже при умеренном стрессе у мышей наблюдали нарушение морфологии селезенки, Тh1/Тh2-цитокиновой сети, функций естественных киллеров (NК) [10].

Иная ситуация возникает при длительных и интенсивных стрессорных воздействиях. Повышение концентрации глюкокортикоидов позволяет им проникать в клетки за счет пассивной диффузии и связываться с рецептором для глюкокортикоидов, который находится в цитоплазме. Активированный благодаря присоединению кортикостероида комплекс гормон-рецептор проникает в ядро, связывается с определенными участками ДНК и осуществляет регуляцию транскрипции генов. В результате тормозится синтез интерлейкинов-1, -2, -3, -4, -5, -6, -8, -11, -12, -13, ИНФγ, ФНОα.

В условиях интенсивного стресса концентрация кортикостероидов существенно возрастает и вызывает апоптоз, развивающийся в пределах 10-12 часов после действия индукторных факторов, что служит важной причиной снижения функциональной активности клеток иммунной системы [6].

Совершенно очевидно, что под влиянием стресса, приводящего к перераспределению лимфоидных клеток, к изменению гормонального и цитокинового статусов организма и, в результате, к нарушению клеточных функций, происходят сдвиги молекулярных событий в клетках, определяющих нарушение процессов нормального функционирования различных клеточных систем организма. При этом отмечается, что у спортсменов, представляющих разные виды спорта, существенно различаются реакции иммунной системы [8]. Исследования, выполненные на пожилых людях, ведущих сидячий образ жизни, которым давали аэробную умеренную тренировочную физическую нагрузку 3 раза в неделю на протяжении 6 месяцев, не выявили существенных изменений в периферической крови общего количества лейкоцитов, нейтрофилов, лимфоцитов, моноцитов, эозинофилов, базофилов. Более того, неизменным оставалось содержание CD3+-, CD4+- и CD8+-клеток. Однако зарегистрирована тенденция к увеличению доли CD4+ и CD8+-наивных клеток (CD45RO-) и снижению доли CD4+ клеток памяти (CD45RO+). Небольшая физическая нагрузка повышала пролиферативный ответ Т-лимфоцитов на митогены (Con А). Heстимулированный цитолиз NK-клетками К562 клеток также возрастал. Таким образом, мышечная нагрузка способна оказывать влияние на состояние иммунной системы [7].

Профессионализация спорта с вовлечением большого количества молодых людей и разрозненность мнений о влиянии физических нагрузок на функцию различных органов и систем диктуют необходимость дальнейших исследований в этом направлении.

Целью исследования явилась сравнительная оценка уровня провоспалительных (ИЛ-1β, ИФНγ, ИЛ-2) и противовоспалительных цитокинов (ИЛ-4, ИЛ-10) в крови спортсменов-гребцов в предсоревновательный период и после международных соревнований.

Материалы и методы исследования

Обследован 51 человек в возрасте от 18 до 24 лет (20,1 ± 1,4 года). Исследования проводились среди высококвалифицированных спортсменов (36 спортсменов-гребцов мастеров спорта, кандидатов в мастера спорта, 1 разряда) в предсоревновательный период и после соревнований. Контролем служила группа практически здоровых студентов (15 человек), сопоставимых по возрасту, активно не занимающихся спортом. Спортсмены обследованы в период интенсивных нагрузок тренировочного микроцикла и после международных соревнований. Все участники подписали информированное согласие. Забор крови проводился утром, натощак в условиях асептики процедурной медицинской сестрой. Исследования образцов крови проводили в лаборатории ООО «Авиценна плюс» (ген. директор Пополитов А.П.).

Определение уровня цитокинов в сыворотке крови проводили методом твердофазного ИФА. Учет результатов производили с помощью иммуноферентного анализатора «Multiscan» (Финляндия). Расчет количества цитокинов осуществляли путем построения калибровочной кривой с помощью компьютерной программы. Количество выражали в пг/мл.

Статистическую обработку полученных данных проводили с использованием пакета прикладных программ «Statistica v.9» методами параметрической или непараметрической статистики с подсчетом средней арифметической, среднего квадратического отклонения, или медианы. Различия между связанными и несвязанными группами оценивали методами Вилкоксона, Стьюдента или Манна-Уитни. Корреляционный анализ проводили с помощью коэффициентов Пирсона или Спирмена. Объем выполненных исследований позволил оценить результаты с достоверностью 95-99 % при использовании соответствующих статистических методов.

Результаты исследования и их обсуждение

В результате проведенных исследований установлено, что содержание цитокинов в сыворотке крови людей контрольной группы было низким и определялось в 60 % случаев (таблица). Это согласуется с мнением большинства исследователей об индуцибельном характере продукции большинства цитокинов [4].

Содержание цитокинов в сыворотке крови обследованных людей

№ п/п

Показатели

Контрольная группа

Период интенсивных тренировок

После
соревнования

р

1

ИЛ-1β пг/мл

1,69 ± 0,15

7,30 ± 2,43

171,30 ± 40,36***

 < 0,01

2

ИФНγ пг/мл

0,1 ± 0,06

5,46 ± 2,56*

2,46 ± 1,84

 > 0,05

3

ИЛ-4 пг/мл

0,02 ± 0,01

0,44 ± 0,25

0,04 ± 0,01

 > 0,05

4

ИЛ-10 пг/мл

0,16 ± 0,1

3,62 ± 2,1

1,0 ± 0,5

 > 0,05

5

коэф. ИФНγ/ИЛ-4

5,0 ± 0,3

12,4 ± 1,2*

61,5 ± 8,0***

 < 0,001

6

коэф. ИЛ-1β/ИЛ-10

10,5 ± 0,2

2,0 ± 0,3**

170,0 ± 20,0***

 < 0,001

Примечание: статистическая достоверность различий с контрольной группой: р < 0,05 - *, р < 0,01 - **, р < 0,001 - ***.

В период интенсивных физических нагрузок выявлено существенное увеличение уровня ИФНγ в сыворотке крови (5,46 ± 2,56 пг/мл против 0,1 ± 0,06 пг/мл; р < 0,05), при этом количество ИЛ-1β, ИЛ-4 и ИЛ-10 в крови имело лишь тенденцию к повышению, однако различия не достигали статистически значимых величин (см. таблицу). Комплексная оценка полученных результатов, с расчетом коэффициентов ИЛ-1β/ИЛ-10 и ИФНγ/ИЛ-4, отражающих провоспалительный потенциал и соотношение двух основных субпопуляций Т-хелперов (Тh 1/Тh 2) соответственно, позволили установить, что в предсоревновательный период усиливается функциональная активность Т-хелперов I типа, опосредующих активацию клеточного иммунитета, в том числе макрофагов. При этом зафиксирована относительная недостаточность активности Тh 2 типа, обеспечивающих усиление продукции иммуноглобулинов В-лимфоцитами. Возможно, этим объясняется установленный рядом исследователей [3] дефицит иммуноглобулинов IgG и IgМ у спортсменов в период усиленных тренировок. Тогда как провоспалительный коэффициент (ИЛ-1β/ИЛ-10), напротив, снижался (2,0 ± 0,3 против 10,5 ± 0,2; р < 0,01), что можно расценивать как компенсаторную реакцию с активацией популяции естественных супрессорных или регуляторных клеток (T rеg), которые обеспечивают контроль воспалительных реакций, ингибируя процессы гиперактивации клеток.

После международных соревнований определены более выраженные сдвиги уровня цитокинов в крови (см. таблицу). Определена гиперпродукция ИЛ-1β (171,30 ± 40,36 пг/мл, р < 0,001). Очевидно, это связано с психоэмоциональным стрессом. Имеются данные о том, что норадреналин действует на макрофаги и изменяет продукцию ими ИЛ-1 [1]. ИЛ-1 способен проникать через капилляры в гипоталамус. При этом цитокин действует на астроциты, которые непосредственно прилегают к капиллярам, астроциты начинают продуцировать простогландин Е2, индуцирующий кортикотропин-либерин [1]. Дальнейшие события укладываются в классическую схему активации гипоИПталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы с итоговым выбросом гормонов надпочечников (катехоламинов и глюкокортико-стероидов) в кровь. Более того, катехоламины способны оказывать регулирующее влияние на функции Т-лимфоцитов, так как β2-адренорецепеторы экспрессированы на поверхности Т-хелперов I типа. Этим можно объяснить и полученное нами существенное увеличение коэффициента ИФНγ/ИЛ-4 (170,0 ± 20,0 против 2,0 ± 0,3; р < 0,001). Относительный дефицит ИЛ-4 приводит к усугублению нарушений гуморального иммунитета, определенного нами и в предсоревновательный период. Следует учитывать, что действие катехоламинов дозозависимо. В эксперементе [5] показали, что чрезмерно высокие дозы адреналина приводят к дегенеративным изменениям в больших гранулярных лимфоцитах и индуцируют апоптоз иммунокомпетентных клеток, ингибируя ИФНγ [20], с чем, вероятно, связан более низкий уровень ИФНγ после соревнований по сравнению с предсоревновательным периодом (2,46 ± 1,84 пг/мл против 5,46 ± 2,56 пг/мл). Снижение продукции ИФНγ может быть также обусловлено действием кортикостероидов. Было показано, что они подавляют выработку ИЛ-12 моноцитами, стимулированными липополисахаридом, усиливая при этом выработку моноцитами ИЛ-10, что в целом приводит к уменьшению продукции ИФНγ [1].

Таким образом, комплексная оценка цитокинового профиля крови спортсменов высоких достижений, занимающихся водными видами спорта, позволила выявить нарушения процессов иммуногенза в период интенсивных тренировок в предсоревновательный период и особенно после международных соревнований.

Установлено, что интенсивные физические нагрузки характеризуются активацией Тh I типа иммунного ответа, что может приводить к нарушению продукции иммуноглобулинов и гуморального иммунитета.

После международных соревнований выявлена гиперпродукция ИЛ-1β с усугублением нарушений иммунорегуляции. Гиперактивация провоспалительных клеточных реакций является важным патогенетическим фактором развития иммунопатологических состояний у спортсменов, что следует учитывать при разработке программ их иммунореабилитации.

Рецензенты:

Сомова Л.М., д.м.н., профессор, директор НИИ эпидемиологии и микробиологии Сибирского отделения ПАМН, г. Владивосток;

Маркелова Е.В., д.м.н., профессор, зав. кафедрой патологической физиологии ГОУ ВПО Владивостокского государственного медицинского университета Минздравсоцразвития РФ, г. Владивосток.

Работа поступила в редакцию 12.07.2011.