Svensk Idrottsforskning nr 3 » 1998
Immunförsvarets roll vid fysisk aktivitet
Intresset f ö r forskning o m immunförsvaret i samband med fysisk aktivitet har ökat markant de senaste t i o
åren. Till viss del beror detta på utvecklingen av nya metoder som g j o r t det m ö j l i g t att utföra mer detaljerade studier. Fortfarande är dock mycket oklart vad gäller effekterna av fysisk aktivitet och t r ä n i n g på i m m u n försvaret.
• • • De flesta studier som hittills
genomforts berör de akuta (timmarna efter avslutat arbete) förändringarna efter olika typer och intensitet
av arbete. Senare Öds forskning har
givit upphov ö l l en del intressanta
frågeställningar, som kan ha stor
relevans for idrotten, inte minst vad
gäller akövas infeköonskänslighet
och vad begreppet träningseffekt
egentligen innebär. Förhållandet
mellan specifika förändringar i
immunförsvaret och prestaöon, återhämtning, och infeköonsrisk är fortfarande mycket oklart.
Det är därför svårt att säga vilka
immunologiska förändringar som är
posiöva och vilka som är negaöva,
med hänseende ö l l fysisk prestaöon.
Vad man dock for närvarande kan
konstatera är att många typer av vita
blodkropppar (leukocyter) påverkas
av fysiskt arbete, både ö l l antal och
aköveringsgrad. M a n kan därför
spekulera i att vissa förändringar,
som i allmänhet tolkas som negaöva
för kroppens skydd mot infeköoner,
i stället kan vara en nödvändighet
v i d h å r d , fysisk träning. Dessa
immunologiska förändringar visar
kanske på en anpassning och/eller
kompromiss mellan nödvändigt försvar mot främmande organismer,
och o p ö m a l immunförsvars-funkÖon med hänseende ö l l kroppens
anpassning Öll fysisk träning.
N y a metoder, t.ex. utvecklingen av
monoklonala antikroppar, (molekyler som binder specifikt t i l l ett visst
protein) har under de senaste åren
gett forskare nya och mer exakta
verktyg att mäta förändringar i akövitet och antal av olika leukocyter
både i blodet och i muskulaturen
Doktorand,
Institutionen för
Fysiologi och
Farmakologi,
Karolinska Institutet
lär d e l Det icke-specifika försvaret
består av fysiska barriärer, t.ex. h u d ,
slemhinnor och magsaft som h i n drar bakterier och virus från att ta
sig i n i kroppen, fagocyöska celler
som "äter u p p " främmande eller skadad vävnad, samt inflammaöonsprocesser.
Det cellulära (T-cells medierat) försvaret använder sig av celler (t.ex.
makrofager och cytotoxiska T-celler)
som "äter u p p " (fagocytos) eller på
annat sätt dödar förändrade eller
främmande celler, eller delar av celler, som inte känns igen som kroppsegna. A l l a organ påverkas av
irnmunförsvaret, men benmärgen,
TABELL 1 - LITEN ORDLISTA
Celltyp
Funktion
Adhesionsmolekyl
Fungerar som "krok" för att fästa samman två celler,
t e x . en T-hjålpar cell och en B-cell, eller en monocyt till
endotelceller i blodkärl
Antigen
Främmande ämne, vanligen ett protein, som binder
specifikt till en antikropp eller T-cell receptor. Ger
upphov till produktion av antikroppar
Antikroppar
Protein som binder till ett visst antigen. Produceras av
B-celler vid kontakt med t.ex. bakterier eller virus.
Markerar och/eller oskadliggöra inkräktaren
B-celler
Producerar antikroppar som sedan kan markera och/eller
oskadliggöra invaderande organismer
Leukocyter
Alla vita blodkroppar, dvs. lymfocyter, granulocyter och
monocyter
Lymfocyter
B- och T- celler, även NK-celler kan räknas hit
Monocyter
Kan gå ut i vävnaden och rensa upp trasig vävnad efter
t.e.x inflammation. Kallas där makrofager
NK-celler
"Mördar celler" räknas som den första försvarslinjen mot
virus och cancer celler
Definition
Immunsystemet kan delas i n i ett
specifikt och ett icke-specifikt försvar, samt en humoral och en cellu-
Det specifika försvaret kan skilja
mellan kroppsegct och främmande,
och därigenom känna igen och
avlägsna invaderande mikroorganismar och molekyler via speciella
strukturer, s.k. anögener. V i d akövering producerar det humorala (Bceller) försvaret antikroppar som
märker och oskadliggör främmande
organismer.
Christer M a l m
"
T-hjålpar celler behövs för reglering av aktiviteten hos
B-celler. T-cytotoxiska celler oskadliggör bl.a. virusinfekterade kroppsegna celler
^C
Svensk Idrottsforskning nr 3 * 1998
"Öppna fönstret" Teorin
tymus, lymfsystemet och mjälten är
viköga i de vita blodkroppamas
produköon och mognad.
Skydd mot infektioner
Många som är aköva inom uthållighetsidrotter upplever att de har öer
sjukdagar än gemene man, speciellt
övre luftvägsinfektioner. Studier
från bl.a. maratontävlingar styrker
detta iakttagande. En del studier
visar att efter extremt, långvarigt
arbete löper man större risk att bli
drabbade av en övre luftvägsinfeköon inom de närmaste veckorna,
jämfört med vilande kontrollpersoner, och även att hög träningssmängd skulle vara förknippat med
ökad risk för övre luftvägsinfeköoner (Nieman, 1995). Man har förklarat detta med att det cellulära försvaret försämras och att slemhinnorna torkar ut (färre IgA antikroppar i
saliv) efter utmattande uthållighetsarbete, varvid virus och bakterier
skulle ges möjlighet att lättare invadera kroppen Detta har gett upphov
öll teorin om det "öppna fönstret"
(Fig. 1) (Pedersen, 1997).
En annan möjlig förklaring öll den
ökade infeköonsfrekvensen efter
tävlingar kan vara att de som deltar
i en tävling utsätts för fler och nya
virus/bakterier i och med resor,
byte av miljö, samvaro med etc.
^\
Okad lnfektlon$rl*k
(2-10 tim)
\
\ \r , _
^
, A, , ,)
il
^
Arbete
^
Vila
f%gwr I. En/igf teorin om "öppnayönsfref " sWle iifroftare twa mer mottagliga yor
m/étfzorzer timmarmz e/^er Wrt, Mngtwigt arbete te%. ett maraton.
Fysiskt arbete
Fysisk arbete ger snabba förändringar av immunförsvaret, och redan
inom ett par minuter efter påbörjat
arbete har både antalet och aköviteten av flera klasser av vita blodkroppar i blodet förändrats. Hur långvarig och kraftig denna förändring
blir, beror öll största delen på arbetets längd och intensitet. Typen av
arbete påverkar också förändringarna, och det verkar som att excentriskt arbete ger större förändringar
än koncentriskt, kanske beroende på
större muskelcellskada.
Eftersom även kortvarigt, excentriskt arbete ger upphov öll kraföga
förändringar i immunförsvaret, bl.a.
minskat antal NK celler, basofiler Vid måttligt ansträngande (t.ex. 60
och eosinofiler i blodet, samt min- min. cykelarbete på 75% av
skad kapacitet hos NK cell (Smith, VOgmax) aerobt arbete ökar antalet
1991), utan att förknippas med ökad och aköviteten hos vissa leukocyter
infektionsrisk, verkar det som att xmder arbetet (t.ex. naturliga mördar
förändringar/sänkningar i immun- celler, NK-celler) för att sedan sjunförsvaret inte allöd leder öll ökad ka något ömmarna efter arbetet.
infeköonsrisk.
Andra celltyper, t.ex. neutrofiler
ökar i antal både under och efter
De i blodet cirkulerande leukocyter- arbetet, medan B-cellemas akövitet
nas antal (och öll viss del även gra- sjunker under och efter arbete
den av akövering) reflekterar endast (Pedersen, 1997). Resultaten tyder
trafikering (frisättning och upptag) på en minskad specifik, och en ökad
mellan blodet och andra organ i icke-specifik kapacitet hos immunkroppen. Det är således vikögt att försvaret efter fysiskt arbete. En
mätbara förändringar av olika teori är att kroppen försöker minska
immunologiska faktorer i blodet i risken för autoimmunitet, d.v.s. att
samband med fysiskt arbete relate- immunförsvaret ska reagera på
ras öll kliniskt relevanta förändring- kroppsegna ämnen, Lex. muskelproar, Lex. ökad infeköonsrisk eller för- teiner som efter arbete kan läcka ut i
sämrad återhämtning, samt att mät- blodet. Efter ett arbete av denna typ
ningar görs i andra berörda vävna- är de flesta immunologiska föränder än blodet, t.ex. muskulaturen dringarna öllbaka på vilovärden
inom 24 ömmar. Om arbetet fortgår
och slemhinnor.
under längre öd (30 km / 2 öm. löpning verkar vara någon sorts gräns)
sjunker kapaciteten hos de flesta celler redan under arbetets gång, och
förblir sänkta efter arbetet. Eftersom
vita blodkropppar i huvudsak
använder sig av kolhydrater for att
täcka sitt energibehov, kan den
sänkta kapaciteten xmder och efter
denna typ av arbete bero på att fördelningen av energi prioriteras öll
fördel för de arbetande muskelcel-
Generellt verkar det som att antalet
lexikocyter i blodet ökar krafögt efter
ett enskilt anaerobt arbete, Lex. 60
sek maximal cykling, men att effekten är snabbt övergående och att de
enskilda leukocytemas funköon inte
påverkas i någon större utsträckning. Antalet celler i blodet normalt
är återställt öll vilovärden inom 4-6
Ömmar. En studie visar dock att
upprepad, anaerob träning (15 x 1
min., 2 ggr/dag i 10 dagar) kan ge
lägre vilovärden av NK celler, och
högre akövitet hos lymfocyter 6
dagar efter träningsperioden (Fry, et
al., 1992).
En möjlig förklaring öll varför långvarig, lågintensivt arbete ger mer
bestående förändringar i immxinförsvaret än kortare, högintensivt arbete kan vara högre maximala koncentraöoner av vissa stresshormoner,
t.ex. korösol och p-endorön, i samband med långvarigt arbete (Gabriel
and Kindermann, 1997). Få kontrollerade studier är gjorda på immun-
Svensk Idrottsforskning nr 3» 1998
-)%=försvaret i samband med längre
perioder av hårda, anaeroba träningspass, och effekten av denna
typ av mer elitbetonad träning därför tämligen svår att beskriva.
Vid excentriskt arbete uppkommer
större mekaniska skador på muskelcellerna jämfört med koncentriskt.
Detta orsakar troligtvis kraftigare
infiltrering av leukocyter öll den
skadade muskeln vid akövitet med
större excentriskt inslag, t.ex. utförslöpning.
Från de studier som gjorts (Pizza, et
al., 1996, Smith, 1991, Tidball, 1995),
verkar det som att excentriskt arbete
resulterar i ett inflammaöons-liknande tillstånd i musklerna, och
ökar de fagocyterande cellemas
(t.ex. neutrofiler och makrofager)
förmåga att invadera muskulaturen.
Infiltraöonen styrs bLa. genom ett
ökat uttrycket av adhesionsmolekyler på cellytan (proteinstrukturer
som är nödvändiga för att de cirkulerande leukocytema ska kunna
fastna på kärlväggen och infiltraöon
iniöeras). Infiltraöon av leukocyter i
muskulaturen efter fysiskt arbete
har konstaterats (Round, et al.,
1987), men någon närmare utvärdering av vilka klasser av celler som
lämnar blodet och går in i muskulaturen har ej gjorts. Detta har öll stor
del berott på brist på användbara
metoder.
Mycket lite är också känt om hur
muskulaturen kommxmicerar med
immunsystemet. Det är troligt aft
muskelceller, eller infiltrerande leukocyter, producerar vissa typer av
signalmolekyler (t.ex.IL-lp, IL-6,
IGF-1) efter fysiskt arbete (Hellsten,
et a l , 1997). Dessa substanser kan
sedan attrahera specifika populaöoner av leukocyter till miiskulatxiren,
en process kallad kemotaxis. Betydelse av denna infiltraöon av vita
blodkroppar för muskelns återhämtning och anpassning har ödigare diskuterats men vetenskapliga studier
inom området saknas nästan helt.
Med relaövt nya metoder (monoklonala antikroppar) kan man märka
specifika klasser av leukocyter, Lex.
neutrofiler, T-celler eller makrofager, och även uttrycket av signalmolekyler, i muskulaturen i samband
med fysiskt arbete. Med hjälp av
denna teknik studerar vår forskargrupp just nu Ödsförloppet för infiltraöonen av olika klasser av leuko-
cyter i muskxilaturen efter excentriskt arbete.
Vi kan se att olika celltyper uppträder i muskulaturen vid olika ödpunkter, vilket överensstämmer
med förloppet som beskrivs vid kliniska tillstånd med vävnads-inflammaöon, t.ex. muskelreumaösm
(Pyne, 1994, Tidball, 1995). Resultaten kan således användas dels
inom idjx)ltsforskningen for att öka
kunskaperna om träningseffekter
och återhämtning, dels som en
modell för klinisk forskning om vävnadsinflammaöon.
Muskelskada och reparation
Vid belastning av muskeln, speciellt
om belastningen är excentrisk, uppträder en omedelbar skada på muskelcellerna. Orsaken öll denna skadan kan bero på flera faktorer:
mekanisk påverkan, ökat inflöde av
kalcium, frisättning av degraderande enzymer, produköon av fria syreradikaler (se Svensson i detta nummer), etc (Chambers and McDermott, 1996).
Dessa skador ger upphov öll signaler (nedbrytningsprodukter och
andra signalsubstanser) från den
skadade muskeln öll de i blodet cirkulerande leukocytema, och närliggande kärlväggar. Effekten blir en
akövering av specifika klasser av
leukocyter och en ökning av adhesionsmolekyler både på kärlväggen
och på de blodbuma leiikocyterna.
Följdaktligen kan utvalda leukocyter "häfta fast" vid kärlväggama
(ungefär som en kardborre) runt det
skadade området för att efter hand
vandra ut i vävnaden.
ger. Dessa celler har öll uppgift att
rensa bort trasig vävnad och förbrukade neutroöler, samt frisätter viköga tillväxt- och aköveringsfaktorer
för satelitcellema.
Två öll tre dygn efter arbetet kan
man finna aköverade satelitceller, en
indikaöon av pågående reparaöon
och återbildning av den skadade
muskeln (Chambers and McDermott, 1996).
Huruvida denna muskelreparaöon
representerar reparaöon av befintliga celler, eller en direkt nyproduköon av muskelceller är i dagsläget
fortfarande under debatt. När det
gäller skador inducerade av fysisk
akövitet är skadan för det mesta
återställd inom sju dygn, men kvarstående strukturella förändringar
har rapporterats upp öll 21 dygn
efter excentriskt arbete (Evans and
Cannon, 1991).
Genom att fortsättningsvis studera
förekomsten av leukocyter, signalsubstanser, adhesionsmolekyler och
satellit-celler i muskelvävnaden, är
förhoppningarna att kunna förstå
hur muskulaturen anpassar sig öll
fysisk akövitet, och vilken funköon
immunförsvaret har i denna anpassning. I detta arbete ingår även att
använda fysiskt arbete, främst
excentriskt, som en modell för att
studera det akuta förloppet vid muskelinflammaöon.
Resultaten från dessa studier kan
sedan förhoppningsvis tillämpas vid
behandling av paöenter med olika
typer av muskelsjukdomar, t.ex.
muskelreumaösm.
Praktisk tillämpning för aktiva
De första cellerna som uppträder i
muskeln efter en skada är neutroöler och cytotoxiska T-celler. Dessa
celler önns i vävnaden inom 6-10
ömmar och har öll uppgift att bryta
ned skada vävnad, vilket medför att
skadan i vissa situaöoner faktiskt är
mer omfattande 1-2 dygn efter ett
hårt fysiskt arbete. De infiltrerande
neutroölema frisätter tillväxtfaktorer som attraherar nästa populaöon
leukocyter, monocytema. Dessa celler vandrar från blodet öll muskel
vävnaden 6-48 ömmar efter arbetet
(pågående studie tyder på 48-72 ömmars fördröjning).
Väl ute i vävnaden aköveras monocytema och kallas därefter makrofa-
Två saker är av yttersta vikt för den
som försöker nå sin maximala
potential inom idrott; opömal
anpassning öll träning och frånvaro
av sjukdom. Immunförsvaret är
avgörande för båda dessa träningsfaktorer.
Att uöfrån dagens kunskap om
immunförsvarets funköon vid fysisk
ansträngning ge konkreta rekommendaöoner för hur man t.ex. ska få
optimal återhämtning, undvika
överträning och sjukdomar etc. är
svårt, för att inte säga omöjligt. I
dagsläget kan forskare endast ge en
beskrivande bild av immunförsvaret
vid fysisk akövitet.
-a%r
Svensk Idrottsforskning nr 3 * 1998
Om man i framöden har kunskap
och förståelse för hur immunförsvaret reagerar på olika former av träning kan man sannolikt hjälpa aköva med rekommendaöoner och råd i
dessa frågor.
Översiktsartiklar muskulär
anpassning
Sammanställning inom
Exercise Immunology
området
Int. J. Sports Medicine, Suppl. 3, VoL 15, OcL
Int. J. Sports Medicine, Suppl. 1, Vol. 18,
Mar. 1997.
Int. J. Sports Medicine, Suppl. 3, Vol. 19,
July, 1998.
Exercise Immunology, Bente Klarlund
Pedersen, Springer-Verlag, Tyskland, 1997.
Molecular Basis of Skeletal Musde
Regeneradon, Can. j . Appl. PhysioL, VoL
21(3), 155-184.
Referenser
1. Chambers, K. L, and J. C. McDermott.
Molecular basis of skeletal muaele regeneration. Can J Appl Physiol 21:155-84,1996.
2. Evans, W. J., and J. C. Cannon. The metabolic effects of cxercise-induced muscle
damage. Exerc Sport Sci Rev 1% 99-125,1991.
3. Fry, R. W., A. R. Morton, P. Garcia-Webb,
G. P. Crawford, and D. Kcast. Biological
responses to ovcrload training in endurance
sports. Eur J Appl Physiol 64:335-44,1992.
4. Gabriel, H., and W. Kindermann. The
acute immune response to exercise: what
does it mean? Int j Sports Med 18 Suppl 1:
S28-45,1997.
5. Hellsten, Y., U. Prandsen, N. Orthenblad,
B. Sjödin, and E. A. Richter. Xanthine oxidase in human skeletal muscle following eccentric exercise: a role in inflammation. J Physiol
(Lond) 498:239-48,1997.
6. Nicman, D. C Upper respiratory tract
infections and exercise [editoriall. Thorax 50:
1229-31,1995.
7. Pedersen, B. K. Exercise Immunology.
Georgetown: R.G. Ländes Company, 1997.
8. Pizza, P. X., B. H. Davis, S. D. Henrickson,
J. B. MitchelL j . F. Pace, N. Bigelow, P.
Dilauro, and T. NagHerL Adaptation to
eccentric exercise: effect on CD64 and
CDllb/CDIB expression. J Appl Physiol 80:
47-55,1996.
9. Pyne, D. B. Exercise-induccd musde
damage and inflammadon: a review. Aust J
Sd Med Sport 26: 49-58,1994.
10. Round, j . M., D. A. Jones, and G.
Cambridge. Cellulär inEltrates in human
skeletal muscle: exercise induced damage as
a model for inflammatory musde disease? J
Neurol Sd 82:1-11,1987.
11. Smith, L L Acute inflammation: the
underlying mechanism in ddayed onset
muscle soreness? Med Sd Sports Exerc 23:
542-51,1991.
12 TidbalL 1- G. Inflammatory cell response
to acute musde injury. Med Sd Sports Exerc
27:1022-32,1995.
Trarnmg ock dterMmfnmg pd efztmW A" en sadr balans mellan optimal Wm?%g oc/z Joerir^nmg - od% hm A/and resultera i
platt /aff /Ör den atfioe. BiWem tTisar arfikef/Ör/affareri imf /SM 2000 m » W e r /inaf 1969. foto ur Christer Mofms Wdarkm.
