5. Нейроэндокринная модуляция иммунной системы при физической нагрузке

Для координации процессов роста и развития, регуляции гомеостазиса и ответа организма на стресс необходима согласованная работа эндокринной и нервной систем. Наука, предметом которой является изучение взаимосвязи между этими системами, называется нейроэндокринология. Контроль иммунной системы можно подразделить на локальный – осуществляемый с помощью химических сигналов, генерируемых на клеточном уровне, и системный – посредством управления со стороны нейроэндокринной системы. Между нервной, эндокринной, иммунной системами существуют сложные анатомические и физиологические взаимодействия. Все три системы характеризуются наличием рецепторов к общему набору лигандов (гормонов), в числе которых цитокины, пептидные гормоны и нейротрансмиттеры (нейромедиаторы). Таким образом, иммунная система может оказывать влияние на нейроэндокринную систему и наоборот.

Сложность взаимодействия нейроэндокринной и иммунной систем такова, что они обеспечивают варьирование иммунного ответа в зависимости от интенсивности и продолжительности упражнений, условий внешней среды, особенностей питания, степени восстановления после предшествующих тренировок и повреждения тканей. Физические упражнения для организма - своего рода стресс, где реакция и адаптация к тренировочным нагрузкам представляет собой кумулятивный ответ на повторяющиеся занятия и зависит от резервных возможностей организма.

Ответная реакция на стресс независимо от его природы координируется совместной деятельностью симпатической нервной и гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой систем. В состав вегетативной (автономной) нервной системы входят парасимпатическая нервная система, которая осуществляет контроль функционального состояния организма в условиях покоя, и симпатическая нервная система, которая обеспечивает способность тела к активным движениям, как в случае быстрой реакции на стресс (“fight-and-flight” response). Симпатическая нервная система выделяет специфические нейротрансмиттеры катехоламины – адреналин и норадреналин.

Иннервация тканей, в которых происходит формирование и накопление клеток иммунной системы, а именно: тимус, селезенка, лимфатические узлы, миндалины, костный мозг и лимфоидная ткань кишечника, осуществляется симпатической нервной системой с помощью норадренергических нервных окончаний.

Активация симпатической нервной системы стимулирует выделение адреналина клетками мозгового слоя надпочечников и норадреналина окончаниями аксонов симпатических нейронов. Концентрация этих нейротрансмиттеров в крови во время выполнения физических упражнений повышается, вместе с тем, по относительному содержанию норадреналин превосходит адреналин на несколько порядков. Существует линейная зависимость увеличения концентрации катехоламинов от продолжительности занятий двигательной активностью.

Наиболее значительным влиянием катехоламинов на иммунную систему является рекрутирование лейкоцитов из мест хранения. Введение адреналина и норадреналина с целью повышения способности организма противостоять физическим нагрузкам либо применение блокады катехоламиновых рецепторов (адренергических рецепторов) во время физических упражнений однозначно свидетельствует о том, что адреналин стимулирует миграцию лимфоцитов и нейтрофилов в систему кровообращения во время занятий двигательной активностью. Норадреналин обладает менее заметным действием на лимфоциты по сравнению с адреналином.

Гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая система передает сигналы от гипоталамуса к аденогипофизу и далее к коре надпочечников. Кортизол – конечный продукт гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы. Кортизол подавляет значительное количество иммунных реакций и является ключевым регуляторным элементом, защищая иммунную систему от излишне интенсивного влияния, которое может оказаться разрушительным. Например, если воспалительный процесс будет протекать бесконтрольно, это может привести к обширному разрушению тканей. Воздействие кортизола на иммунную систему проявляется в подавлении иммунной функции, в частности, воспалительных реакций. По этой причине аналоги глюкокортикоидов часто используют для лечения воспалений и аутоиммунных заболеваний. Связывание кортизола с внутриклеточными рецепторами ведет к активации противовоспалительных белков и подавлению цитокинов, участвующих в воспалительных процессах. Глюкокортикоиды влияют также на выработку цитокинов в лимфоцитах (Т-хелперных клетках), подавляя реакции клеточного иммунитета. Глюкокортикоиды способны индуцировать апоптоз - программированную клеточную смерть лимфоцитов, моноцитов и нейтрофилов.

Разнообразные формы физической нагрузки могут вызывать хроническое повышение уровня кортизола и подавление иммунной функции. А при недостаточной активности коры надпочечников выработка глюкокортикоидов ограничена, что влечет за собой повышенную восприимчивость к аутоиммунным и воспалительным заболеваниям. На основании величины секреции АКТГ и кортизола в ответ на стресс выделяют лиц с усиленной и ослабленной реакцией. То есть, существует вариабельность стресс-реакций.

Двустороннее взаимодействие между иммунной и нейроэндокринной системами таково, что цитокины, опосредующие воспаление, могут стимулировать гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковую систему и стимулировать выделение кортизола. Это означает, что химические сигналы, стимулирующие воспалительный процесс, также инициируют систему обратной связи, которая подавляет их собственную активность.

Глюкокортикоиды играют важную роль в обеспечении способности организма должным образом отвечать на стресс, повышая вероятность выживания. Они ингибируют (подавляют) секрецию половых стероидов и СТГ, благодаря чему снижается расход энергии. Глюкокортикоиды, как уже известно, стимулируют глюконеогенез, гликогенолиз, липолиз и протеолиз, что способствует поддержанию уровня глюкозы в крови. Влияние глюкокортикоидов на миграцию лейкоцитов проявляется значительно позже по сравнению с действием катехоламинов. Изменение количества лейкоцитов обычно достигает максимума через 4 часа после повышения уровня кортизола. При этом под воздействием глюкокортикоидов происходит уменьшение концентрации лимфоцитов и моноцитов и увеличение доли нейтрофилов. Суммарным эффектом является увеличение количества лейкоцитов, обусловленное исключительно выбросом нейтрофилов.

С увеличением продолжительности упражнений влияние кортизола начинает преобладать над действием катехоламинов. Примерно через 1,5 часа после начала тренировки на выносливость влияние кортизола на распределение и функции лейкоцитов превышает влияние катехоламинов – наблюдается кортизолзависимый лейкоцитоз – увеличение количества лейкоцитов под влиянием кортизола (при этом увеличение количества лейкоцитов происходит за счет нейтрофилов). Повышение концентрации нейтрофилов является результатом воздействия кортизола и следствием выхода в систему кровообращения как незрелых нейтрофилов из костного мозга, так и зрелых сегментоядерных клеток из пограничных зон. На увеличение нейтрофилов влияют также повреждения мышечной ткани и соматотропный гормон, а также ряд других факторов.

Величина стрессового воздействия, на которое приходится реагировать нейроэндокринной иммунной системе, может увеличиваться под влиянием дополнительных факторов, например, недостаточного восстановления после предшествующего тренировочного занятия, дополнительных стрессовых воздействий в условиях соревнований и пр. Упражнения средней интенсивности могут усиливать, а чрезмерно интенсивные упражнения – ослаблять защитную реакцию организма против бактериальных и вирусных инфекций. Спортсмены наиболее подвержены различным инфекционным заболеваниям, особенно заболеваниям верхних дыхательных путей, во время периодов интенсивных тренировок и в течение нескольких недель после особо напряженных состязаний.

В случае упражнений средней и низкой интенсивности или небольшой продолжительности, т.е. таких, при которых уровень кортизола не повышается и преобладает воздействие катехоламинов, перераспределение лейкоцитов сопровождается отдельными умеренными изменениями их функции. Таким образом, физические упражнения средней интенсивности, в которых преобладает воздействие катехоламинов, не оказывает заметного влияния на иммунитет, тогда как интенсивные упражнения большой продолжительности, при которых преобладает воздействие кортизола, ослабляют иммунный ответ.

Физическая нагрузка может рассматриваться в качестве модели временного подавления функции иммунной системы, происходящего в условиях острого физического стресса. Увеличение уровня катехоламинов (адреналина и норадреналина) и соматотропного гормона опосредует быстрые воздействия физической нагрузки на нейтрофилы, в то время как кортизол может быть ответственным за поддержание лимфопении (снижение лимфоцитов) и нейтроцитоза (увеличение нейтрофилов) после продолжительных и интенсивных занятий физическими упражнениями. Котизол действует как иммуносупрессор, подавляя иммунную систему.

В целом во время тренировочных занятий наблюдается явление миогенного лейкоцитоза – увеличения уровня лейкоцитов при мышечной нагрузке, в котором различают три стадии:

1-я - лимфоцитарная – преобладание в лейкоцитарной формуле лимфоцитов и ростом общего числа лейкоцитов до 10-12 · 10⁹/л (в нормальных условиях содержание лейкоцитов в крови здорового человека – 4-6 · 10⁹/л). В эту стадию преобладает воздействие катехоламинов. Более значительные нагрузки, особенно в соревнованиях, вызывают преобладание воздействия кортизола и появление 2-й стадии – первой нейтрофильной – рост количества нейтрофилов, увеличение лейкоцитов до 16-18 · 10⁹/л. Истощающая нагрузка приводит к 3-й стадии – второй нейтрофильной с резким ростом лейкоцитов до 20-50 · 10⁹/л, преобладанием незрелых форм нейтрофилов и исчезновением других форм лейкоцитов (эозинофилов, базофилов).

Итак, учитывая особенности взаимодействия нейроэндокринной и иммунной систем, занимающимся, желающим максимально увеличить объем и интенсивность нагрузки, можно рекомендовать ослабить ответ на стресс путем обеспечения адекватного восстановления организма и снижения других форм стрессовых воздействий.

Контрольные вопросы:

1. Что изучает нейроэндокринология?

2. От чего зависит сила иммунного ответа при занятиях физическими упражнениями?

3. Какой отдел вегетативной нервной системы регулирует функции организма при стрессе?

4. Каким образом кортизол действует на иммунные реакции?

5. Что такое апоптоз?

6. Как влияет патологическое повышение и понижение активности коры надпочечников на иммунные функции?

7. Каким образом катехоламины и глюкокортикоиды действуют на миграцию лейкоцитов?

8. Почему спортсмены в условиях интенсивных тренировок подвержены инфекционным заболеваниям верхних дыхательных путей?

9. Назовите стадии миогенного лейкоцитоза.