Wpływ aktywności fizycznej na mitochondria

Występowanie i przebieg chorób metabolicznych redukujemy poprzez wprowadzenie zdrowych nawyków stylu życia. W chorobach metabolicznych obserwuje się wzrost stanu zapalnego, w którym zasadniczą rolę odgrywa mitochondrialna produkcja reaktywnych form tlenu (ROS). Wysiłek fizyczny moduluje i zmniejsza patologie metaboliczne, poprzez zdolności immunometaboliczne tj, zmniejszenie stanu zapalnego i poprawa metabolizmu komórek odpornościowych. Adaptacje mitochondriów spowodowane wysiłkiem fizycznym pomagają w walce z infekcją wirusową i stanem zapalnym.

 

IMMUNOMETABOLIZM 

 

Immunometabolizm to spójny związek metabolizmu ogólnoustrojowego i komórkowego z układem odpornościowym. Następuje tu proces regulacji funkcji komórek odpornościowych, a także trwała aktywacja układu odpornościowego w licznych chorobach cywilizacyjnych, tj.: otyłość, cukrzyca typu 2, choroby sercowo- naczyniowe, nowotwory. Te dwa procesy możemy poddać modulacji poprzez wysiłek fizyczny, który reguluje metabolizm mitochondrialny . Ta funkcja mitochondrialna posiada zdolność regulacyjną  wrodzonej odporności komórkowej oraz rozwój choroby metabolicznej. Ćwiczenia wpływają pozytywnie na przenikanie makrofagów do mitochondriów w mięśniach szkieletowych poprawiając ich metabolizm i zapobiegając dysfunkcjom związanym z wiekiem.

 

WPŁYW ĆWICZEŃ NA OGÓLNOUSTROJOWY  STAN ZAPALNY

Zgodnie z progiem immunologicznym intensywności wysiłku fizycznego  (poboru tlenowego 60 % i czasu trwania 60 min) można wyodrębnić zasadnicze różnice w wymianie leukocytów między układem krążenia a tkankami oraz uwalnianiem cytokin.

Intensywny wysiłek fizyczny powoduje zwiększoną wymianę leukocytów między krążeniem a tkankami i uwalnianie cytokin przeciwzapalnych. Uaktywniają się makrofagi tkankowe wykazując działanie przeciwpatogenne. 

Komórki NK i limfocyty T wzbogacają przedział krwi co prowadzi do ochrony organizmu przed późniejszą infekcją. Intensywne ćwiczenia o dużej objętości sześciokrotnie zwiększają ryzyko infekcji górnych dróg oddechowych. Wywołane jest to wzrostem liczby krążących limfocytów i neutrofili poprzez obniżony poziom aktywności komórek NK . Ten proces wskazuje na powstanie wysokiego stresu metabolicznego oraz uszkodzenie mięśni szkieletowych co prowadzi do uwalniania pozapalnych cytokin. Aktywuje wrodzoną odpowiedź immunologiczną.  

Z licznych badań naukowych wynika, że odpowiedź immunologiczna na ćwiczenia jest uwarunkowana od ich trybu i/lub wytrenowania organizmu, kurczliwości mięśni oraz czasu trwania wysiłku.

Wiadome jest , że intensywne ćwiczenia u wytrenowanych osób nie zaburzają odpowiedzi immunologicznej jeżeli trening nie trwa zbyt długo. Regularne stosowanie umiarkowanych ćwiczeń zmniejsza ryzyko wystąpienia choroby i ogólnoustrojowych stanów zapalnych.

 

WPŁYW ĆWICZEŃ NA PRZEWLEKŁE STANY ZAPALNE W CHOROBACH METABOLICZNYCH

Choroby przewlekłe jak i metaboliczne najczęściej występują u osób starszych, wiążą się z utrzymującym się stanem zapalnym. Trafne jest stwierdzenie, że starzenie się oraz związane z wiekiem choroby metaboliczne wymagają podejścia kompleksowego. Ten ogólnoustrojowy stan zapalny to nic innego jak zapalenie metaboliczne wywołane nadmiarem składników odżywczych, stanem zapalnym o wspólnych szlakach molekularnych. Podwyższony poziom cytokin prozapalnych powstaje na skutek obniżonej zdolności organizmu do regeneracji uszkodzonych tkanek i komórek co prowadzi do kumulacji uszkodzeń. Przewlekla aktywacja układu odpornościowego jest ściśle powiązana z procesem zapalnym, w którym makrofagi pełnią kluczową rolę. Skurcze mięśniowe uwalniają do krążenia cytokiny IL-6, które zmieniają funkcję innych części ciała, zmniejszając ogólnoustrojowy stan zapalny poprzez uwalnianie kortyzolu. Cytokiny IL-10 blokują transkrypcję cytokiny prozapalnej czynnika nowotworów. Wiadome jest,że IL-6 ma znaczący wpływ na funkcje wątroby, mózgu, tkanki tłuszczowej i kostnej.

Ważnym uwagi problemem XXI wieku jest siedzący tryb życia co sprzyja polaryzacji makrofagów , uwalniając prozapalne IL-6, IL-1b i TNFa.

Zalecaną i najbardziej korzystną formą terapii w chorobach metabolicznych są ćwiczenia fizyczne o umiarkowanym natężeniu. Na większość tych chorób ( cukrzyca typ 2, nowotwory, sercowo-naczyniowe) pośredni lub bezpośredni wpływ mają cytokiny IL-6 pochodzące z mięśni. Blokada receptora IL-6 hamuje redukcję tkanki tłuszczowej trzewnej i serca, która jest logicznie wywoływana wysiłkiem fizycznym. IL-6 reguluje wychwyt glukozy poprzez translacje glukozy 4 (GLUT4) do błony komórkowej mięśni prążkowanych. , wpływa na postęp sarkopenii. Przewlekły bezruch sprzyja uwalnianiu IL-6 z makrofagów, obniżając w ten sposób proces prozapalny.

Wiele badań naukowych dotyczy pozytywnego  wpływu ćwiczeń oporowych poprzez proces naciekania makrofagów w starzejącym się mięśniu szkieletowym. Polaryzacja makrofagów  podnosi ich poziom co zdecydowanie stymuluje wzrost mięśni, powoduje proces przeciwzapalny i prozapalny.

 

ZALEŻNOŚĆ MITOCHONDRIÓW Z MAKROFAGAMI

 

Mitochondria generują 95 % energii wewnątrzkomórkowej ATP.  Wiadome jest, że ilość wytwarzanej energii komórkowej, rowna jest masie naszego ciała. Do wytwarzania energii ATP , niezbędnej do pracy naszych organów wewnętrznych, mitochondria potrzebują  węglowodanów, tłuszczy i tlenu. Istotnym zjawiskiem jest mitochondrialne wytwarzanie reaktywnych form tlenu (ROS), która moduluje stan zapalny .

Nadmiar ROS powoduje:

  • nasilenie stanu zapalnego
  • rozwój i progresje chorób metabolicznych
  • otyłość
  • osłabienie i modulację immunometabolizmu
  • zaburzenia komórek odpornościowych

Mitochondrialna produkcja ROS pełni kluczowa rolę przede wszystkim w regulacji ogólnoustrojowego stanu zapalnego i chorób metabolicznych. Produkcja ROS jest modulowana poprzez trening fizyczny

Umiarkowany trening fizyczny;

  • zmniejsza produkcję ROS
  • utrzymuje ROS na poziomie fizjologicznym
  • zapobiega utlenianiu lipidów
  • reguluje  metabolizm komórek (serca, mięśni szkieletowych)

Mięśnie szkieletowe i serce maja podobną strukturę. Dlatego wysoko wytrenowany mięsień ma wyspecjalizowaną sieć mitochondrialną, która sprzyja dyfuzji energii przez komórki mięśniowe.

Taką zdolność posiadają młode mięśnie, natomiast u starzejących się mięśni jest  prawie nie osiągalna. Starzejące się komórki mają niski wskaźnik odnowy i prawie nie naruszone funkcje mitochondriów.

Warto przeanalizować stwierdzenie, iż mitochondria mięśni szkieletowych łączą odporność i metabolizm. Kurczące się mięśnie wykorzystują kropelki lipidów (LD) do podtrzymania metabolizmu wysiłkowego. LD posiadają implikacje wrodzonej obrony komórkowej w powiązaniu z mitochondriami. Odpowiedź immunologiczna jest spowodowana poprzez stymulację lipopolisacharydu (LPS). LPS w połączeniu  z patogenem zostaje zahamowana, ponieważ perilipina-5  (PLN5), wykazuje nadekspresję. Zatem umiarkowane ćwiczenia zmniejszają związek LD-PLN5 bez względu na to czy mięśnie są poddawane wysiłkowi systematycznie lub sporadycznie. PLN5  bierze udział w wiązaniu mitochondriów z LD,  hamując tym samym połączenie bakterii z lipidami. Co ważne, podczas wrodzonej odpowiedzi immunologicznej LD ulega powiększeniu.

 

Webinary dla fizjoterapeutów i masażystów

 

WNIOSKI

 

Istniejące patologie chorób metabolicznych związanych z wiekiem wykazują wysoki poziom ogólnoustrojowych markerów zapalnych. Dotyczy to zarówno przebiegu samych chorób, jak i dużej predyspozycji do infekcji bakteryjnych i wirusowych. Bezpośrednim czynnikiem nasilającym stan zapalny jest u tych osób siedzący tryb życia, co wpływa na proces prozapalnej polaryzacji makrofagów zamieszkujących w tkankach.

Proces ten można znacząco zmienić poprzez stosowanie ćwiczeń fizycznych. Stymulują one poziom miokin, które niszczą tkanki i chronią przed chorobami metabolicznymi. Intensywne ćwiczenia powodują polaryzację makrofagów, ograniczają produkcję mitochondrialnego ROS, zmniejszają zaburzenia metaboliczne tkanek. Kluczowa role odgrywają tu makrofagi mięśni szkieletowych oraz LD, które poprzez odpowiednia wspólną korelację poprawiają odporność wrodzoną.

Zatem ostry, umiarkowany trening fizyczny zmniejsza infekcję wirusową poprzez wzrost liczby limfocytów i leukocytów oraz poprawę funkcji mitochondriów.

Izabela Różycka

Fizjoterapeuta, nauczyciel akademicki ZWKF w Gorzowie Wlkp. filia Poznań, absolwentka UM Poznań oraz PUM Szczecin. Zainteresowania zawodowe: fizjoterapia onkologiczna i reumatologiczna.