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Auswirkungen von Sport auf das Immunsystem

August 2006
Notfall & Hausarztmedizin 32:411-415

DOI:10.1055/s-2006-951784

Authors:

Friedrich Schiller University Jena

Akute korperliche Belastung induziert - abhangig von Art, Dauer und Intensitat - eine Akute-Phase-Reaktion. Zu grose Einzelbelastungen und Ubertraining modulieren Immunfunktionen ungunstig, ohne dass dadurch eine Immunschwache im eigentlichen Sinne entsteht. Dennoch fuhren chronische exzessive korperliche Beanspruchungen unter ungunstigen Umstanden zu einem sekundaren Immundefekt. Regelmasige korperliche Aktivitat wirkt dagegen antiinflammatorisch und ist die einzige nachhaltige Verhaltensweise, um Folgeerkrankungen der „low-level-inflammation” wie Arteriosklerose vorzubeugen. Gesunden Menschen wird empfohlen, Ausdauersportarten wie Radfahren, Laufen, Wandern, Walking, Skilanglauf u.a.m. an den meisten Tagen der Woche zwischen 30 und 45 Minuten durchzufuhren. Fur kranke Menschen muss das individuell mogliche Mas in der arztlichen Beratung gefunden werden. Acute bouts of physical exercise induce an acute-phase-response, which is dependent of kind of exericise, duration and intensity. Overloading single bouts of exercise and overtraining impair immune functions. These impairments do not belong to secondary immune defects due to the lacking severeness. Regular physical activity is anti-inflammatory and the only chronic behavioural status to prevent from consequences of low-level-inflammation such as atherosclerosis. It is recommended that healty individuals are engaged in endurance sports, i.e. cycling, running, hiking, walking, cross country skiing etc. on most day of the week for 30-45 minutes. Patients shall get sophisticated advice at their physicians.

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Schwerpunkt

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Notfall & Hausarztmedizin 2006; 32 (8+9)

Akute körperliche Belastung induziert – abhängig von Art, Dauer und Intensität – eine Akute-

Phase-Reaktion. Zu große Einzelbelastungen und Übertraining modulieren Immunfunktionen

ungünstig, ohne dass dadurch eine Immunschwäche im eigentlichen Sinne entsteht. Dennoch

führen chronische exzessive körperliche Beanspruchungen unter ungünstigen Umständen zu

einem sekundären Immundefekt. Regelmäßige körperliche Aktivität wirkt dagegen antiinflam-

matorisch und ist die einzige nachhaltige Verhaltensweise, um Folgeerkrankungen der „low-

level-inflammation“ wie Arteriosklerose vorzubeugen. Gesunden Menschen wird empfohlen,

Ausdauersportarten wie Radfahren, Laufen, Wandern, Walking, Skilanglauf u.a.m. an den

meisten Tagen der Woche zwischen 30 und 45 Minuten durchzuführen. Für kranke Menschen

muss das individuell mögliche Maß in der ärztlichen Beratung gefunden werden.

Bewegungsarmut bis Übertraining

Auswirkungen von Sport

auf das Immunsystem

Holger Gabriel, Friedrich-Schiller-Universität Jena

NOTFALL & HAUSARZTMEDIZIN 2006; 32: 411–415

n die Gesunderhaltung, Gesund-

heitsförderung und die Krank-

heitsentstehung sind die körperli-

che Aktivität als Verhaltensweise

und das Immunsystem als Struktur

zentral eingebunden. Diese kurze

Übersicht soll für den hausärzt-

lichen Dienst eine Hilfe sein, dahin-

gehend zu beraten, einerseits das

Immunsystem durch körperliche

Aktivität zu stärken und anderer-

seits unnötige Einschränkungen der

Immunität durch Übertraining und

Sport zum falschen Zeitpunkt zu

vermeiden.

Akute körperliche Belastung

induziert Akute-Phase-

Reaktion

Vergleichbar mit Gewebeschädi-

gungen durch Traumata und Infek-

tionen induziert die einmalige kör-

perliche Belastung eine Akute-

Phase-Reaktion mit einer lokalen

und systemischen Reaktion (1, 2).

Die Akute-Phase-Reaktion ist ab-

hängig von Art, Dauer, Intensität und

Häufigkeit der Belastung. Darüber

hinaus sind endogene (Schlaf, Trai-

nings-, Gesundheits-, Krankheitszu-

stand, Ernährung, Therapie) und

exogene Rahmenbedingungen (so-

ziale und Umwelteinflüsse) ent-

scheidend. Nach körperlicher Belas-

tung sind ab einem bestimmten

Holger Gabriel

Schwerpunkt

Notfall & Hausarztmedizin 2006; 32 (8+9)412

Grad der Beanspruchung die typi-

schen Entzündungszeichen von lo-

kaler und systemischer Erwärmung

bis etwa 39,5°C, Schmerz, Schwel-

lung, Rötung und Funktionsein-

schränkung des beanspruchten

Halte-Bewegungs-Stützsystems, der

Haut und eventuell auch innerer Or-

gane erkennbar. Im Labor sind dabei

sowohl pro- als auch antiinflamma-

torische Komponenten und Zeitab-

läufe messbar (3).

Das periphere Blutbild ist vor-

nehmlich durch eine biphasische

Leukozytose charakterisiert. Dabei

finden sich bis zu mehrere Zehn-

tausend Zellen pro Mikroliter mit

Neutrophilie und Linksverschiebung

sowie initialer Aktivierung der Pha-

gozyten, bei gleichzeitiger Lympho-

zytopenie und erhöhten Akute-

Phase-Proteinen – wie beispiels-

weise das C-reaktive Protein mit

Konzentrationen von bis zu 10

mg/dl, manchmal auch darüber – bei

unveränderter Blutsenkungsge-

schwindigkeit. Im Weiteren sind alle

stoffwechselaktiven Hormone,

hauptsächlich des sympathischen

Nervensystems – insbesondere Ad-

renalin und Noradrenalin – sowie

aus der Hypophyse – besonders das

adrenocorticotrope Hormon und das

humane Wachstumshormon – be-

teiligt, ebenso aber auch die gefäß-

und stoffwechselaktiven Zytokine

des Immunsystems (z.B. IL-1α, IL-6,

IL-10, TNFα) (1, 4, 5). Die Induktion

der Akute-Phase-Reaktion hat

vorübergehende und reversible Fol-

gen für die Immunität.

Akute körperliche Belastung

induziert eine biphasische

Leukozytose

Bevor die klassischen Immun-

funktionen wie Proliferation, Phago-

zytose, Abtötungsfähigkeit von Tu-

morzellen oder Krankheitserregern,

Antigenpräsentation, Antikörperbil-

dung, Gedächtnisausprägung u.a.m.

durch körperliche Belastung beein-

flusst werden, verändert körperliche

Belastung das Zirkulationsverhalten

der Immunzellen dramatisch. Aus der

Sicht des peripheren Blutes imponiert

bei bis zu 1,5-stündigen Belastungen

eine biphasische Leukozytose, die in

ihrem ersten Anteil während der Be-

lastung, der sofortigen belastungsin-

duzierten Leukozytose, durch die Ak-

tivierung des sympathischen Nerven-

systems charakterisiert ist. Dabei

werden Zellen aus dem marginalen

Pool in die Zirkulation überführt. Der

zweite Anteil, die so genannte späte

belastungsinduzierte Leukozytose,

beginnt

bis eine Stunde nach Belas-

tungsende, erfährt ihr Maximum

etwa sechs Stunden nach Belastungs-

ende und ist durch die Cortisolaus-

schüttung bedingt (Abb. 1). Bei ver-

mehrter Mobilisation aus dem Kno-

chenmark verweilen Neutrophile län-

ger in der Blutbahn und machen die

Leukozytose aus. Die zugleich eintre-

tende Lymphozytopenie ist durch ein

„homing“ der Lymphozyten bedingt

und fällt demgegenüber quantitativ

kaum ins Gewicht. Bei mehrstündi-

gen Ausdauerbelastungen überwiegt

die Cortisolwirkung bereits während

der Belastung, sodass lediglich eine

überdauernde Leukozytose messbar

wird. Insbesondere die späte Leuko-

zytose lässt sich durch eine Kohlenhy-

dratsubstitution, beispielsweise

durch Zufuhr von maltodextrinhalti-

gen Sportlergetränken und durch die

verminderte Cortisolausschüttung im

Rahmen der abgeschwächten Akute-

Phase-Reaktion reduzieren (6, 7). Die

Substitution von Vitaminen, Mineral-

stoffen und Amino- oder Fettsäure-

präparaten erzielt diesen Effekt nicht.

Das Ausmaß der biphasischen Leuko-

zytose und der Akute-Phase-Reaktion

beeinflusst wesentlich den Ausdauer-

trainingszustand und entzündliche,

insbesondere infektiöse Erkrankun-

gen.

Abb. 1 Schematische Darstellung der biphasischen

belastungsinduzierten Leukozytose

Zellkonzentration

Zeit

Belastung

Lymphozyten

Natürliche Killerzellen

Neutrophile Granulozyten

Effekt durch

Kohlenhydratsubstitution

Tab. 1 Besonders beanspruchende Belastungen für das Immunsystem

Art der Belastung Beispiel

Langandauernde Ausdauerbelastungen Marathonwettkampf, Ultraausdauerleistungen (Triathlon,

Radfahren, Laufen u.ä.)

Längere Belastungen mit anaerob-laktazider Intensives Intervalltraining wie Leichtathletische

Energiebereitstellung Intervallprogramme oder Sprint-Pyramidenläufe

Erschöpfende hochintensive Ausdauerbelastungen Tempodauerlauf

Ausdauerbelastungen oder metabolisch beanspruchende Längere Bergabläufe oder -wanderungen, Orientierungs-

Spielsportarten mit hoher exzentrischer Komponente oder Hindernisläufe, Wettkampfspiele im Fußball auf ent-

sprechenden Spielpositionen

Schwerpunkt

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Notfall & Hausarztmedizin 2006; 32 (8+9)

Akute körperliche Belastung

moduliert Immunfunktionen

Damit eine Infektion im Organis-

mus entsteht, muss ein Pathogen

Grenzflächen zur Umwelt durch-

dringen, wozu Enzyme, Schleim –

einschließlich ihrer Inhaltsstoffe –

und die Epithelien – einschließlich

ihrem nicht-pathogenen mikrobiel-

len Besatz – in ihrer unterschiedli-

chen Beschaffenheit gehören. Jeder

Mikroorganismus steht nach Durch-

bruch der Grenzflächen der unspezi-

fischen Immunantwort und der spe-

zifischen Immunantwort gegenüber

(8, 9). Eine akute körperliche Belas-

tung beeinflusst – abgesehen von

Extremsituationen – in erster Linie

die Eigenschaften der Grenzflächen-

organe und die unspezifische

Immunantwort, weniger die spezifi-

sche Immunantwort. Die messbaren

Funktionsänderungen bewegen sich

in üblichen Referenzbereichen.

Bei gesunden und nicht kranken

Menschen, also solchen mit starken

Gesundheitsressourcen und offen-

sichtlicher Abwesenheit von Krank-

heit, werden keine Krankheitssymp-

tome oder Krankheiten ausgelöst.

Gleichwohl versetzen körperliche

Belastungen, die mit hohen Adrena-

lin- und insbesondere Cortisolaus-

schüttungen einhergehen, den

menschlichen Körper in einen Zu-

stand mit erhöhtem Erholungsbe-

darf und lassen das Immunsystem

bei zusätzlichen Herausforderungen

– bildhaft beschrieben – „aus der

zweiten Reihe starten“ (Tab. 1). Die

vorübergehenden und reversiblen in

vitro ex vivo messbaren Folgen bei

den Immunfunktionen sind gering

reduzierte Phagozytoseleistungen

und Antigenpräsentation sowie ver-

minderte Abtötungsfähigkeit von

Krankheitserregern durch Phago-

zyten und Tumorzellen durch natür-

liche Killerzellen. Darüber hinaus

wird in den Sekreten der oberen

Luftwege vermindert IgA sezerniert.

Für diagnostische Zwecke sind sol-

che Veränderungen allerdings nicht

nutzbringend. Diese Veränderungen

sind vorübergehender Natur und in

aller Regel nach einem Tag wieder

verschwunden (5).

Übertraining vermindert

Immunfunktionen

Übertraining ist der überbelas-

tende Trainingsprozess, der zum

Übertrainingssyndrom führen kann.

Darin gerät das Verhältnis von Belas-

tung und Erholung in ein ungünsti-

ges Missverhältnis. Typischerweise

werden dabei die in Tabelle 1 aufge-

führten Belastungen in zu kurzer

Abfolge durchgeführt. Dies kann so-

wohl auf einem breiten- als auch

leistungssportlichen Niveau der Fall

sein. Gravierender sind Extremsitua-

tionen durch jahrelange körperliche

Überforderungen aus beruflichen

Gründen, beispielsweise im militäri-

schen Dienst oder Berufen mit star-

ker körperlicher Beanspruchung,

wobei bei letzterem professionell

betriebene Ausdauersportarten ein-

geschlossen sind. Die Folge aus im-

munologischer Sicht ist die zu häu-

fige Induktion einer Akute-Phase-

Reaktion und die Modulationen der

Immunfunktionen erfolgt in zu ra-

scher Abfolge, sodass über Wochen,

Monate und Jahre die Immunfunk-

tionen klinisch relevant reduziert

werden. Hierbei spielt die zu häufige

Aktivierung der hypothalamo-hypo-

physär-adrenale Achse die entschei-

dende Rolle. In diesen Extremsitua-

tionen, bei denen zumeist noch wei-

tere auf das Immunsystem ungüns-

tige Faktoren einwirken, entstehen

aus physiologischen Modulationen

des Immunsystems sekundäre Im-

mundefekte. Während die meisten

Infektionen nicht den Verdacht auf

eine Immunschwäche begründen,

weil nach einer ausreichenden Ex-

position die meisten Menschen

daran erkranken würden, ist die Si-

tuation in diesen Extremsituationen

anders. Vier entscheidende Faktoren

kommen meist zusammen:

• Schlafdefizit

• zu hohe körperliche Beanspru-

chung

• Mangelernährung

• psychische Überbelastung (4, 5).

Keine Immunschwäche

durch Sport

In den vorgenannten Extremsi-

tuationen ist es dann gerechtfertigt

von einem sekundären Immunde-

fekt zu sprechen, wenn die Kriterien

dafür erfüllt sind. Unter Beachtung

des intraindividuellen Vergleichs

und einem angemessenen Ver-

gleichskollektiv wird von einem im-

munologisch geschwächten Patient

gesprochen, wenn dessen Immun-

system eine messbare Defizienz auf-

weist und er dadurch vermehrt er-

krankt. Manche Autoren gehen da-

von aus, „dass relevante Störungen

dann vorliegen, wenn der Patient

mindestens drei Infektepisoden pro

Jahr von mehr als vier Wochen

Dauer aufweist“ (10).

Diesen sehr seltenen Extremsi-

tuationen durch überfordernde kör-

perliche Aktivität steht die Mehrzahl

derjenigen gegenüber, bei denen

diese Definition nicht greift, der be-

auftragte Arzt jedoch durchaus be-

rechtigt den Verdacht hat, es han-

dele sich um eine „Immun-

schwäche“ unterhalb der Schwelle

vorgenannter Definition. In dieser

Definitionslücke mag das in Abbil-

Abb. 2 Diagnostische Vorgehensweise

bei Verdacht auf Immunschwäche bei Sportlern

Infektanfälligkeit ? Infektionsherd ?

Aktiviertes Immunsystem ?

Primärer Immundefekt ?

Sekundärer Immundefekt ?

Symptomorientierte Stufendiagnostik

+ Basislabor (*Urinstatus, BSG, großes Blutbild

einschl. Diff., Nieren-, Leberwerte, Serumproteine,

Elektrolyte, Blutzucker, CRP, IgG/A/M/E)

Spezifische Labordiagnostik

Ende der Diagnostik

Nein

Ende der Diagnostik

Nein

Anamnese / Körperlicher Befund (+Basislabor*)

Abb. 3 Einfluss körperlicher Aktivität auf das Immunsystem

Infektionen / Immunität

+++

Kinder, Jugendliche und Erwachsene

> 1h körperliche Aktivität pro Tag, möglichst

in der Natur (Sport, Spiel, Spaß, Arbeit)

30-45 min Ausdauerbelastung an den

meisten Tagen jeder Woche

(>1200 kcal / Woche)



↔



Körperliche Aktivität

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Schwerpunkt

dung 2 vorgeschlagene diagnosti-

sche Schema hilfreich sein.

Bei der gesamten Diagnostik

kommt der Anamnese und dem da-

mit verbundenen körperlichen Be-

fund die entscheidende Bedeutung

zu. Für die weitere Entscheidung

über die körperliche Leistungsfähig-

keit und die Frage nach der weiteren

Sportausübung sind die Aktivie-

rungszeichen des Immunsystems in

Kombination mit ausgewählten La-

borparametern wichtig. Eine Sport-

ausübung bei deutlicher Aktivierung

des Immunsystems ist wegen Or-

gankomplikationen bis hin zum

plötzlichen Herztod, falls es sich um

eine infektionsbedingte Aktivierung

handelt, kontraindiziert. Letztend-

Tab. 2 Faktoren, die die Entstehung von Infektionen bei Immunschwäche

durch ein Übertraining begünstigen

• Granulozytopenie (Neutropenie)

• Granulozytenfunktionsstörung

• T-Zell-Suppression (z.B. durch Glukokortikoide)

• Immunglobulinmangel

• Splenektomie oder funktionelle Asplenie

• Hautläsionen (Venenkatheter, andere iatrogene Wunden)

• Schleimhautverletzungen (Mukositis)

• Blutungen/Hämatome

• Organfunktionsstörungen (Stenosen, Peristaltikstörungen, Harnverhalt)

• Zerstörung der physiologischen mikrobiellen Flora (z.B. durch Antibiotika)

• Mangelernährung

• Eisenüberladung

• Allergien

• Endogene (z.B. Zahnwurzelgranulome, chronische Infektionen) und exogene Infektions-

herde (z.B. mikrobiell kontaminierte Nahrung, Fadenpilzsporen)

• Höhenaufenthalte

• Chronische Schlafstörungen

• Konfliktreiche Beziehungen

lich kann es in der Alltagspraxis hilf-

reich sein zu wissen, welche Ein-

flussfaktoren sich gerade in Über-

trainingsphasen negativ auf die Im-

munität auswirken und die Entste-

hung von Infektionen begünstigen

(Tab. 2). Darüber hinaus erfordern

folgende Situationen besondere Auf-

merksamkeit, damit die erforderli-

che Regeneration ausreichend

berücksichtigt wird und ein Über-

trainings-Syndrom vermieden wird:

• Ultralange Belastungen

• erschöpfende körperliche Be-

lastungen

• ungewohnte exzentrische An-

teile

• körperliche Belastungen im

Fastenzustand

• Belastungen bei energetisch

wirksamen Erkrankungen (Tu-

morerkrankungen, Infektionen,

entzündliche Erkrankungen)

• Übertraining

• Burn-out-Syndrom

• gravierender Trainingsmangel.

Langfristige Stärkung des

Immunsystems durch

angemessenen Sport

Die vorangehenden Abschnitte

sollten die vielfältigen und am je-

weiligen Individuum zu beurteilen-

den Einflussfaktoren auf das Im-

munsystem im Zusammenhang mit

körperlicher Aktivität darstellen. Die

regelmäßige, den persönlichen Um-

ständen unter besonderer Berück-

sichtigung des Alters, angemessene

körperliche Aktivität führt zu einer

Stärkung der Immunfunktionen. Re-

gelmäßige körperliche Aktivität

wirkt antiinflammatorisch und ist

die einzige nachhaltige Verhaltens-

weise und gegenüber Medikamen-

ten konkurrenzlos, um Folgeerkran-

kungen der „low-level-inflamma-

tion“ wie Arteriosklerose vorzubeu-

gen (1, 2, 11, 12). Herzinfarkt- und

Schlaganfallrisiken vermindern sich

um etwa die Hälfte bei einem kör-

perlich aktiven Lebensstil. Körper-

lich aktive Menschen haben auf-

grund einer besseren Immunität

weniger Infektionen der oberen

Luftwege als Menschen, die einen

bewegungsarmen Lebensstil bevor-

zugen (Abb. 3).

Eine für alle Altersgruppen und

alle Lebensumstände einheitliche

Empfehlung für das Maß an optima-

ler körperlicher Aktivität ist nicht

möglich. Ausgehend von gesunden

und nicht kranken Menschen kann

für Schulkinder und Jugendliche gel-

ten: Möglichst mehr als eine Stunde

pro Tag im Rahmen von Spiel, Sport,

Berufs- oder Schulalltag unter Bewe-

gungsfreude weckenden Rahmen-

bedingungen, möglichst in Natur-

verbundenheit, körperlich aktiv

sein. Prinzipiell gilt dies auch für Er-

wachsene. Die epidemiologischen

Erkenntnisse fügen hinzu, dass ein

Optimum für Sporttreibende bei der

Verbrennung von 1200–2000 kcal

pro Woche liegt. Dazu müssten Aus-

dauersportarten wie Radfahren,

Laufen, Wandern, Walking, Ski-

langlauf u.a.m. an den meisten Tagen der Woche zwischen

30 und 45 Minuten durchgeführt werden. Dabei bleibt

dem einzelnen Menschen überlassen, wie viel technische

Unterstützung und Animation er braucht und in welchem

Maß sozialer Kontakt hilfreich ist.

Hypocinesia and overtraining – Consequences of sports

with immune system

Acute bouts of physical exercise induce an acute-phase-re-

sponse, which is dependent of kind of exericise, duration

and intensity. Overloading single bouts of exercise and over-

training impair immune functions. These impairments do

not belong to secondary immune defects due to the lacking

severeness. Regular physical activity is anti-inflammatory

and the only chronic behavioural status to prevent from

consequences of low-level-inflammation such as atheroscle-

rosis. It is recommended that healty individuals are engaged

in endurance sports, i.e. cycling, running, hiking, walking,

cross country skiing etc. on most day of the week for 30–45

minutes. Patients shall get sophisticated advice at their

physicians.

Literatur

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level inflammation. J Leuk Biol 2005; 78: 819–835

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Anschrift des Verfassers

Univ.-Prof. Dr. med. Holger Gabriel

Friedrich-Schiller-Universität Jena

Lehrstuhl für Sportmedizin

Wöllnitzer Str. 42

07749 Jena

Tel.: 03641-945651

Fax: 03641-945652

E-Mail: holger.gabriel@uni-jena.de

Standardized Assessment of Resistance Training-Induced Subjective Symptoms and Objective Signs of Immunological Stress Responses in Young Athletes

Article

Full-text available

Jun 2018

From a health and performance-related perspective, it is crucial to evaluate subjective symptoms and objective signs of acute training-induced immunological responses in young athletes. The limited number of available studies focused on immunological adaptations following aerobic training. Hardly any studies have been conducted on resistance-training induced stress responses. Therefore, the aim of this observational study was to investigate subjective symptoms and objective signs of immunological stress responses following resistance training in young athletes. Fourteen (7 females and 7 males) track and field athletes with a mean age of 16.4 years and without any symptoms of upper or lower respiratory tract infections participated in this study. Over a period of 7 days, subjective symptoms using the Acute Recovery and Stress Scale (ARSS) and objective signs of immunological responses using capillary blood markers were taken each morning and after the last training session. Differences between morning and evening sessions and associations between subjective and objective parameters were analyzed using generalized estimating equations (GEE). In post hoc analyses, daily change-scores of the ARSS dimensions were compared between participants and revealed specific changes in objective capillary blood samples. In the GEE models, recovery (ARSS) was characterized by a significant decrease while stress (ARSS) showed a significant increase between morning and evening-training sessions. A concomitant increase in white blood cell count (WBC), granulocytes (GRAN) and percentage shares of granulocytes (GRAN%) was found between morning and evening sessions. Of note, percentage shares of lymphocytes (LYM%) showed a significant decrease. Furthermore, using multivariate regression analyses, we identified that recovery was significantly associated with LYM%, while stress was significantly associated with WBC and GRAN%. Post hoc analyses revealed significantly larger increases in participants’ stress dimensions who showed increases in GRAN%. For recovery, significantly larger decreases were found in participants with decreases in LYM% during recovery. More specifically, daily change-scores of the recovery and stress dimensions of the ARSS were associated with specific changes in objective immunological markers (GRAN%, LYM%) between morning and evening-training sessions. Our results indicate that changes of subjective symptoms of recovery and stress dimensions using the ARSS were associated with specific changes in objectively measured immunological markers.

Does prolonged cycling of moderate intensity affect immune cell function? * Commentary

Article

Full-text available

Mar 2005
BRIT J SPORT MED

Prolonged exercise may induce temporary immunosuppression with a presumed increased susceptibility for infection. However, there are only few data on immune cell function after prolonged cycling at moderate intensities typical for road cycling training sessions. The present study examined the influence on immune cell function of 4 h of cycling at a constant intensity of 70% of the individual anaerobic threshold. Interleukin-6 (IL-6) and C-reactive protein (CRP), leukocyte and lymphocyte populations, activities of natural killer (NK), neutrophils, and monocytes were examined before and after exercise, and also on a control day without exercise. Cycling for 4 h induced a moderate acute phase response with increases in IL-6 from 1.0 (SD 0.5) before to 9.6 (5.6) pg/ml 1 h after exercise and CRP from 0.5 (SD 0.4) before to 1.8 (1.3) mg/l 1 day after exercise. Although absolute numbers of circulating NK cells, monocytes, and neutrophils increased during exercise, on a per cell basis NK cell activity, neutrophil and monocyte phagocytosis, and monocyte oxidative burst did not significantly change after exercise. However, a minor effect over time for neutrophil oxidative burst was noted, tending to decrease after exercise. Prolonged cycling at moderate intensities does not seem to seriously alter the function of cells of the first line of defence. Therefore, the influence of a single typical road cycling training session on the immune system is only moderate and appears to be safe from an immunological point of view.

Die Akute-Phase-Reaktion

Article

Full-text available

Jan 2000

The Acute Immune Response to Exercise: What Does It Mean?

Article

Full-text available

Mar 1997

The purpose of this article is to provide information about the exercise-induced alterations of cellular immune parameters depending on the intensity related to the individual anaerobic threshold (IAT) and duration of exercise. Immunological parameters were differential blood counts (CD14, CD45), monocyte subpopulations (CD14, CD16), lymphocyte subpopulations (CD3, CD4, CD8, CD45RO, CD19, CD16, CD56, HLA-DR) and natural killer cells (CD3, CD16, CD56), oxidative burst activity of neutrophils, and phagocytosis of neutrophils (flow cytometry). The main results were: (a) "Moderate" exercise (duration < 2h at about 85% of the IAT corresponding to a lactate steady state at about 2 mmol.l-1, < 30 min at the IAT corresponding to a lactate steady state of 4 mmol.l-1) elicits lower changes in cell concentrations and hormonal responses than strenuous exercise [exhaustive exercise at 100% IAT or above; (exhaustive) long-term (> 2-3h) endurance exercise]. Similar investigations about cell functions to decide about the positive or negative nature of these observations will have to follow in the future. (b) The neutrocytosis following exercise is more dependent on the duration than on the intensity of exercise. Especially exercise sessions that lead to a strong incline of the adrenocorticotropic hormone, beta-endorphin and cortisol are associated with this neutrocytosis. (c) Neutrophils' function during the exercise-induced neutrocytosis indicated by phagocytosis and oxidative burst activity is unchanged or reduced following strenuous endurance exercise, whereas bacterial URTI leads to similar neutrophil counts but significantly increased cell activities indicating the diverse meaning of the leukocytosis in infections (primed cells, enhanced cell activity, stimulated defense mechanism) and following exercise (impaired cell function, suppressed defense mechanism). (d) Regular monocytes (early differentiation stage) are strongly recruited into the circulation during long-term aerobic exercise, whereas mature monocyte cell counts (premacrophages) increase most with highly intensive (an)aerobic exercise above the IAT. Infections induced a maturation from regular to mature monocytes as a response to the infectious antigenic stimulus, whereas exercise does not, indicating the diversity between change of cell counts and function. (e) Long-term endurance diverse meaning leads to increases of activated CD45RO+ T cells (memory cell phenotype) but compared to the incline of cell concentrations and activation levels (% HLA-DR+ T cells) during infections like infectious mononucleosis this effect is small indicating only minor effects on T cell function by exercise. The effect of single bouts of exercise on immune cell counts is large but the effects on the cell function is - i.e. compared to bacterial URTI - relatively small.

Mobilization and oxidative burst of neutrophils are influenced by carbohydrate supplementation during prolonged cycling in humans

Article

Full-text available

Nov 2002

Prolonged, strenuous exercise may lead to suppressive effects on the immune system, which might be responsible for a greater susceptibility to opportunistic infections. The aim of this study was to examine the influence of carbohydrate substitution (CHS) during prolonged, strenuous exercise on neutrophil granulocytes and their oxidative burst (intracellular oxidation of dihydrorhodamine(123) to rhodamine(123) after induction by formylized 1-methionyl-1-leucyl-1-phenylalanin) using flow cytometry. In three trials different concentrations of CHS (placebo compared to 6% and 12% CHS; 50 ml.kg(-1)) were given randomly to 14 endurance trained cyclists [mean (SD) age 25 (5) years, maximal oxygen uptake 67 (6) ml.min(-1).kg(-1)] cycling for 4 h in a steady state at 70% of their individual anaerobic threshold. Blood samples were taken before, immediately after cessation, 1 h and 19 h after exercise. A significant rise in neutrophil counts was observed immediately after cessation and 1 h after exercise with a return to normal rest values 19 h after exercise for all three conditions ( P<0.001). The relative proportions of rhodamine(123)+ neutrophils were significantly diminished in all three conditions 1 h after exercise ( P<0.01), while the mean fluorescence intensity was lowest in the placebo trial and differed significantly to the 12% CHS trial ( P=0.024) and almost significantly to the 6% CHS trial ( P=0.052). In conclusion, these data suggest a beneficial effect of CHS on the neutrophil oxidative burst and a possible attenuation of the susceptibility to infections, presumably due to the reduction of metabolic stress in prolonged, strenuous exercise.

Inflammation, stress, and diabetes

Article

Full-text available

Jun 2005

Over the last decade, an abundance of evidence has emerged demonstrating a close link between metabolism and immunity. It is now clear that obesity is associated with a state of chronic low-level inflammation. In this article, we discuss the molecular and cellular underpinnings of obesity-induced inflammation and the signaling pathways at the intersection of metabolism and inflammation that contribute to diabetes. We also consider mechanisms through which the inflammatory response may be initiated and discuss the reasons for the inflammatory response in obesity. We put forth for consideration some hypotheses regarding important unanswered questions in the field and suggest a model for the integration of inflammatory and metabolic pathways in metabolic disease.

The immune system. First of two parts

Article

Aug 2000

The immune system. Second of two parts. N Engl J Med 343, 108-117

Article

Aug 2000

Collateral damage: Cardiovascular consequences of chronic sympathetic activation with human aging

Article

Dec 2004

Adult aging in humans is associated with marked and sustained increases in sympathetic nervous system (SNS) activity to several peripheral tissues, including the heart, the gut-liver circulation, and skeletal muscle. This chronic activation of the peripheral SNS likely is, at least in part, a primary response of the central nervous system to stimulate thermogenesis to prevent further fat storage in the face of increasing adiposity with aging. However, as has been proposed in obesity hypertension, this tonic activation of the peripheral SNS has a number of adverse secondary cardiovascular consequences. These include chronic reductions in leg blood flow and vascular conductance, increased tonic support of arterial blood pressure, reduced limb and systemic alpha-adrenergic vasoconstrictor responsiveness, impaired baroreflex buffering, large conduit artery hypertrophy, and decreased vascular and cardiac responsiveness to beta-adrenergic stimulation. These effects of chronic age-associated SNS activation on the structure and function of the cardiovascular system, in turn, may have important implications for the maintenance of physiological function and homeostasis, as well as the risk of developing clinical cardiovascular and metabolic diseases in middle-aged and older adults.

The antiinflamatory effect of exercise

Article

May 2005

Regular exercise offers protection against all-cause mortality, primarily by protection against cardiovascular disease and Type 2 diabetes mellitus. The latter disorders have been associated with chronic low-grade systemic inflammation reflected by a two- to threefold elevated level of several cytokines. Adipose tissue contributes to the production of TNF-alpha, which is reflected by elevated levels of soluble TNF-alpha receptors, IL-6, IL-1 receptor antagonist, and C-reactive protein. We suggest that TNF-alpha rather than IL-6 is the driver behind insulin resistance and dyslipidemia and that IL-6 is a marker of the metabolic syndrome, rather than a cause. During exercise, IL-6 is produced by muscle fibers via a TNF-independent pathway. IL-6 stimulates the appearance in the circulation of other anti-inflammatory cytokines such as IL-1ra and IL-10 and inhibits the production of the proinflammatory cytokine TNF-alpha. In addition, IL-6 enhances lipid turnover, stimulating lipolysis as well as fat oxidation. We suggest that regular exercise induces suppression of TNF-alpha and thereby offers protection against TNF-alpha-induced insulin resistance. Recently, IL-6 was introduced as the first myokine, defined as a cytokine that is produced and released by contracting skeletal muscle fibers, exerting its effects in other organs of the body. Here we suggest that myokines may be involved in mediating the health-beneficial effects of exercise and that these in particular are involved in the protection against chronic diseases associated with low-grade inflammation such as diabetes and cardiovascular diseases.

Physical activity and modulation of systemic low-level inflammation

Article

Nov 2005

Helle Bruunsgaard

It has been recognized for some time that cardiovascular disease and type 2 diabetes are, to a major extent, inflammatory disorders associated with an environment characterized by a sedentary lifestyle together with abundant intakes of calories. Systemic low-level inflammation is suggested to be a cause as well as consequence of pathological processes with local tumor necrosis factor alpha production as an important biological driver. It is hypothesized that physical inactivity contributes to an enhanced proinflammatory burden independently of obesity, as regular muscle contractions mediate signals with myokines/cytokines as important messengers, which suppress proinflammatory activity at distant sites as well as within skeletal muscle. Muscle-derived interleukin (IL)-6 is considered to possess a central role in anti-inflammatory activities and health beneficial effects in relation to physical exercise. It is discussed how this fits the consistent observation that enhanced plasma levels of IL-6 represent a strong risk marker in chronic disorders associated with systemic low-level inflammation and all-cause mortality.

Auswirkungen von Sport auf das Immunsystem

Abstract

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Sport und Immunsystem

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