Альманах науки БІОЛОГІЧНІ НАУКИ УДК 612.017:796.015.6 Швець В.А., аспірант спеціальності 091 Біологія Херсонського державного університету УЧАСТЬ ЦИТОКІНІВ В АДАПТАЦІЇ ДО ФІЗИЧНОГО НАВАНТАЖЕННЯ Дана стаття присвячена вивченню матеріалів дослідження щодо участі цитокінів, як гуморальних факторів, в адаптації організму до фізичного навантаження. Матеріали висвітлюють дані про зв’язок між м’язами і змінами в периферичних органах через певні біологічно активні речовини – цитокіни. Також показано, за допомогою яких цитокінів імунна система розпізнає стресові сигнали і передає через кровообіг інформацію в центральну нервову систему. Приведено дані про місце тригерних цитокінів в стрес-реалізуючій реакції імуно-нейро-ендокринної системи. Також показана можливість незапальної адаптації скелетних м’язових тканин до фізичних навантажень і розкриті місцеві механізми адаптації в м’язовій тканині через цитокіни. Встановлено, які зрушення в цитокіновому каскаді в крові при навантаженнях великої інтенсивності схожі на спостережувані при травмах або сепсисі. Ключові слова: цитокіни, міокіни, адаптація, стрес, фізичне навантаження. Мета і задачі дослідження. Мета роботи скорочення та супроводжувати деякі з вправ, полягає у вивченні і аналізі сучасних матеріалів викликаючи метаболічні зміни в інших фахових літературних джерел, щодо участі органах, таких як печінка і жирова тканина [7]. біологічно активних речовин – цитокінів в Вже в 2000 році стало ясно, що скорочення адаптації до фізичних навантажень. скелетних м’язів людини вивільняє значні Результати дослідження. Відомо, що кількості інтерлейкіну-6 в кровообізі при цитокіни – це клас ендогенних поліпептидних тривалому навантаженні [8]. Дослідження в медіаторів міжклітинних взаємодій, які беруть наступні роки підкреслили той факт, що участь у багатьох фізіологічних процесах [4, 7, 8]. отриманий з м’язів інтерлейкін-6 є важливим З часу відкриття деяких цитокінів, як гравцем в метаболізмі [4-6]. На сьогодні вже гуморальних факторів, які були звільнені із відомо, що скелетні м’язи здатні продукувати скоротливих м’язових клітин і мали серйозні кілька міокінов. До списку цих речовин входять метаболічні ефекти, почалося дослідження їх інтерлейкін-6, інтерлейкін-8, інтерлейкін-15, ролі в адаптації до фізичних навантажень. нейротрофічний фактор мозку і фактор- Позиція B.K.Pedersen (2008) [7] про інгібітор лейкемії (LIF) [5]. скорочувальний м’яз, як орган, який продукує Механічне розтягування м’язової тканини, цитокіни, відкрила абсолютно нову парадигму: найбільш ймовірно, необхідно для нормальної скелетні м’язи – це ендокринний орган, який м’язової функції і адаптації (Goldspink, 1999), і шляхом секреції гормоноподібних факторів може всі клітини насправді гинуть без розтягування впливати на обмін речовин в багатьох тканинах і або контактного подразника (Ruoslahti, 1997) органах. В продовження було запропоновано, що [5]. На сьогодні ретельніше вивчається цитокіни та інші пептиди, які виробляються і можливість незапальної адаптації скелетних вивільняються м’язовими волокнами, мають м’язових тканин до фізичних навантажень і аутокринні, паракринні або ендокринні ефекти, місцеві механізми адаптації в м’язовій тканині. слід класифікувати як «міокіни» [4-5, 7]. Відомо, що відповідальними за м’язову Отже, міокіни забезпечують концептуальну адаптацію є фактори росту, цитокіни, гормони, підставу, щоб пояснити, як м’язи спілкуються з кисневі радикали [4-6]. Так, чутливий до кисню іншими органами. Таким чином, ідея полягає в гіпоксія-індукований фактор (HIF-1α та HIF- тому, що скоротливі скелетні м’язи вивільняють 1β) активується в скелетних м’язах людини міокіни, які працюють гормоноподібним чином, після фізичного навантаження і може впливати надають специфічний ендокринний вплив на на експресію генів фактора росту ендотелію інші органи або, які працюють локально через судин (VEGF) (Gustafsson et al., 1999). паракринні механізми. Локальна система, що включає фактор, що Надалі дослідники шукали зв’язок між інгібує лейкемію (LIF) і його рецептор (LIF-R), м’язами і змінами в периферичних органах у ймовірно, також існує в м’язовій тканині і може вигляді «фактору вправ», який може частково контролювати регенерацію м’язів вивільнятися із скелетних м’язів під час після ушкодження (Barnard et al., 1994; Schoser 4 № 6/1 (27) червень 2019 р. et al., 1998; Cabanillas et al., 2000) [5]. Також Також за даними наукової літератури були описані інші можливі локальні системи відомо, що зрушення в цитокіновому каскаді в адаптації (Husmann et al., 1996) [5, 7]. Таким крові при навантаженнях великої інтенсивності чином, участь як локальних, так і системних в принципі аналогічні таким при помірних факторів, є необхідною для адаптації скелетних навантаженнях, але відрізняються виразністю м’язів до фізичних навантажень. проявів і схожі на спостережувані при травмах Відкриття цитокінів (ендогенних полі- або сепсисі: в плазмі зростає концентрація пептидних медіаторів) і їх імунорегуляторної інтерлейкіна-6, фактора некрозу пухлин-α, ролі супроводжувалося дослідженнями, що де- інтерлейкіна-1α, інтерферона-α, а надалі монструють, що вони були залучені в складну збільшується вміст інтерлейкіна-10, мережу зв’язку між нейроендокринною і імун- інтерлейкіна-1ра та ін. [1, 8]. ною системами. Подальші дослідження показа- При цьому встановлено, що при стресовій ли, що за взаємодією між фізичними вправами реакції норадреналін дозозалежно стимулює та імунною системою є можливість оцінити синтез інтерлекіна-6 в астроцити, який в свою роль ендокринних і цитокінових механізмів чергу активізує каскадний синтез прозапальних при фізичному навантаженні [6, 7]. Саме імун- цитокінів: інтерлейкіна-1, інтерлейкіна-2 і на система розпізнає стресові сигнали різної фактора некрозу пухлини-α [3]. Активація Т- природи і передає через кровообіг інформацію клітинного цитокінового каскада викликає в центральну нервову систему за допомогою підвищення продукції органоспецифічних цитокінів. А центральна нервова система, автоантитіл, що призводить до розвитку обробивши сигнал, регулює імунну систему за аутоімунних реакцій і станів, пов’язаних з допомогою нейропептидів та гормонів пошкодженням органів і систем [1-3]. гіпоталамо-гіпофізарно-адреналової вісі [3]. Цікавим є те, що у спортивній медицині є До теперішнього часу накопичено багато спроби трактування фізіологічних механізмів інформації про вплив фізичних навантажень під адаптації до надмірного стресу, зокрема при час занять фізкультурою і спортом на імунітет, фізичному навантаженні, з позиції впливу яка потребує подальшого вивчення та цитокінів. Так, Smith L. L. (2000) [8] висунув узагальнення. Дослідження гуморальних гіпотезу, згідно якої значна кількість факторів загального і місцевого імунітету є прозапальних цитокінів (інтерлейкін-1β, досить інформативним методом. Так, вивчення інтерлейкін-6, інтерлейкін-8, факор некрозу імунологічної реактивності організму людини, пухлин-α), зумовлюючи системне запалення, що знаходиться в стресових умовах, може координує реакцію всього організму: допомогти своєчасно виявляти невідповідність забезпечує вплив на функціональний стан пропонованих навантажень функціональним ЦНС, регулює функцію печінки (підтримує можливостям імунної системи і сигналізувати глюконеогенез, синтез білків гострої фази, а про розвиток зриву адаптивно-пристосувальних також катаболічні процеси) і впливає на механізмів основних органів і систем імунітету імунітет. Саме за цим автором [8] дається людини, що може призвести до патологічних визначення синдрому перенапруження, як станів усього організму в цілому [3]. стану, при якому спортсмен тренується Стрес – це неспецифічна реакція організму надмірно, але продуктивність погіршується. на будь-яку пред’явлену йому вимогу (дію Це, як правило, супроводжується змінами внутрішніх і зовнішніх подразників). Особливу настрою, поведінки та різноманітними роль в регуляції психонейроіммунної взаємодії коливаннями в біохімічних та фізіологічних при стресі займають цитокіни, які мають показниках [2, 8]. Теоретично синдром широкий спектр клітинних мішеней, перенапруження розглядається як третій етап регулюючи інформаційні взаємодії між загального адаптаційного синдрому за Г. Сельє, клітинами імунної, ендокринної та центральної з акцентом на відновлення і виживання, а не нервової системи [2, 3]. адаптацію, і може вважатись «захисним» [2, 8]. Різні види вправ є основними факторами Тобто, це процес, що відбувається у відповідь виробництва міокінов. Рівень експресії міокінов на надмірний фізичний та фізіологічний стрес. збільшується пропорційно тривалості виконання Складовою відповіді гострої фази є стрес- вправи і кількості м’язової маси, задіяної при реалізуюча реакція імуно-нейро-ендокринної цьому. Вони, зв’язуючись з клітинами системи, яка індукована генною експресією, аутокринним та паракринним способом, синтезом «стрес-білків» та імунних медіаторів, забезпечують підтримання гомеостазу та в першу чергу – інтерлейкіна-1b та фактора адаптацію до фізичних навантажень [5]. некрозу пухлин-α, які відіграють роль тригер- 5 Альманах науки них механізмів стрес-відповіді. Тригерні цито- що знаходиться в стресових умовах. Також кіни діють безпосередньо на нейросекреторні встановлено, що зрушення в цитокіновому клітини гіпоталамусу, стимулюючи синтез та каскаді в крові при навантаженнях великої вивільнення кортикотропін-релізінг-гормону, а інтенсивності, на відміну від помірних, потім – адренокортикотропного гормону і тим відрізняються виразністю проявів і схожі на самим спричиняють активацію гіпоталамо- спостережувані при травмах або сепсисі. гіпофізарно-наднирникової осі [2, 3]. Отже, до теперішнього часу накопичено Висновки. Проаналізувавши сучасні багато інформації про як позитивний так і матеріали фахових літературних джерел, щодо негативний вплив фізичних навантажень під участі цитокінів в адаптації до фізичних час занять фізкультурою і спортом на імунітет, навантажень, було визначено, що при яка потребує подальшого дослідження та скороченні скелетних м’язів людини узагальнення. Таким чином, ми можемо вивільняється значна кількість міокінов продовжити вивчення ролі цитокінів при (інтерлейкін-6, інтерлейкін-8, інтерлейкін-15, адаптації до фізичного навантаження. нейротрофічний фактор мозку, фактор- Перспективи подальшого вивчення інгібітор лейкемії) в кровообізі при тривалому вбачаємо в проведенні експериментального навантаженні. Дослідження гуморальних дослідження для з’ясування участі цитокінової факторів імунітету, зокрема вмісту цитокінів, є ланки імунної системи в процесі формування досить інформативним методом для вивчення адаптаційних та дезадаптаційних реакцій при імунологічної реактивності організму людини, впливі фізичного навантаження. Література: 1. Козлов В. А. Иммунная система и физические нагрузки / В. А. Козлов, О. Т. Кудаева // Медицинская иммунология. – 2002. – Т. 4. – № 3. – С. 427–438. 2. Коритко З. І. Сучасні уявлення про загальні механізми адаптації організму до дії екстремальних впливів / З. І. Коритко // Вісник проблем біології і медицини. – 2013. – Вип. 4 (1). – С. 28–35. 3. Футорний С. М. Особливості імунологічної адаптації під впливом значних фізичних навантажень / С. М. Футорний, Є. В. Імас, О. І. Осадча, Е. А. Шматова, П. В. Глуховський // Науковий часопис НПУ імені М. П. Драгоманова. – 2018. – Вип. 10 (104). – С. 93–98. 4. Hoffmann C. Skeletal muscle as an endocrine organ: The role of myokines in exercise adaptations / C. Hoffmann, C. Weigert // Cold Spring Harb. Perspect. Med. – 2017. – Nov 1; 7(11). 5. Kapilevich L. V. Secretory function of skeletal muscles: producing mechanisms and myokines physiological effects / L. V. Kapilevich, A. V. Kabachkova, A. N. Zakharova, G. S. Lalaeva, et al. // Usp. Fiziol. Nauk. – 2016. – Vol. 47 (2). – P. 7–26. 6. Malm C. Leukocytes, cytokines, growth factors and hormones in human skeletal muscle and blood after uphill or downhill running / C. Malm,T. L. Sjödin, B. Sjöberg, R. Lenkei, P. Renström, et al. // J Physiol. – 2004. –Vol. 556 (Pt 3). – P. 983–1000. 7. Pedersen B. K. Role of myokines in exercise and metabolism / B. K. Pedersen, T. C. Akerström, A. R. Nielsen , C. P. Fischer // J. Appl. Physiol. – 2007. – Vol. 103. – P. 1093–1098. 8. Smith L. L. Cytokine hypothesis of overtraining: a physiological adaptation to excessive stress? / L. L. Smith // Medicine & Science in Sports & Exercise. – 2000. – Vol. 32 (2). – P. 317–331. Швец В.А. УЧАСТИЕ ЦИТОКИНОВ В АДАПТАЦИИ К ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКЕ Данная статья посвящена изучению материалов исследования участия цитокинов, как гуморальных факторов, в адаптации организма к физической нагрузке. Материалы раскрывают данные о связи между мышцами и изменениями в периферических органах через определенные биологически активные вещества – цитокины. Также показано, с помощью каких цитокинов иммунная система распознает стрессовые сигналы и передает через кровообращение информацию в центральную нервную систему. Приведены данные о роли триггерных цитокинов в стресс-реализующей реакции иммуно-нейро-эндокринной системы. Также показана возможность невоспалительной адаптации скелетной мышечной ткани к физическим нагрузкам и раскрыты местные механизмы адаптации в мышечной ткани через цитокины. Установлено, что сдвиги в цитокиновом каскаде в крови при нагрузках большой интенсивности похожи на наблюдаемые при травмах или сепсисе. Ключевые слова: цитокины, миокины, адаптация, стресс, физическая нагрузка. Shvets V. PARTICIPATION OF CYTOKINS IN ADAPTATION TO PHYSICAL LOAD This article is devoted to the study of research materials on the participation of cytokines, as humoral factors, in adaptation of the body to physical activity. Materials illuminate data about the relationship between muscles and changes in peripheral organs through certain bioactive substances - cytokines. It is also shown with the help of which cytokines the immune system recognizes stress signals and transmits through the bloodstream the information to the central nervous system. Provided the data about position of trigger cytokines in the stress-implementing reactions of the immune-neuro-endocrine system. Also shown the possibility of non-inflammatory adaptation of skeletal muscle tissue to physical activity and local mechanisms of adaptation in muscle tissue through cytokines are disclosed. It has been established that shifts in the cytokines cascade in blood at high intensity loads are similar to those observed in traumas or sepsis. Key words: cytokines, myokines, adaptation, stress, physical activity. 6