Immunogram dynamics of students under the influence of dosed physical activity

Full Text

Введение

Изучение и оценка динамики показателей состояния отдельных популяций лейкоцитов крови под влиянием мышечной деятельности разной мощности и длительности продолжает оставаться актуальной задачей [2] в связи с дальнейшим развитием методов дифференциации функциональных возможностей и состояния этих клеток [3]. Целью настоящего исследования являлось изучение динамики показателей состояния фагоцитарной и НСТ-активности нейтрофилов, а также содержания отдельных субпопуляций CD-лимфоцитов периферической крови у обучающихся спортсменов под влиянием физической нагрузки при передвижении с заданной скоростью на тредмиле.

Материалы и методы

Проведено изучение динамики показателей иммунограммы на дозированную физическую нагрузку у студентов основной медицинской группы в возрасте 18-20 лет, занимающихся легкой атлетикой в количестве 7 человек (3 юноши и 4 девушки), как перенесшие COVID-19 с подтверждением на основе данных ПЦР анализа (n = 3), так и условно не болевшие и не имевшие положительных ПЦР-тестов на COVID-19 (n = 4). Индекс массы тела обследуемых варьировал в диапазоне от 20,13 до 22,16 в группе юношей и от 17,17 до 20,95 в группе девушек.

Интенсивность мышечной работы определяли по величине скорости бега на беговой дорожке, а дозирование интенсивности физической нагрузки осуществлялось по величине частоты сердечных сокращений (ЧСС) во время мышечной работы. Для определения уровня физической работоспособности обучающихся нами был использован адаптированный вариант теста PWC₁₇₀ с использованием бега с заданной скоростью по беговой дорожке в качестве входного воздействия с последующим перерасчетом в сопоставимые единицы для велоэргометрического теста для мужчин и женщин по формуле В.Л. Карпмана и соавт. (1987). Расчетная мощность физической работы при первой нагрузке варьировала от 1,06 до 1,76 Вт/кг. Относительная величина мощности работы при повторной нагрузке у юношей варьировала от 2,99 до 4,02 Вт/кг, а у девушек – от 3,02 до 3,16 Вт/кг.

Определение частоты сердечных сокращений (ЧСС) в покое, во время и после дозированной нагрузки осуществляли посредством датчика сердечного ритма Polar H10 Heart Rate Sensor (Малайзия) с расчетом величины систолического объема крови в состоянии оперативного покоя по формуле Старра, а измерение артериального давления по стандартной методике автоматическим тонометром OMRON M2 Classic (HEM-7117-RU, Япония-Нидерланды-Китай). В состоянии оперативного покоя уровень сердечного индекса обследованных в среднем составлял 3,56±0,21 л/ мин/м² при ЧСС 69,86±3,79 и величине систолического индекса 51,01±1,00 мл/ м². Уровень физической работоспособности обследованных по величине относительного показателя теста PWC₁₇₀ составил 16,25±2,21 кГм/ мин/ кг. Уровень вегетативного индекса Кердо в состоянии покоя у 4 обследуемых отражал текущий нормотонический тип регуляции, у одного из обследуемых – некоторое преобладание симпатической регуляции и у 2 обследованных – выраженное преобладание парасимпатической регуляции.

Забор крови из локтевой вены осуществляли в состоянии оперативного покоя до начала двигательной деятельности, на первой-второй минуте после завершения 15-минутного бега в разминочном темпе, а также на первой-второй минуте после окончания 15-минутного бега средней интенсивности. Определение доступных показателей системы крови и иммунограммы проводили на базе клинико-диагностической лаборатории ООО «ДокторЛаб» (лицензия на осуществление медицинской деятельности № Л041-01024-74/00316445 от 27.09.2017). Оценку фагоцитоза и НСТ-активности нейтрофилов (Нф) и определение содержания CD-лимфоцитов в периферической крови методом иммунофенотипирования осуществляли с применением проточной цитометрии.

Статистическую обработку результатов осуществляли с применением параметрических и непараметрических методов для связанных (критерий Вилкоксона) и несвязанных (U-критерий Mанна–Уитни) выборочных с применением пакета прикладных программ Excel и Statistica 6.0.

Результаты и обсуждение

Результаты динамики показателей лейкограммы обследованных спортсменов при мышечной деятельности представлены в таблице 1.

 

Таблица 1. Динамика содержания лейкоцитов у спортсменов (n = 7) при физической нагрузке, Me (Q_0,25-Q_0,75)

Table 1. Dynamics of white blood cell content in athletes (n = 7) under physical activity, Me (Q_0.25-Q_0.75)

Показатели Indicators	В покое At rest	Нагрузка 1 1st load	Нагрузка 2 2nd load
Лейкоциты, × 109/л Leukocytes, × 109/L	6,30 (4,80-7,70)	6,60 (5,80-8,30)*	8,30 (7,9-10,5)* +
Эозинофилы, × 109/л Eosinophils, × 109/L	0,23 (0,14-0,31)	0,20 (0,12-0,30)	0,26 (0,21-0,39)* +
Палочкоядерные, × 109/л Rod-nucleated neutrophils, × 109/L	0,06 (0,00-0,14)	0,11 (0,00-0,17)*	0,08 (0,07-0,21)
Нейтрофилы, × 109/л Neutrophils, × 109/L	3,13 (2,49-4,00)	3,63 (3,13-4,56)	4,39 (3,71-5,25)* +
Моноциты, × 109/л Monocytes, × 109/L	0,47 (0,29-0,92)	0,53 (0,40-0,79)	0,65 (0,50-0,73)
Лимфоциты, × 106/л Lymphocytes, × 109/L	2,15 (1,55-2,46)	2,42 (1,97-2,56)	3,35 (2,70-3,99*)+

Примечание. Условные обозначения: * – уровень значимости различий p < 0,05 в сравнении с покоем; ⁺ – уровень значимости различий p < 0,05 в сравнении с нагрузкой. 1.

Note. Legend: *, level of significance of p < 0.05 differences versus rest; ⁺, level of significance of p < 0.05 differences versus load 1.

 

Как видно из представленных данных, в состоянии оперативного покоя показатели лейкограммы испытуемых не выходили за пределы диапазона нормальных значений. При этом неуклонное повышение содержания лейкоцитов в процессе мышечной деятельности отражает развитие миогенного лейкоцитоза. Если динамика показателей лейкограммы после первой нагрузки отражает изменение баланса содержания пула циркулирующих и пристеночных популяций Нф, то после второй нагрузки имеет место развитие лимфоцитарной фазы миогенного лейкоцитоза с выходом в циркуляцию депонированных лимфоцитов.

Результаты динамики показателей иммунограммы у обследованных спортсменов при мышечной деятельности представлены в таблице 2.

 

Таблица 2. Динамика показателей иммунограммы у спортсменов (n = 7) при физической нагрузке, Me (Q_0,25-Q_0,75)

Table 2. Dynamics of immunogram parameters in athletes (n = 7) under physical activity, Me (Q_0.25-Q_0.75)

Показатели Indicators	В покое At rest	Нагрузка 1 1st load	Нагрузка 2 2nd load
Активность фагоцитоза, % × 109/л Phagocytic neutrophils, % × 109/L	63 (57-71) 1,78 (1,52-2,80)	56 (50-61) 1,88 (1,26-2,92)	57 (46-60) 2,31 (1,71-3,31)+
Спонтанный НСТ-тест, % × 109/л Spontaneous NBT-test, % × 109/L	10 (7-29) 0,36 (0,25-1,02)	16 (9-21) 0,44 (0,41-0,69)	15 (11-32) 0,67 (0,52-1,40)
Индуцированный НСТ-тест, % × 109/л Induced NBT-test, % × 109/L	69 (68-74) 2,28 (1,84-2,40)	62 (56-70) 2,51 (1,34-3,19)	74 (68-81)+ 3,60 (2,82-3,83)* +
CD3+CD19- CD45+, % × 109/л CD3+CD19- CD45+, % × 109/L	73,9 (70,2-76,1) 1,64 (1,22-1,82)	71,0 (68,8-76,1) 1,71 (1,40-1,76)	66,4 (63,0-69,2)* + 2,08 (1,81-2,62)* +
CD3+CD4+CD8- CD45+, % × 109/л CD3+CD4+CD8- CD45+, % × 109/L	38,0 (35,0-43,2) 847 (618-935)	34,9 (34,0-44,5) 842 (711-928)	28,8 (28,0-33,0)* + 1096 (673-1150
CD3+CD4- CD8+CD45+, % × 109/л CD3+CD4- CD8+CD45+, % × 109/L	25,2 (23,3-27,6) 561 (359-668)	23,0 (21,5-25,5)* 585 (402-643)	24,9 (21,5-27,1) 750 (590-910)* +
Иммунорегуляторный индекс, усл. ед. Immunoregulatory index, cond. units	1,60 (1,30-1,70)	1,60 (1,30-2,10)	1,20 (1,10-1,50)* +
CD3+CD4- CD8- CD45+ × 109/л CD3+CD4- CD8- CD45+, % × 109/L	9,5 (6,7-11,6) 183 (142-235)	10,1 (8,7-12,6) 228 (184-313)*	11,6 (9,3-14,4) 446 (220-573)*
CD3+CD4+CD8+CD45+, % × 109/л CD3+CD4+CD8+CD45+, % × 109/L	0,7 (0,3-1,4) 17,0 (5,0-25,0)	0,4 (0,3-1,5) 9,0 (8,0-36,0)	0,4 (0,1-1,1) 10,0 (4,0-36,9)
CD3- CD19+ CD45+, % × 109/л CD3- CD19+ CD45+, % × 109/L	11,8 (10,0-15,3) 254 (203-289)	11,4 (10,6-13,4) 264 (237-356)	9,5 (7,8-11,9)* + 311 (227-399)
CD3- CD16+CD56+, % × 109/л CD3- CD16+CD56+, % × 109/L	9,8 (6,7-12,6) 195 (165-239)	12,6 (11,3-16,2) 319 (267-335)	21,1 (15,7-25,4)* + 626 (597-860)* +
CD3+CD16+CD56+, % × 109/л CD3+CD16+CD56+, % × 109/L	3,1 (2,0-3,4) 60,0 (48,0-77,0)	3,9 (0,6-4,2) 63,0 (15,0-105,0)	3,9 (2,9-5,3) 136,0 (78,0-192,0)+

Примечание. См. примечание к таблице 1.

Note. As for Table 1.

 

Показатели фагоцитарной активности Нф повышались под влиянием выполнения 2-й нагрузки за счет увеличения содержания циркулирующих клеток. При этом относительное и абсолютное содержание НСТ-позитивных Нф в индуцированном тесте после 2-й нагрузки значимо повышалось, а процентное содержание НСТ-негативных клеток существенно снижалось по сравнению с состоянием после 1-й нагрузки. В итоге после 2-й нагрузки в сравнении с состоянием после 1-й нагрузки значимо повышалась разница как между спонтанным уровнем содержания НСТ-позитивных и НСТ-негативных Нф, так и разница между резервным уровнем НСТ-позитивных клеток в индуцированном тесте и содержанием НСТ-негативных Нф.

Динамика содержания Т-лимфоцитов во время лимфоцитарной фазы миогенного лейкоцитоза после 2-й нагрузки отличалась противоположно направленными тенденциями в сравнении с состоянием покоя и после 1-й нагрузки: повышением количества CD3⁺ клеток в периферической крови на фоне снижения их процентного содержания. Увеличение содержания лимфоцитов в крови во время лимфоцитарной фазы миогенного лейкоцитоза обеспечивало сохранение уровня абсолютного содержания CD3^-CD19⁺ лимфоцитов после 2-й нагрузки, несмотря на снижение их процентного содержания. Кроме того, во время лимфоцитарной фазы отмечалось достоверное снижение иммунорегуляторного индекса за счет уменьшения относительного содержания CD3⁺CD4⁺CD8^-CD45⁺ клеток, тогда как процентное содержание CD3⁺CD4^-CD8⁺CD45⁺ лимфоцитов значимо было ниже после 1-й нагрузки в сравнении с состоянием покоя. Динамика содержания дубль позитивных CD4⁺CD8⁺ лимфоцитов не проявляла значимых тенденций, тогда как количество дубль негативных CD4^-CD8^- клеток после 1-й и 2-й физической нагрузки было существенно больше, чем в состоянии покоя.

Во время лимфоцитарной фазы, развивавшейся у испытуемых после повторной физической нагрузки, отмечалось статистически значимое увеличение относительного и абсолютного содержания CD3^-CD16⁺CD56⁺ клеток, что согласуется с имеющимися литературными данными [1, 3]. Вместе с тем отмечавшееся у обследуемых спортсменов увеличение количества CD3⁺CD16⁺CD56⁺ лимфоцитов в этот период было связано с повышением общего содержания лимфоцитов в периферической крови.

В состоянии покоя показатели лейкограммы обследованных юношей и девушек не имели значимых различий, за исключением более низкого (p < 0,05) в группе девушек относительного содержания лимфоцитов (29,50±3,00% и 37,33±4,51%). Показатели иммунограммы у девушек в состоянии покоя характеризовались более высокими значениями количества позитивных Нф в индуцированном НСТ-тесте (2,89±0,87 × 10⁹/л) и более низком относительном содержании NK-клеток (7,77±2,33%), чем у юношей (1,83±0,33% и 14,60±4,82%). При этом уровень содержания дубль негативных CD4^-CD8^- (11,30±2,27%) и дубль позитивных CD4⁺CD8⁺ лимфоцитов (1,13±0,51%) у них достоверно (p < 0,05) превышал таковой у юношей (7,20±0,95% и 0,27±0,06%).

После выполнения повторной физической нагрузки количество Нф в крови у девушек (5,07±0,79 × 10⁹/л) было существенно выше, чем у юношей (3,72±0,10 × 10⁹/л), что обусловило более высокое количество фагоцитов в циркуляции (2,92±0,60 × 10⁹/л и 1,66±0,53 × 10⁹/л) и уровня спонтанных (1,13±0,44 × 10⁹/л и 0,38±0,30 × 10⁹/л) и индуцированных НСТ-позитивных Нф (3,85±0,25 × 10⁹/л и 2,69±0,26 × 10⁹/л). Следует отметить, что если после 1-й физической нагрузки у девушек прирост содержания НСТ-позитивных Нф в индуцированном тесте относительно спонтанного уровня был существенно больше (55,50±5,45%), чем у юношей (33,77±15,04%), то после второй физической нагрузки прирост НСТ-позитивных Нф в индуцированном тесте у юношей был значительно выше (62,33±3,06%), чем у девушек (52,50±5,45%). Кроме того, после повторной физической нагрузки у девушек отмечалось достоверно более низкое относительное и абсолютное содержание NK-клеток (16,10±4,53% и 0,62±0,25 × 10⁹/л) и более высокое количество CD3^-CD19⁺ клеток, (0,41±0,09 × 10⁹/л) по сравнению с группой юношей (24,40±2,00%, 0,70±0,16 × 10⁹/л и 0,23±0,01× 10⁹/л соответственно).

Таким образом, под влиянием дозированной мышечной деятельности динамика лейкограммы у обучающихся спортсменов сопровождалась неуклонным повышением содержания лейкоцитов в крови за счет значимого увеличения количества лимфоцитов на фоне тенденции повышения их относительного содержания после 2-й нагрузки. Подобная динамика показателей лейкограммы, очевидно, в полной мере соответствует развитию лимфоцитарной фазы миогенного лейкоцитоза. При этом у девушек в состоянии покоя относительное содержание лимфоцитов и NK-клеток было значимо ниже, а уровень количества НСТ-позитивных Нф в индуцированном тесте и относительного содержания дубль негативных CD4^-CD8^- и дубль позитивных CD4⁺CD8⁺ лимфоцитов существенно выше, чем у юношей.

После выполнения 1-й физической нагрузки у испытуемых на фоне отсутствия статистически значимых изменений фагоцитарной и НСТ-активности Нф наблюдалось достоверное снижение относительного содержания CD4^-CD8⁺ лимфоцитов и увеличение количества дубль негативных CD4^-CD8^- клеток. При этом у девушек прирост содержания НСТ-позитивных Нф в индуцированном тесте был значимо выше, чем у юношей.

Под влиянием увеличения мощности выполняемой повторной физической нагрузки на фоне общего увеличения количества фагоцитирующих Нф существенно увеличивался баланс спонтанных НСТ-позитивных и резервных потенциально активных Нф относительно содержания НСТ-негативных клеток в индуцированном тесте. При этом уровень нейтрофилеза у девушек был значительно выше, обусловливая более высокий уровень количества фагоцитов и абсолютного содержания НСТ-позитивных Нф в спонтанном и индуцированном тесте. Помимо того, во время лимфоцитарной фазы миогенного лейкоцитоза количество CD3⁺CD19^- лимфоцитов после 2-й нагрузки значимо повышалось на фоне существенного снижения их относительного содержания, тогда как количество CD3^-CD19⁺ и CD3⁺CD4⁺CD8^-CD45⁺ лимфоцитов в крови не изменялось, несмотря на достоверное снижение их относительного содержания. Очевидно, что отмеченные количественные изменения субпопуляций лимфоцитов не в полной мере способны компенсировать значимое угнетение функциональной активности этих клеток под влиянием интенсивных физических нагрузок, сопровождающихся глубокими нарушениями механизмов иммунного ответа [2, 3]. Кроме того, во время лимфоцитарной фазы у испытуемых на фоне повышения абсолютного содержания дубль негативных CD4^-CD8^- и TNK-лимфоцитов отмечалось статистически значимое повышение относительного и абсолютного содержания NK-клеток. У юношей после 2-й физической нагрузки относительное и абсолютное содержание NK-клеток, а также прирост процентного содержания НСТ-позитивных клеток в индуцированном тесте были существенно выше, чем у девушек, несмотря значимо более низкое количество Нф в периферической крови.

Заключение

Таким образом, после выполнения легкой 15-ти минутной двигательной активности при отсутствии значимых изменений показателей фагоцитарной и НСТ-активности Нф у испытуемых отмечалось достоверное снижение относительного содержания CD4^-CD8⁺ и увеличение количества CD4^-CD8^--клеток. При повторной 15-ти минутной физической нагрузке умеренной мощности на фоне развития лимфоцитарной фазы миогенного лейкоцитоза отмечалось существенное снижение доли неактивных Нф в индуцированном НСТ-тесте и увеличение уровня общей поглотительной способности этих клеток за счет повышения их количеств. При этом значимо повышалось количество CD3⁺CD19^- на фоне существенного снижения их относительного содержания. Количество CD3^-CD19⁺ и CD3⁺CD4⁺CD8^-CD45⁺ не существенно изменялось, несмотря на достоверное снижение их содержания. Абсолютное содержание CD4^-CD8^-, CD3⁺CD16⁺CD56⁺ и CD3^-CD16⁺CD56⁺-лимфоцитов повышалось после повторной 15-ти минутной физической нагрузки. В отличие от девушек у юношей после 2-й физической нагрузки относительное и абсолютное содержание NK-клеток, а также прирост процентного содержания НСТ-позитивных клеток в индуцированном тесте были существенно выше, несмотря значимо более низкое количество Нф в крови.

About the authors

V. А. Kolupaev

South Ural State Medical University

Author for correspondence.
Email: vitalico@mail.ru

PhD, MD (Biology), Associate Professor, Head, Department of Physical Culture

Russian Federation, Chelyabinsk

V. A. Zurochka

Federal Research Institute of Viral Infections “Virom” of Rospotrebnadzor; Institute of Immunology and Physiology, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: vitalico@mail.ru

PhD, MD (Medicine), Senior Research Associate, Laboratory of Vector-borne Viral Infections and Tick-borne Encephalitis, Senior Research Associate, Laboratory of Immunopathophysiology

Russian Federation, Ekaterinburg; Ekaterinburg

S. L. Sashenkov

South Ural State Medical University

Email: vitalico@mail.ru

PhD, MD (Medicine), Professor, Head, Department of Normal Physiology

Russian Federation, Chelyabinsk

N. V. Kotova

South Ural State Medical University

Email: vitalico@mail.ru

Senior Lecturer, Department of Physical Culture

Russian Federation, Chelyabinsk

References

Supplementary files