Воспаление: ожирение, диабет, старение и физическая нагрузка

Частые причины воспаления и что с ними делать

Авторы: Len Kravitz, PhD, Gabriella Bellissimo, MA и Jessica Smith, MS, CSCS

8 марта 2021 г.

Воспаление — это важнейший защитный механизм, который выработался в живых организмах для повышения шанса на выживание. Обычно воспаление запускают инфекция или повреждение тканей (Medzhitov 2008). Загрязнение воздуха, плохое качество воды и другие факторы окружающей среды также могут вызывать воспаление и поддерживать его.

Воспаление — это важнейший защитный механизм, который выработался в живых организмах для повышения шанса на выживание. Обычно воспаление запускают инфекция или повреждение тканей (Medzhitov 2008). Загрязнение воздуха, плохое качество воды и другие факторы окружающей среды также могут вызывать воспаление и поддерживать его.

Исследователь Меджитов пишет, что воспаление — это ответ организма на попытку тела вернуться в состояние гомеостаза, равновесия, в котором параметры клетки (содержание глюкозы и кислорода) находятся в допустимых пределах значений. Кровь — это транспортная система для всех противовоспалительных агентов. Воспаление вовлекает макрофаги (белые кровяные клетки, которые окружают и убивают микроорганизмы и удаляют мертвые клетки), лейкоциты (белые кровяные клетки, которые атакуют чужеродные вещества и болезни) и различные другие клеточные компоненты (Chung et al. 2019).

Первой линией защиты служит кратковременное острое воспаление, при котором иммунные клетки, противовоспалительные агенты и процессы ремоделирования тканей направлены на восстановление поврежденных тканей или защиту от опасных веществ (т.е. антигенов, таких как аллергены, токсины или патогены) (Chung et al. 2019). 

Хроническое воспаление и хроническое заболевание

Острое воспаление необходимо для поддержания жизни, но проблемы возникают, когда острая воспалительная реакция оказывается неспособной устранить вредоносное клеточное вторжение. Из-за этого мобилизуется больше защитных компонентов, что приводит к стойкому, низкокачественному, долгосрочному иммунному ответу, известному как хроническое воспаление, что ведет за собой множество потенциально серьезных проблем со здоровьем (см. «Переход от острого к хроническому воспалению» ниже).

Исследователь Libby (2007) в обзоре достоверных научных данных приводит убедительные доказательства того, что хронические воспалительные реакции вносят решающий вклад в развитие ряда хронических заболеваний. В данной статье мы сначала сосредоточимся на связи между хроническим воспалением низкой степени тяжести и ожирением, диабетом 2 типа и старением. Затем мы рассмотрим вопрос о том, как физические упражнения помогают нам бороться с хроническим воспалением.

Воспаление, вызванное ожирением

Подавляющая часть человечества проживает в странах, где лишний вес и ожирение убивают больше людей, чем недостаточный вес. В 2016 году около 11% мужчин и 16% женщин от всего взрослого населения планеты были диагностированы как люди с ожирением. К сожалению, согласно мировой статистике, в 2019 году 38 миллионов детей младше пяти лет также имели ожирение или лишний вес (WHO 2020a).

C медицинской точки зрения, излишнее накопление жировой ткани (жира) способствует развитию повышенного давления, атеросклероза, диабета 2 типа, гиперхолестеринемии, неалкогольной жировой болезни печени, болезни желчного пузыря, артрита, болезни Альцгеймера и рака (Ferrante 2007). Современные исследователи больше не считают белую жировую ткань инертной, безопасной, предназначенной исключительно для хранения энергии (Ellul et al. 2017). Ряд исследований взаимосвязи между ожирением и воспалительным процессом позволил сделать ряд увлекательных открытий.

Главное о жире и воспалении

Жировая ткань состоит из адипоцитов (где хранится жир), преадипоцитов и различных других типов иммунных клеток (Boutens & Stienstra 2016).

Жировая ткань хранится в подкожных (под кожей) и висцеральных (вокруг внутренних органов) хранилищах. Эпидемиологические данные свидетельствуют о том, что масса висцерального жира является доминирующим фактором риска развития метаболических нарушений, включая резистентность к инсулину (Boutens & Stienstra 2016).

Адипоциты

Ученым удалось доказать, что на клеточном уровне ожирение изменяет структуру жировой ткани. Ожирение приводит к изменениям в составе и количестве иммунных клеток, вырабатываемых адипоцитами. В результате возникает воспаление низкой степени тяжести, которое возникает при инсулинорезистентности и диабете 2 типа (Boutens & Stienstra 2016).

Поскольку при ожирении адипоциты продолжают увеличиваться, кровоснабжение этих жировых клеток уменьшается, вызывая гипоксию (низкий уровень кислорода в крови). Как следствие, возникает дисфункция эндотелия (Ellulu et al. 2017). Ellulu и соавт. доказали, что эндотелиальная дисфункция опасна, потому что она усиливает сужение сосудов в крупных артериях, ответственных за доставку насыщенной кислородом крови к активным тканям.

Адипокины и цитокины

Иммунные клетки в жировой ткани вырабатывают и секретируют широкий спектр адипокинов. Адипокины — это семейство гормонов, обладающих как про-, так и противовоспалительным действием. Они облегчают связь с другими клетками и тканями, которые создают ощущение насыщения (чувство сытости) и регулируют метаболизм
(Boutens & Stienstra, 2016).

Интересно, что и более ранние исследования показывали, что у людей с ожирением концентрация маркеров воспаления выше, чем у стройных.

По мере развития ожирения жировая ткань начинает накапливать избыток триглицеридов, которые обладают способностью изменять выделение адипокинов и цитокинов (небольших белков, которые имеют решающее значение для контроля роста и активности других клеток иммунной системы). Это несбалансированное выделение приводит к системному воспалительному процессу, который нарушает передачу сигналов инсулина.

Как в дальнейшем объяснили Boutens & Stienstra, результаты экспериментов свидетельствуют, что статус воспаления, который определяется выделением цитокинов, гораздо выше в висцеральном жире, чем в подкожном.

Было обнаружено, что ожирение повышает секрецию TNF– воспалительного цитокина. Он обладает способностью влиять на метаболизм глюкозы и липидов всего организма.

Ожирение также может повысить экспрессию (т.е. процесс, посредством которого информация, закодированная в гене, используется для управления сборкой белковой молекулы) более чем десятка генов, провоцирующих воспалительные белки (Ferrante 2007).

Кроме того, излишнее производство интерлейкина-6 (IL-6, мощный про-воспалительный цитокин) показало связь со снижением адипонектина. Адипонектин — это важный белковый гормон, который снижает воспаление и жёсткость артерий. Кроме того, избыток интерлейкина- стимулирует клетки производить и секретировать С-реактивный белок вдоль кровеносных сосудов. Высокий уровень С-реактивного белка также указывает на хроническое воспаление, инфекцию и рису ишемической болезни сердца (Ellulu et al.2017).

Как и в случаях с другими факторам воспаления, здесь очень важен баланс. Об этом мы поговорим в разделе, посвященному интерлейкину-6 и физическим упражнениям.

Макрофаги

Макрофаги — это белые кровяные клетки, которые отвечают за поддержание гомеостаз тканей и удаляют клеточный мусор. Они играют ключевую роль в регулировании функционирования жировой ткани и хронических воспалений. У стройных людей макрофаги составляют около 5% клеток жировой ткани, в то время как у людей с ожирением макрофаги могут составлять до 50% всех клеток жировой ткани (Boutens & Stienstra 2016). При этом наблюдается постоянный избыток липидов.

Такое перенасыщение макрофагами приводит к дисфункции в этих клетках, и в результате возникает хроническое воспаление жировой ткани (Ferrante 2007). Ученые только начали разбираться в метаболизме макрофагов при ожирении (Boutens & Stienstra 2016).

Воспаление, диабет 2 типа и диабетожирение

Основными последствиями для здоровья от сахарного диабета 2 типа считают долгосрочные медицинские проблемы, включая нефропатию (заболевание почек), невропатия (повреждение нервов), ретинопатию, сердечно-сосудистые заболевания, заболевания периферических сосудов, инсульт и аномалии пародонта (Farag & Gaballa 2011).

С 1980 по 2014 год количество больных диабетом выросло со 108 до 422 миллионов по всему миру. Кроме того, 1,6 миллиона человек ежегодно умирают из-за диабета (WHO 2020b). Кроме того, некоторые оценки позволяют сделать вывод о том, что количество недиагностированных случаев диабета колеблется от 24,1% до рекордных 75,1%. При этом 83,8% приходятся на страны с низким и средним уровнем доходов (Beagley et al. 2014).

Как и в случае с ожирением, взаимосвязь между диабетом
и воспалением сложная и с научной точки зрения увлекательная. 

Диабет

Ученые обнаружили связь между низкоспецифическим воспалением и развитием диабета 2 типа (Schmidt & Duncan 2003). Хроническое воспаление характеризуется повышением провоспалительных цитокинов и может вызывать изменения, которые приведут к изменениям, способным спровоцировать диабет 2 типа (Keane et al. 2015). Schmidt и Duncan отмечают, что повышенное количество лейкоцитов считается наиболее часто регистрируемым биомаркером диабета. Лейкоциты (белые кровяные тельца, которые атакуют чужеродные вещества и болезни) являются основным фактором защиты организма от болезней. Повышенные уровни С-реактивного белка также считаются еще одним маркером воспаления, который, как подтверждают многочисленные данные, предсказывает появление диабета.

Механизмы, ухудшающие неспецифический воспаления, очень сложны. Прежде всего, процесс запускается избыточным питанием, то есть диетой с высоким содержанием углеводов и жиров (Keane et al. 2015) (см. «Развитие диабета, вызванного ожирением [Диабетожирение]», ниже).

Farag и Gaballa установили, что у людей с диабетом 2 типа чаще развиваются депрессии разного уровня тяжести. При этом, согласно их данным, риски у больных диабетом в три раза выше, чем у людей без диабета. С учетом этих данных, Farag и Gaballa рекомендуют проводить обследования на наличие депрессии
на ранних стадиях диагностики диабета.

Диабетожирение

Диабетожирение — это относительно новый термин, введенный в научной литературе. В данном контексте означает диабет, вызванный ожирением. Диабетожирение иногда называют ожирение-зависимым диабетом (Farag & Gaballa 2011).

При таком состоянии хроническое избыточное питание вызывает глюколитоксическое состояние (Keane et al. 2015). Иными словами, если диета на постоянной основе содержит много углеводов (глюкозы) и жиров (липидов), может возникнуть токсическое физиологическое состояние. Глюколипотоксичность отрицательно влияет на функцию митохондрий (энергетических фабрик клеток) (Keane et al. 2015). В глюколипотоксическом состоянии способность митохондрий вырабатывать энергию нарушается, что приводит к накоплению потенциально опасных побочных продуктов митохондрий, называемых молекулами активных форм кислорода (также известными как свободные радикалы). Свободные радикалы — это нестабильные, высокореактивные молекулы, которые могут повредить РНК, ДНК и белки.

Накопление свободных радикалов провоцирует низкоспецифическое воспаление во всех периферических тканях организма, а также в бета-клетках (клетках, которые синтезируют и выделяют инсулин) в поджелудочной железе (Keane et al. 2015). В конечном счете, это приводит к десенсибилизации и блокированию сигнального пути инсулина и дисфункции бета-клеток (Keane et al. 2015). Постоянное воздействие повышенного уровня глюкозы и липидов будет препятствовать секреции инсулина бета-клетками поджелудочной железы.

При диабете сигнальный путь инсулина блокируется воспалительными цитокинами, которые не дают мышечным, жировым и печеночным клеткам использовать глюкозу. Это особенно влияет на митохондриальные клетки скелетных мышц, поскольку скелетные мышцы — это основная ткань, отвечающая за стимулируемую инсулином утилизацию глюкозы, на долю которой приходится до 75% поглощения глюкозы (Zierath, Krook & Wallberg-Henriksson 2000). В конечном счете, резистентность к инсулину и хронически повышенный уровень глюкозы в крови приведут к диабету 2 типа.

Farag & Gaballa также ссылаются на исследования, в которых доказывается, что хронический стресс может способствовать развитию диабета за счет активации воспалительных, вегетативных, гормональных и иммунологических систем, и предполагают, что целенаправленное управление стрессом может стать краеугольным камнем в лечении диабета.

Воспаление и старение

Старение — это происходящий со временем адаптационный процесс, который контролируется многими физиологическими и генетическими факторами, связанными и/или ответственными за уязвимость к тем или иным болезням и возможную смерть. У людей скорость этого процесса варьируется в зависимости от образа жизни, генетической предрасположенности и факторов окружающей среды, которые способствуют появлению воспалений.

Хроническое низкоспецифическое воспаление является причиной различных возрастных патологий, включая гипертонию, ожирение, диабет, атеросклероз, рак и т.д. (Sanada et al. 2018). Кроме того, в стареющих тканях естественные процессы могут привести к потере подвижности и функций из-за таких заболеваний, как саркопения
(потеря мышечной массы) и/или остеопороз (потеря костной ткани) (Sanada et al. 2018).

Свободные радикалы

Активация иммунной системы провоцирует воспаление, что служит причиной появления опасного состояния, при котором окислительный стресс и воспаление подпитывают друг друга. Как следствие, увеличивается связанная с возрастом заболеваемость и смертность.

Образование свободных радикалов считается одним из факторов процесса старения (Liguori et al. 2018). Как упоминалось ранее, свободные радикалы обладают высокой реакционной способностью. Это благодаря тому, что они представляют собой молекулы с неспаренным электроном на атомной орбитали, что означает нестабильность. Свободные радикалы образуются либо в результате нормального клеточного метаболизма, либо из-за внешних источников, таких как загрязнение окружающей среды, сигаретный дым, радиация или лекарства.

Pham-Huy He и Pham-Huy (2008) доказали: когда нельзя нейтрализовать избыток свободных радикалов, их накопление вызывает в организме явление под названием окислительный стресс (см. выше «Тесная взаимосвязь окислительного стресса, воспаления и старения» выше). В результате, избыток свободных радикалов делает нас в процессе старения более восприимчивыми к окислительному стрессу.

В итоге окислительный стресс начинает разрушать мишеневидные клетки и органы в организме (Pham-Huy, He & Pham-Huy 2008). Этот стресс приводит к воспалительной реакции за счет активации макрофагов (белых кровяных телец, которые окружают и убивают микроорганизмы и удаляют мертвые клетки) в иммунной системе (Chung et al. 2019). Вероятно, что повышенная инфильтрация макрофагов почти во все ткани, включая печень, мышцы, жировую ткань, мозг, почки и сердце, вызовет провоспалительный процесс на тканевом уровне (Chung et al. 2019).

Окислительно-воспалительное старение

Учитывая тесную взаимосвязь между окислительным стрессом, воспалением и старением, Liguori et al. (2018) предложили окислительно-воспалительную теорию старения.

С их точки зрения, старение — это потеря способности к поддержанию гомеостаза, которое происходит, когда регуляторные системы (например, иммунная) испытывают хронический окислительный стресс. Активация иммунной системы вызывает воспалительное состояние, которое создает нежелательный цикл, когда хронический окислительный стресс и воспаление подпитывают друг друга, увеличивая риск возрастной заболеваемости и смертности. К счастью, регулярная физическая активность может стать действенной стратегией борьбы с окислительным стрессом и возникающими в результате возрастными воспалительными нарушениями (Liguori et al. 2018) 

Как физическая активность противостоит воспалению

Регулярные физические нагрузки — это эффективный способ защиты и лечения хронических заболеваний, связанных с хроническими низкоспецифическими воспалениями.

Скелетная мышечная ткань — самый большой орган в человеческом теле (Pedersen 2007). Мышечные сокращения при физической нагрузке увеличивают выброс определенного типа цитокинов, называемых миокинами. Первичным и основным цитокином, связанным с физическими упражнениями, является интерлейкин-6, который возрастает экспоненциально в ответ на физические упражнения (Mathur & Pedersen 2008).

При физической нагрузке IL-6 работает как датчик энергии. Так, его выработка может увеличиться в сотни раз по сравнению с состоянием покоя (Mathur & Pedersen, 2008). Степень, в которой физические упражнения повышают уровень циркулирующего IL-6 во всем организме, напрямую зависит от интенсивности, продолжительности и количества мышечной массы, рекрутируемой для выполнения упражнения (Pedersen 2007; Lee & Jun 2019).

Lee и Jun пришли к выводу, что интерлейкин-6 также стимулирует обновление глюкозы и окисление жирных кислот. Кроме того, увеличение уровня этого интерлейкина, вызванное физической нагрузкой, стимулирует использование жира в качестве источника топлива для получения энергии. Повышение уровня IL-6 ингибирует выработку TNF и запускает выброс противовоспалительных цитокинов в кровоток (Pedersen 2007). Следовательно, повышение уровня IL-6, вызванное физическими упражнениями, способно противодействовать роли TNF в воспалении сосудов, инсулинорезистентности и диабете 2 типа (Pedersen 2007).

Аэробная нагрузка

Nieman (2003) пишет, что наиболее важным выводом, полученным в результате исследований в области иммунологии физической нагрузки, является то, что положительные иммунные изменения происходят во время каждой тренировки с умеренной физической активностью. Он отмечает, что это приводит к уменьшению числа дней простуды и других инфекций верхних дыхательных путей. Когда исследователи сравнили эффект от тренировок низкой и средней интенсивности, они обнаружили, что умеренная интенсивность была более полезной в лечении низкоспецифического воспаления (Krause et al., 2014).

 Исследование пациентов мужского и женского пола со стабильной ишемической болезнью сердца показало, что противовоспалительные эффекты аэробных упражнений могут достигаться за счет различных методов. Например, исследователи обнаружили, что аэробные упражнения средней интенсивности, выполняемые в течение 45 минут 3 дня в неделю в течение 12 недель на таком оборудовании, как беговая дорожка, велотренажер, ручной велосипед, гребной тренажер (или в комбинации этих вариантов), показали свою эффективность в снижении базальных уровней нескольких провоспалительных белков. Они также повышают уровень противовоспалительных цитокинов (Goldhammer et al. 2005).

Для людей, которые до этого вели малоподвижный образ жизни, интенсивность аэробных упражнений нужно увеличивать постепенно, повышая ее от низкой до умеренной на протяжении нескольких месяцев. Такая нагрузка способна оказывать аналогичное, то есть положительное, влияние на низкоспецифического воспаление (Kohut et al. 2006).

Однако высокоинтенсивные нагрузки на протяжении долгого периода времени не будут полезными для вашего здоровья. Научные данные говорят о том, что многие компоненты иммунной системы испытывают обратный эффект от продолжительной, тяжелой нагрузки, длящейся более 90 минут (Nieman 2003).

Если же говорить о снижении выброса свободных радикалов и сокращении окислительного стресса, а также о повышении уровня антиоксидантов (которые нейтрализуют свободные радикалы), то исследования показывают: для пожилых людей тренировки на выносливость при 50-80% VO2max в течение 2-3 дней в неделю будут самым оптимальным решением (Liguori et al. 2018).

Силовые тренировки

Силовая тренировка, будучи важной составляющей фитнеса, положительно влияет на состояние здоровья в виде улучшения метаболического профиля людей с диабетом 2 типа, увеличения мышечной массы (как средства замедлить развитие саркопении), увеличения минеральной плотности костной ткани для профилактики остеопороза
и общего улучшения состава тела (Calle & Fernandez 2010).

Силовая тренировка включает три типа мышечных сокращений: эксцентрических, изометрических и концентрических. Эксцентрическая, или удлиняющая, фаза часто вызывает наибольшее повреждение мышц. Это повреждение тканей вызывает воспалительную реакцию, которая стимулирует высвобождение цитокинов. Из всей массы лейкоцитов, достигающих поврежденной ткани, образуются свободные радикалы, которые и вызывают дальнейшее повреждение тканей и синтез большего количества цитокинов (Calle & Fernandez 2010). Это может привести к болезненности мышц и отеку, но также, в конечном счете, к восстановлению и ремоделированию тканей (Calle & Fernandez 2010; Izquierdo, M., et al. 2009). Кроме того, IL-6, вырабатываемый растущими мышечными волокнами, действует как регулятор гипертрофии мышц, опосредованной сателлитными клетками (Izquierdo et al. 2009).

Составление программы силовых тренировок (что включает такие параметры как интенсивность, объем и время восстановления) также влияет на воспалительную реакцию. Каждая тренировка увеличивает количество цитокинов; однако адаптация к длительным тренировочным периодам вызывает снижение цитокинов и переход к противовоспалительной реакции (Calle & Fernandez 2010).

В большинстве исследований, в которых изучалось влияние силовых тренировок на воспаление, испытуемыми были пожилые мужчины и женщины. Liguori et al. приходят к выводу, что силовые тренировки улучшают антиоксидантную защиту, помогая нейтрализовать свободные радикалы и окислительный стресс у пожилых людей.

Положительный эффект можно достичь в случае, когда протоколы тренировок включают нагрузку средней интенсивности и содержат достаточный объем нагрузки (количество упражнений, частоту и продолжительность нагрузки) для каждой мышечной группы (3–5 подходов, 10 повторений).

Sardeli et al. (2018) пришли к заключению, что тренировки с протоколами умеренной физической нагрузки могут играть положительную роль в достижении противовоспалительного эффекта.

Заключительное резюме: 8 ключевых идей, которые надо запомнить

1. Обычно острое воспаление запускают инфекции и повреждение тканей.

2. Есть достоверные научные данные, что хронические воспаления серьезно способствуют развитию ряда хронических заболеваний.
3. Ожирение приводит к изменениям в составе и количестве иммунных клеток, вырабатываемых адипоцитами. Результатом является низкоспецифическое воспаление, которое влияет на резистентность к инсулину и диабет 2 типа. Воспаление в висцеральном жире повышено по сравнению с подкожным жиром.
4. Хронический стресс может способствовать развитию диабета (диабета, вызванного ожирением) за счет активации воспалительных, вегетативных, гормональных и иммунологических систем.
5. У людей с диабетом вероятность развития депрессии более чем в три раза выше, чем у людей без диабета.
6. Мышечные сокращения от физических упражнений увеличивают выработку определенного типа воспалительных белков, которые помогают противодействовать резистентности к инсулину и диабету 2 типа.
7. Аэробные нагрузки средней интенсивности (относительно) общего уровня физической подготовленности человека) служат наиболее эффективным способом избавления от неспецифических воспалений по сравнению нагрузками низкой эффективности. Интенсивные физические упражнения приводят к усилению окислительного стресса и, таким образом, усиливают воспалительные реакции организма.
8. Больший объем силовых тренировок (с большим количеством упражнений, большей частотой или продолжительностью) играет положительную роль в борьбе с воспалением.

Fitness Journal – March-April 2021

Коронавирус и воспаление

Хроническое воспаление — это фактор, присущий ряду заболеваний, например: диабету, ожирению и гипертензии. Все они наблюдаются у людей, госпитализированных с коронавирусом. Коронавирус примечателен тем, что он способен вызывать целое множество различных симптомов, что еще больше сбивает иммунную систему организма.

Как следствие, вирусная инфекция, возникающая во время хронического воспаления, подвергает иммунную систему организма постоянной перегрузке.

Оригинал: https://www.ideafit.com/personal-training/inflammation-obesity-diabetes-aging-and-exercise/?sourcecode=hubspot_newsletter&trackingcode=pub_ft_2021_september_article&utm_source=hubspot&utm_medium=newsletter&utm_campaign=pub_ft_2021_september&utm_content=article