Sport en het effect op de immuniteit

Sport en het effect op de immuniteit

Bachelorscriptie:

Sonny Marsman S1688553

Rijksstraatweg 147

9752 BD Haren

Inhoudsopgave

Pagina

1. Samenvatting 1

2. Inleiding 2

3. Fysieke inspanning en de aangeboren immuniteit 2

3.1 Circulerende leukocyten 2

3.2 Celfunctie 4

3.3 Conclusie 6

4. Fysieke inspanning en de verworven immuniteit 6

4.1 Circulerende lymfocyten 6

4.2 T-lymfocyten 7

4.3 B-lymfocyten 7

4.4 Mechanismen 8

4.5 Celfunctie 9

4.6 Conclusie 10

5. Fysieke inspanning en cytokines 11

5.1 Conclusie 13

6. Gevolg totale immuunrespons 13

6.1 Conclusie 14

7. Fysieke inspanning en voeding 14

7.1 Koolhydraten 14

7.2 Vetten 15

7.3 Eiwitten 15

7.4 Hydratie 15

7.5 Micronutriënten 16

7.6 Conclusie 16

8. Conclusies 17

9. Referenties 17

1. Samenvatting

Enorm veel factoren hebben invloed op het immuunsysteem en de immuunrespons. Eén factor die vaak onderschat wordt is fysieke inspanning. Zeer veel veranderingen zijn waargenomen in het immuunsysteem als gevolg van fysieke inspanning wanneer deze langer duurt dan 90 minuten. Eén van de belangrijkste is de verschuiving van de Th1/Th2 ratio naar de Th2 kant. Dit zorgt voor een verminderde cellulaire immuniteit en een verhoogde humorale immuniteit, wat de kans op een infectie vergroot. Daarentegen heeft de verschuiving naar de type 2 respons ook één groot voordeel voor de betreffende atleet. Door de verminderde cellulaire immuniteit is de kans op weefselschade als gevolg van de zware inspanning veel kleiner. Het verminderen van weefselschade is waarschijnlijk dé reden voor het lichaam om de immuunactiviteit te laten dalen. De verschuiving naar de type 2 respons wordt ondermeer veroorzaakt door verhoogde cortisol levels als gevolg van inspanning. Ook interleukine-6 (IL-6) levels spelen een grote rol bij de verschuiving naar de Th2 kant. IL-6 kan tot 100 keer verhoogd zijn tijdens en na een zware fysieke inspanning. IL-6 wordt afgegeven door contraherende spieren en fungeren als signaalmolecuul. Zodra glycogeen levels dalen in de spieren wordt er meer IL-6 afgegeven om het lichaam te signaleren over het glycogeentekort. IL- 6 zorgt ook voor een verminderde cytokine afgifte door type 1 T-helper cellen en zorgt voor een stimulatie van type 2 cytokine productie. Samen met alle andere fluctuaties die optreden in het immuunsysteem ontstaat er na een zware inspanning een ‘open window’

van 3 tot 72 uur, waarbij de atleet meer risico loopt op een infectie, zoals een bovenste luchtweginfectie. Zo blijkt er bijvoorbeeld een relatie te zijn tussen s-IgA levels tijdens na het sporten en het aantal bovenste luchtweginfecties. Atleten worden klinisch niet als immuundeficiënt beschouwd, echter lijken ze wel vatbaarder voor algemene infecties.

Een gevarieerd dieet kan de immuunmodulaties wel enigszins afvlakken maar niet voorkomen. De belangrijkste conclusie die getrokken is ondersteunt de uitspraak:

sporten is gezond. Middelmatige inspanning blijkt namelijk de immuunrespons te stimuleren, waardoor deze individuen beter beschermd zijn tegen infecties.

2. Inleiding

Om ons goed te beschermen tegen pathogenen zoals bacteriën, virussen en schimmels heeft de mens de beschikking over een immuunsysteem. Dit systeem is in staat om potentiële pathogenen te herkennen en uit te schakelen, om zo geen infectie op te lopen.

Het immuunsysteem bestaat uit het aangeboren immuunsysteem en het verworven immuunsysteem, hierbij is de aangeboren immuniteit de eerste verdedigingslinie, die snel en aspecifiek reageert. De verworven of adaptieve immuniteit is zeer specifiek, maar heeft tijd nodig om geactiveerd te raken. Bovendien beschikt de verworven immuniteit over geheugen, zodat eerder opgelopen pathogenen herkend en zeer snel kunnen worden verwijdert uit het lichaam. Tussen beide systemen heerst een grote vorm van interactie en samenwerking, waardoor de immuunrespons zo effectief mogelijk verloopt.

Beide systemen beschikken over zowel cellulaire als humorale componenten. Zo bestaat de aangeboren immuniteit uit o.a. neutrofielen, monocyten/macrofagen, NK-cellen (allen cellulair) en complement (humoraal). Het verworven immuunsysteem bestaat o.a. uit T- en B-lymfocyten (beiden cellulair) en antilichamen (humoraal).

Het immuunsysteem is niet onaantastbaar, zeer veel factoren hebben invloed op de immuniteit, zoals leeftijd, leefomgeving en voeding. Eén belangrijke factor wordt echter vaak vergeten en dat is beweging, oftewel sporten. In de media geven sporters vaak interviews voor of na een wedstrijd. Mij viel op dat een aantal topatleten wel zeer vaak verkouden waren, hierbij bedoel ik vooral topsporters als wielrenners, schaatsers en hardlopers, duuratleten dus. Blijkbaar is het effect van fysieke inspanning op het immuunsysteem veel groter dan menigeen denkt. Wetenschappers waren ook benieuwd wat de mechanismen hierachter waren. In 1900 is er voor het eerst onderzoek gedaan naar het effect van fysieke inspanning op het immuunsysteem. Pas vanaf 1970 is het aantal artikelen in snel tempo gestegen. Sport immunologie is dus een relatief nieuw onderzoeksgebied. Op dit moment zijn er duizenden studies die het effect van sporten op het immuunsysteem hebben onderzocht. In deze bachelorscriptie wil ik een overzicht geven van wat nu precies het effect van fysieke inspanning op het immuunsysteem is. De hoofdvraag is dan ook: Wat is het effect van fysieke inspanning op het immuunsysteem?

Hierbij wordt onderscheidt gemaakt tussen de aangeboren immuniteit, de verworven immuniteit en cytokines. Tevens wordt er gekeken naar voeding en het effect daarvan op het immuunsysteem voor, tijdens en na het sporten.

3. Fysieke inspanning en de aangeboren immuniteit

3.1 circulerende leukocyten

Een grote toename van circulerende leukocyten (leukocytose) die wordt gezien bij marathondeelnemers werd vanaf 1901 verklaart door de afname in bloedplasmavolume met ongeveer 15% tijdens maximale inspanning op 100% VO2max (maximale zuurstofopname)¹. Deze afname van bloedplasma is te wijten aan de verlaagde osmolariteit in de werkende spieren en een verhoogde hydrostatische druk in de arteriën.

Een verlaagd bloedplasmavolume zorgt inderdaad voor leukocytose, maar kan echter niet de leukocytose verklaren die optreedt tijdens fysieke inspanning, omdat deze vele malen groter is. Ook celdeling kan de leukocytose niet verklaren, omdat celdeling een traag proces is en niet snel genoeg het aantal leukocyten kan produceren om de leukocytose te verklaren.² Tegenwoordig is het grotendeels bekend wat de leukocytose veroorzaakt, hierbij is de omvang van de leukocytose grotendeels afhankelijk van de geleverde inspanning, voornamelijk de duur, het type sport en de fitheid van de atleet spelen een rol³. Demarginatie veroorzaakt zeer waarschijnlijk de leukocytose tijdens inspanning. Het is immers een effect dat zeer direct optreedt. Leukocyten zijn in staat om reversibel te hechten aan de bloedvatwand op plaatsen waar het bloed een minder hoge stroomsnelheid heeft, dit proces noemt men marginatie. Door het sporten neemt het hartminuutvolume toe, waardoor er hogere mechanische krachten op de leukocyten

komen te staan, hierdoor moeten meer leukocyten loslaten van de bloedvaatwand. Als gevolg van demarginatie kan het aantal leukocyten in de circulatie verdubbelen (Fig. 1)².

Bovendien zijn catecholamines ook in staat om de demarginatie te bevorderen.

Adrenaline is namelijk in staat om het aantal adhesiemoleculen van het vasculair endotheel en de leukocyten te reduceren, op die manier laten de leukocyten makkelijker los van de bloedvatwand^7,8. De bijdrage van catecholamines lijkt relatief klein, aangezien het verhoogde hartminuutvolume het grootste gedeelte van de demarginatie veroorzaakt. Het hartminuutvolume is naar verloop van tijd echter constant, maar het aantal leukocyten blijft stijgen. Hierdoor moet de rol van catecholamines bij leukocytose niet onderschat worden. Opvallend is dat het eerste kwartier van een 45 minuten durende inspanning de grootste demarginatie oplevert en de resterende 30 minuten geen significante verhoging meer laten zien⁴. Tijdens duursporten (> 1-2 uur) is de omvang van de demarginatie groter dan bij kortstondige inspanningen (< 1 uur)^5,6.

Leukocytose wordt niettemin ook veroorzaakt door de afgifte van neutrofielen door het beenmerg tijdens duursporten. Bij minder langdurige inspanningen treedt de afgifte van neutrofielen pas na 2 tot 4 uur na de inspanning op en deze wordt daarom ook wel

‘vertraagde’ leukocytose genoemd⁶.

De reden van leukocytose tijdens inspanning blijft tot op heden nog onduidelijk, vanuit een evolutionair standpunt wordt gesteld dat tijdens inspanning de kans op een verwonding of blessure groter is, hogere aantallen leukocyten zouden de kans op een infectie kunnen reduceren in het geval van een verwonding/blessure².

Leukocyten bestaan uit grofweg 5 verschillende celtypen, ook hiertussen blijken verschillen te zitten wat betreft circulerende aantallen. Voor granulocyten en monocyten/macrofagen is een verhoging van 90% gevonden³. Ook het aantal NK-cellen stijgt, percentages tot 480% zijn waargenomen⁹, echter de meeste studies vinden en verhogingen van minder radicale aard, zo rond de 60% ^10,11. Als laatste stijgt het aantal circulerende neutrofielen met 300 tot 400%². Ook lymfocyten behoren tot de leukocyten, echter behoren zij ook tot de verworven immuniteit. Lymfocyten worden daarom besproken in hoofdstuk 4.

Na het beëindigen van de inspanning daalt het merendeel van de leukocyten zo snel mogelijk weer naar basaal niveau (niveau van voor de inspanning). Een enorm zware inspanning kan er daarentegen voor zorgen dat zelfs lang na de inspanning het aantal leukocyten verhoogd blijft¹².

Figuur 1. Het proces van demarginatie van leukocyten

.

Het terugkeren van leukocytaantallen naar basaal niveau wordt vooral veroorzaakt doordat een groot deel van de leukocyten weer terug hecht aan de bloedvatwand (remarginatie).

Cortisol zorgt waarschijnlijk voor de afgifte van neutrofielen uit het beenmerg oftewel

‘vertraagde’ leukocytose in kortdurende inspanningen. Het moet dan wel om een zware inspanning gaan aangezien cortisol levels pas stijgen bij inspanningen boven de 60-70%

VO_2max. Inspanningen onder de 50% VO_2max zorgen zelfs voor een daling van de cortisolconcentratie. Cortisol is nodig voor het lichaam tijdens lange inspanningen, cortisol beïnvloed namelijk de gluconeogenese, waardoor glucoseconcentraties gehandhaafd blijven. Wanneer dus een middelmatige inspanning (< 50% VO2max) lang genoeg wordt voortgezet, zullen ook hier verhoogde cortisol levels worden waargenomen¹³. Cortisol levels stijgen ten minste 10 minuten na het begin van de inspanning en blijven ook stijgen na afloop van de inspanning. In kortdurende inspanningen zorgt de door cortisol veroorzaakte vertraging voor een bifasisch verloop van de leukocytose. Het stoppen van de inspanning zorgt immers voor een snelle remarginatie van leukocyten. kort daarna zorgen de vertraagde cortisol levels voor de mobilisatie van neutrofielen uit het beenmerg. Een groot deel van deze neutrofielen zijn nog immatuur en functioneren daardoor anders. Een overzicht van dit fysiologische mechanisme is te zien in figuur 2².

3.2 Celfunctie

Nu het aangetoond is dat er behoorlijk wat fluctuaties ontstaan in een aantal immuuncellen als gevolg van inspanning moet er ook nog gekeken worden naar de celfunctie van de immuuncellen. Puur informatie over cellen aantal zegt niets over de immuunrespons, daarom moet er tevens gekeken worden naar de celfunctie.

Ongeveer 50-60% van de circulerende leukocytpool bestaat uit neutrofielen, deze hebben een belangrijke niet-specifieke verdedigingsfunctie. Onderzoek laat zien dat fysieke inspanning geen effect heeft op chemotaxis en adhesie van neutrofielen¹⁴.

Figuur 2. Overzichtsschema processen als gevolg van fysieke inspanning

.

Tevens blijkt dat de fagocyterende capaciteit van neutrofielen verminderd is, daarentegen is de fagocyterende activiteit verhoogd⁵, dit is ook van toepassing op marathonlopers in rusttoestand¹⁵. In theorie zouden deze twee veranderingen tegen elkaar kunnen worden weggestreept. Daartegenover staat dat middelmatige inspanning zorgt voor een verhoging van de fagocyterende capaciteit. Al deze genoemde veranderingen in neutrofielfunctie zijn waarschijnlijk veroorzaakt door de ‘vertraagde’

leukocytose, zoals gezegd komen hierbij veelal immature neutrofielen vrij uit het beenmerg, deze functioneren en reageren anders dan

volwassen neutrofielen¹⁶.

Net als leukocyten in het algemeen reageren NK-cellen ook op een bifasische manier op fysieke inspanning, allereerst is de cytolytische werking NK-cellen verhoogd en vlak na de inspanning is de cytolytische werking verlaagd tot onder basaal niveau (Fig.3)^18,19. Te zien is dat aan het eind van een middelmatig of zware fysieke inspanning de cytolytische activiteit met ongeveer 2,5 keer verhoogd is. De oorzaak hiervan is waarschijnlijk de verhoging van het aantal circulerende NK-cellen tijdens inspanning²⁰. De oorzaak van de suppressie die na de inspanning optreedt (Fig. 3) is tot noch toe onduidelijk, waarschijnlijk is het een soort supercompensatie mechanisme, hier is echter nog meer onderzoek voor nodig.

Figuur 4. Suppressie van de Toll-like receptors (TLRs) 1, 2 en 4 als gevolg van

inspanning

.

Net als voor andere immuuncellen geldt ook voor macrofagen dat de functie afhankelijk is van de inspanningsintensiteit. Zware fysieke inspanning heeft geen effect op de macrofaagfunctie, terwijl middelmatige inspanning de macrofaagfunctie juist bevordert. Hetzelfde geldt voor de functie van monocyten (macrofagen in de bloedcirculatie). Wat de verbeterde macrofaagfunctie veroorzaakt is nog onduidelijk. Ook een suggestie is onmogelijk, omdat er nog geen onderzoek naar verricht is. Opmerkelijk is de expressie van sommige Toll-like receptors (TLRs) op monocyten die verlaagd zijn na een zware inspanning. Zo is de expressie van TLR 1, 2 en 4 significant verlaagd na 90 minuten fietsen op 65% VO2max. Bovendien was er geen herstel zichtbaar in de 2 uur nadat de inspanning was beëindigd (Fig. 4)¹⁷. TLRs zijn belangrijk voor de herkenning van (potentiële) pathogenen en kunnen via antigenpresenterende cellen het verworven immuunsysteem alarmeren/activeren. Hierdoor zouden TLRs in potentie een belangrijk mechanisme kunnen zijn waarbij inspanning zowel het aangeboren als het verworven immuunsysteem onderdrukt. In theorie zou dit dus een mechanisme kunnen zijn waarbij fysieke inspanning de immuunfunctie beïnvloed. Afname van het aantal TLRs op monocyten hoeft niet alleen maar negatieve effecten te hebben. Door de afname van een aantal TLRs neemt de immuunactivatie af, hierdoor neemt indirect de gezondheid op langere termijn toe⁴⁷. Bepaalde bloedmarkers van ontsteking (door immuunactivatie) zijn namelijk sterk geassocieerd met metabolische en cardiovasculaire ziekten in (oud)volwassenen¹³.

3.3 Conclusie

Fysieke inspanning heeft een grote invloed op de aantallen leukocyten. Allereerst stijgt het aantal circulerende leukocyten, hierbij zorgen een verhoogd hartminuutvolume en verhoogde catecholamines voor de demarginatie van de leukocyten. Een vertraagde leukocytose wordt veroorzaakt door cortisol, die neutrofielen mobiliseert vanuit het beenmerg. Na afloop daalt het aantal leukocyten langzaam terug naar basaal niveau.

Verschillende celtypen van de aangeboren immuniteit vertonen functie verlies als gevolg van een zware inspanning, terwijl middelmatige inspanning geen effect op de functie heeft, of de functie juist verbetert. De verlaging van TLRs kan een potentieel mechanisme zijn voor de immuunsupressie tijdens inspanning. Concluderend, zware fysieke inspanning lijkt een negatief effect te hebben op de aangeboren immuniteit, terwijl middelmatige inspanning geen negatieve effecten heeft.

4. Fysieke inspanning en de verworven immuniteit

4.1 Circulerende lymfocyten

De verworven immuniteit wordt geactiveerd wanneer antigenpresenterende cellen potentiële pathogenen presenteren aan T-helper (CD4⁺) lymfocyten. T-helper cellen kunnen op die manier de cellulaire immuniteit (via T-lymfocyten) of de humorale immuniteit (vooral B-lymfocyten) activeren.

Als gevolg van fysieke inspanning treedt er in zowel in T- als B-lymfocyten aantallen een bifasische reactie op (Fig. 5)², net zoals deze ook was waargenomen in het aantal circulerende leukocyten (hoofdstuk 3). Eerst worden lymfocyten door het verhoogde hartminuutvolume tijdens en vlak na de inspanning uitgewassen uit de milt, waardoor het aantal circulerende lymfocyten wel tot 70-80% kan stijgen. Bovendien blijkt ook het aantal lymfocyten in de weefsels verhoogd²². Tijdens de herstelperiode daalt het aantal circulerende lymfocyten echter tot onder het niveau van voor de inspanning, waarbij waardes over het algemeen 40-50% onder basaal niveau liggen. Vanaf dan stijgt het aantal circulerende lymfocyten gestaag totdat het aantal weer op hetzelfde niveau ligt als voor de fysieke inspanning². De veranderingen in het aantal T-lymfocyten zijn een stuk groter dan die voor B-lymfocyten¹¹.

Net als voor alle leukocyten geldt ook hier dat veranderingen in het aantal circulerende lymfocyten vooral evenredig met de inspanningsintensiteit en in mindere mate met de lengte van de inspanning.

4.2 T-lymfocyten

In figuur 5 is nogmaals de bifasische reactie te zien van (T-)lymfocyten op fysieke inspanning.

Dit is in meerdere studies aangetoond. Zo is er een 58% verhoging die al optreedt na 30 minuten hardlopen in een 2 uur durende loopbandsessie op 65% VO2max, 2 uur na de inspanning is het aantal circulerende T-lymfocyten tot 42% onder basaal niveau gezakt²³. Minder zware fysieke inspanningen hebben geen effect op het aantal circulerende T-lymfocyten¹¹. Uit figuur 5 blijkt dat de curve van de T-lymfocyten veel lijkt op die van het totaal aantal lymfocyten, dit wordt veroorzaakt door het feit dat ongeveer 70% van het totaal aantal lymfocyten uit T-lymfocyten bestaat.

Ook de subsets CD4⁺ en CD8⁺ laten een bifasische respons zien als gevolg van

inspanning²⁶. Er zijn echter wel verschillen tussen de twee subtypen. Zo is de reactie van CD4⁺ cellen (T-helper cellen) groter dan die van CD8⁺ T-cellen (cytotoxische T-lymfocyten), dit ligt ook voor de hand, aangezien het totaal aantal

T-lymfocyten voor ongeveer 70% uit CD4⁺ T-cellen bestaat. Wanneer men echter relatief kijkt naar de veranderingen dan blijkt dat er relatief een

grotere fluctuatie optreedt in CD8⁺². Dit suggereert dat er relatief meer CD8⁺ dan CD4⁺ cellen de circulatie betreden. Door de verschillende reacties in CD4⁺ en CD8⁺ T- lymfocyten daalt de CD4⁺/CD8⁺ ratio. Deze ratio correleert omgekeerd met het vermogen van het immuunsysteem om infecties tegen te gaan, dus zou een verlaagde CD4⁺/CD8⁺ ratio het immuunsysteem in potentie kunnen onderdrukken.

T-helper (CD4⁺) cellen zijn vervolgens weer verder op te delen in type 1 helper cellen (Th1 cellen) en type 2 helper cellen (Th2 cellen). Type 1 T-cel responses worden gestimuleerd door het cytokine interleukine-12 (IL-12) en verzorgen de cellulaire immuniteit. Type 2 T-cel responses worden gestimuleerd door indirect interleukine-6 (IL- 6) en direct interleukine-4 (IL-4) en stimuleren de humorale immuniteit. Aangezien IL-6 volgens onderzoek verhoogd is (tot 100 keer) tijdens extreme duursporten (hoofdstuk 5), zou fysieke inspanning een groot effect kunnen hebben op de Th1/Th2 balans en daarmee op de type 1/type 2 respons ratio. Dit is ook het geval, onderzoek laat namelijk zien dat een 2,5 uur durende hardloopsessie op 75% VO2max zorgt voor een 50%

afname van het percentage CD4⁺ en CD8⁺ producerende IFN-γ en interleukine-2 (IL-2) T-cellen, deze cellen zijn belangrijk voor een goed verloop van de type 1 respons.

Bovendien bleef het percentage type 1 cellen tot 2 uur na de inspanning significant verlaagd in vergelijking met basaal niveau. Daarentegen is te zien dat het percentage CD4⁺ en CD8⁺ T-cellen dat IL-4 produceert niet is verandert ten opzichte van basaal niveau^24,25. Hierdoor is de verwachting dat het aantal type 1 T-lymfocyten relatief verder zullen dalen dan de type 2 T-lymfocyten.

4.3 B-lymfocyten

70% van de totale lymfocytenpool bestaat uit T-lymfocyten. Daarentegen bestaat slechts 5 tot 15% van de totale circulerende lymfocytenpool uit B-lymfocyten.

Hierdoor zullen fluctuaties in B-lymfocyten een minder grote impact hebben op de immuunfunctie dan veranderingen in T-lymfocyten zullen hebben (Fig. 5).

Figuur 5. Fluctuaties in lymfocyten

als gevolg van fysieke inspanning

.

Net als in T-lymfocyten is ook in B-lymfocyten een bifasische reactie te zien als gevolg van fysieke inspanning¹¹. Kanttekening die hierbij geplaatst moet worden is de significantie. Slechts enkele studies kunnen significante waardes geven over de veranderingen in B-lymfocyten. Verwacht wordt dat zeer zware fysieke inspanningen wel significante fluctuaties veroorzaken, de enige significante resultaten zijn gevonden in studies waarbij zeer zware fysieke inspanningen werden gebruikt om fluctuaties aan te tonen²⁶.

4.4 Mechanismen

Het precieze mechanisme achter de lymocytose en lymfocytopenie (daling van het aantal lymfocyten) is tot op heden nog niet geheel duidelijk. Wel zijn er een aantal suggesties gedaan die ook wetenschappelijk onderbouwd werden. Zo wordt de initiële verhoging van het aantal circulerende lymfocyten vermoedelijk veroorzaakt door demarginatie van niet circulerende lymfocyten. Deze cellen adheren aan het vasculair endotheel met behulp van celadhesiemoleculen (CAMs), ze adheren dan vooral in organen waar het bloed minder hard stroomt, zoals de longen, lever en milt. Demarginatie is al behandeld in hoofdstuk 3 en wordt vooral veroorzaakt door het verhoogde hartminuutvolume, wat vervolgens weer zorgt voor een verhoogde bloedcirculatiesnelheid.

Daarbij lijken de levels van circulerende stresshormonen ook een rol te spelen bij de redistributie van lymfocyten in de circulatie. De stresshormonen noradrenaline en adrenaline (beide catecholamines) hebben zowel een direct als een indirect effect op de herverdeling van lymfocyten tijdens inspanning. Eén van de effecten van de catecholamines is een verhoging van de sympatische activiteit, hierdoor neemt het hartslagvolume en de hartslag toe, waardoor er meer lymfocyten demargineren van de vaatwand. Het directe effect van catecholamines op lymfocyten is afhankelijk van β2- adrenerge receptoren. Deze receptoren bevinden zich met een hoge dichtheid op de membranen van lymfocyten. Het aantal β2-adrenerge receptoren is namelijk gevoelig voor stresshormonen als catecholamines, hoe hoger de catecholaminelevels, hoe hoger de dichtheid van de β2-adrenerge receptoren²⁷. Onder de verschillende subtypen van lymfocyten zijn ook verschillende concentraties waargenomen van deze β₂-adrenerge receptoren. De hoogste expressie van deze β2-adrenerge receptoren is namelijk gevonden op NK-cellen, een minder hoge op CD8⁺ T-cellen en B-cellen en de minste hoge expressie van β2-adrenerge receptoren is gevonden op CD4⁺ T-cellen². Dit zou ook kunnen verklaren waarom CD8⁺ cellen relatief heftiger reageren op inspanning dan dat CD4⁺ cellen dat doen. De binding van adrenaline aan de β₂-adrenerge receptoren zorgt voor de productie van het intracellulaire signaalmolecul cyclisch AMP (cAMP). cAMP zorgt vervolgens in de lymfocyten voor een aantal veranderingen in celfunctie, waaronder een verminderde expressie van CAMs (cellulaire adhesie moleculen) en een verminderde affiniteit van CAMs voor liganden die op het vasculaire endotheel tot expressie worden gebracht²⁷. Hierdoor laten lymfocyten makkelijker los van het endotheel. Tijdens een inspanning met intensiteit van boven de 60% VO2max stijgt de concentratie van de stresshormonen adrenaline, noradrenaline (catecholamines), maar ook die van cortisol.

Hierdoor kunnen zowel de hierboven genoemde directe en indirecte effecten van stresshormonen optreden tijdens inspanning. Bij het starten van een zware fysieke activiteit neemt de catecholamine concentratie binnen enkele minuten zeer snel toe, maar daalt ook zeer snel terug naar basaal niveau op het moment dat de inspanning wordt beëindigd. Veranderingen in het immuunsysteem als gevolg van catecholaminelevels zullen daarom relatief snel optreden.

Zoals in hoofdstuk 3 genoemd stijgen de cortisol levels niet binnen enkele minuten, er treedt een vertraging op, waardoor cortisol levels na het beëindigen van de inspanning nog verhoogd kunnen blijven. Ook cortisol levels lijken een rol te spelen bij de fluctuaties in het aantal lymfocyten. Cortisol levels stijgen net als catecholaminelevels alleen als de intensiteit boven de 60% VO2max ligt, een intensiteit onder de 50% VO2max zorgt zelfs voor een verminderde afgifte van cortisol door de bijnier¹³. Na beëindiging van de inspanning is cortisol verantwoordelijk voor de lymfocytopenie die optreedt.

Cortisol inhibeert de intreding van lymfocyten tot de circulatie en het stimuleert de migratie van lymfocyten naar het weefsel toe^28,29,30. De rol van cortisol lijkt dus het

belangrijkste na het beëindigen van de inspanning, terwijl de rol van catecholamines tijdens de inspanning de grootste invloed heeft. Niet alleen cortisol lijkt invloed te hebben op de lymfocytopenie, ook apoptose van de lymfocyten lijkt een rol te spelen. Naarmate een inspanning in intensiteit toeneemt, stijgt de apoptose-index van de lymfocyten in ongetrainde individuen. Gelijk na de inspanning dalen de waardes van de apoptose-index terug naar basaal niveau. Bij inspanningen onder 40% VO2max treedt er nog geen apoptose op (Fig. 6)³¹. Welk mechanisme zorgt voor de aanzet tot apoptose is tot noch toe onduidelijk, wel is in vitro aangetoond dat catecholamines celdood induceren bij lymfocyten³¹.

4.5 Celfuncties

Net als bij cellen van de aangeboren immuniteit zeggen fluctuaties in celaantallen niet alles over de immuunfunctie en eventuele veranderingen daarin. Hiervoor zal er eerst gekeken moeten worden naar eventuele veranderingen in functie, waardoor wellicht een verandering in de immuunrespons te verklaren valt.

De aard van de immuunrespons hangt voor een groot deel af van de Th1/Th2 ratio.

Zoals gezegd is de Th1/Th2 ratio meer naar de Th2 kant verschoven tijdens en vlak na inspanning. Dit zegt echter nog niets over de immuunrespons zelf, allereerst zal er gekeken moeten worden naar de functie van deze twee celtypen, dit betekent dat er moet worden gekeken naar de activatie van deze cellen, wat voor soort cytokines ze uitscheiden en in welke hoeveelheid. Uit de literatuur blijkt dat type 1 T-helper cellen vooral de cytokines IL-2 en IFN-γ uitscheiden, terwijl type 2 T-helper cellen vooral IL-4, IL-5, IL-6 en IL-13 uitscheiden. Tevens bleek uit verschillende studies dat zowel IL-2 als IFN-γ concentraties verlaagd waren tijdens en na fysieke inspanning^32,33. Aan de andere kant zijn er ook studies die geen verschillen laten zien, alleen zijn deze wel in de minderheid³⁴.

Over het vermogen tot prolifereren van lymfocyten zijn de meeste onderzoekers het wel eens, lymfocytproliferatie blijkt namelijk verlaagd te zijn tijdens inspanning^11,35,36. Dit effect wordt grotendeels veroorzaakt door NK-cellen³⁷, die ook tot de lymfocyten worden gerekend, maar tot de aangeboren immuniteit worden gerekend. Net als veel andere parameters is de lymfocytproliferatie ook evenredig met de inspanningsintensiteit en duur.

Omdat het grootste gedeelte van de lymfocytenpool uit T-lymfocyten bestaat, is er weinig onderzoek gedaan naar B-lymfocyten. Om toch het effect van B-lymfocyten mee te nemen wordt vaak gekeken naar immunoglobulines (antilichamen), die worden geproduceerd door gedifferentieerde B-cellen (plasmacellen).

De meest voorkomende immunoglobulines zijn IgG, IgA en IgM. Verreweg de meeste studies vinden geen fluctuaties in deze serum immunoglobulines^38,39,40.

Figuur 6. Apoptose index van lymfocyten tijdens inspanning.

Percentages op x-as geven de

VO

aan

.

Het meeste onderzoek wordt echter niet gedaan naar serum immunoglobulines, maar richt zich vooral op mucosale immunoglobulines, vooral secretory-IgA (s-IgA). s-IgA is een eerste lijn van verdediging tegen pathogenen die via de luchtwegen proberen binnen te dringen. s-IgA is in staat om de hechting en replicatie op het mucosale epitheel door virussen en bacteriën te verhinderen. Als gevolg van zware fysieke inspanning (> 75%

VO2max) is vaak een verlaging van de s-IgA concentratie zichtbaar⁴⁷. Hierdoor zijn atleten na een zware fysieke inspanning vaak vatbaarder voor een bovenste luchtweginfectie (Fig. 7)¹³. Zo rapporteerde bijvoorbeeld 1 op de 4 atleten symptomen van een bovenste luchtweginfectie twee weken volgende op een 160 km lange hardloopwedstrijd⁴¹. Hierbij was s-IgA secretie ongeveer gehalveerd. Er zijn studies die geen vermindering van s-IgA en bovenste luchtweginfecties vonden, hierbij werden echter geen zeer zware fysieke inspanningen gebruikt, maar lichtere inspanningen (60% VO_2max)^42,43. Tijdens een rustperiode van minstens een aantal dagen blijkt dat s-IgA levels juist hoger zijn dan de basale s-IgA levels van een competitieperiode⁴⁴.

Het risico voor het oplopen van een bovenste luchtweginfectie is niet alleen afhankelijk van de inspanningsintensiteit en s-IgA levels, ook psychologische stress, het type sport en slaapdeprivatie kunnen een rol spelen^45,46. Opvallend is dat zelfs de sportprestatie (winnen/verliezen en de plaats in de competitie) een effect heeft op de s-IgA concentratie⁴⁶.

Over het algemeen kan dus gezegd worden dat s-IgA levels afnemen tijdens een langdurende inspanning boven de 75% VO2max. De relatie met bovenste luchtweginfecties is in enkele studies aangetoond, maar deze benadering krijgt veel steun van zowel atleten, coaches en wetenschappers. Een tekortkoming van de meeste studies op dit gebied is dat weinig studies daadwerkelijk hebben gekeken naar een klinische infectie, veelal werd er een vragenlijst gebruikt om zo symptomen te achterhalen⁴⁵. Slechts enkele studies hebben gekeken of er virusdeeltjes in de luchtwegen aanwezig waren d.m.v. seroconversie of isolatie, terwijl dit toch van essentieel belang om een bovenste luchtweginfectie te bevestigen. Daarentegen, de meeste uitgevoerde studies hadden tussen de 100 en 2000 vrijwilligers, het is haast onmogelijk om bij alle atleten eventuele virussen te isoleren uit de luchtwegen.

4.6 Conclusie

Ook lymfocyten zijn dus vatbaar voor veranderingen als gevolg van fysieke inspanning, zowel in aantallen als in functie. Zo stijgt het aantal lymfocyten tijdens de inspanning, voornamelijk door demarginatie. Na de inspanning daalt het aantal circulerende lymfocyten tot onder basaal niveau, dit is te wijten aan verhoogde cortisol levels en apoptose van de lymfocyten. Tevens is een verschuiving zichtbaar van de Th1/Th2 ratio, deze verschuift meer richting de Th2 kant, dit onderdrukt de cellulaire immuniteit.

Figuur 7. Relatie tussen s-IgA levels en het aantal infecties

.

Als laatste lijken s-IgA levels, fysieke inspanning en bovenste luchtweginfecties een sterk verband met elkaar te hebben, desalniettemin meer wetenschappelijk bewijs is nodig om dat verband in kaart te brengen.

5. Fysieke inspanning en cytokines

Cytokines zijn de signaalmoleculen van het immuunsysteem. Cytokines hebben niet alleen een uitwerking op immuuncellen, ook andere celtypen van het menselijk lichaam zijn gevoelig voor cytokines of kunnen ze zelfs produceren. Het effect van fysieke inspanning is hiervan een goed voorbeeld, inspanning laat zien dat cellen zonder immunologische achtergrond ook cytokines kunnen produceren.

Het onderzoek naar cytokines was vanuit eerdere onderzoeken zeer lastig, omdat er nog geen commerciële kits beschikbaar waren om cytokines aan te tonen. Sinds deze assays wel beschikbaar zijn, is het onderzoek naar cytokines ook flink gestegen. Een aantal studies heeft ook het effect van inspanning op cytokines bekeken en hebben een aantal fluctuaties gevonden. Veranderingen zijn gevonden in cytokines als IL-1β, macrophage inflammatory protein-1 (MIP-1), IL-6, IL-8, granulocyte colony-stimulating factor (G-CSF) en C-reactive protein (CRP)^41,47,53. De grootste veranderingen in cytokine aantallen werden gevonden in atleten met de meeste spierschade en dus in atleten die de meest zware inspanning hebben geleverd.

Van alle hierboven genoemde cytokines is de fluctuatie van IL-6 het opvallendst.

Deze kan tot 100 keer verhoogd zijn tijdens een marathon⁵³. In de eerste studies over IL-6 en fysieke inspanning wisten de onderzoekers

niet wat deze drastische verhoging veroorzaakte, latere studies toonden aan dat er een verhoging was van IL-6 mRNA in contraherende spieren⁴⁸. Eén van de belangrijke studies die het verband aantoonden tussen IL-6 en fysieke inspanning was nogal opvallend, hier plaatsten de onderzoekers een katheder in de

dijbeenslagader van het linker been en een katheder in de dijbeenslagader van het rechterbeen. Hierna werd er met één been 5 uur lang kniebuigingen gedaan en met het andere been niets (Fig. 8)⁴⁹. Hieruit bleek inspannende been veel meer IL-6 produceerde dan het rustende been, hierdoor konden andere factoren als adrenaline etc. worden uitgesloten. Tegenwoordig is het bekend dat de grote IL-6 toename tijdens inspanning wordt veroorzaakt door contraherende spieren⁵⁰. In figuur 9 is te zien dat het plasma IL-6 level gestaag toeneemt tijdens inspanning². Ook is er een opregulatie waargenomen van de IL-6 receptor tijdens inspanning⁵¹. Na het beëindigen van de inspanning

neemt het plasma IL-6 level af, behalve na een zeer zware en lange inspanning dan kan het plasma IL-6 level nog een aantal dagen verhoogd blijven.

Figuur 8. Verschillen in IL-6 levels tussen het bewegende been en het sedentaire been

.

Figuur 9. Fluctuaties in

de cytokines IL-6, IL-

1ra, IL-10, MIP-1, IL-8

en TNF-α tijdens en na

een fysieke inspanning

.

Waarschijnlijk wordt deze blijvende verhoging van IL-6 na de inspanning veroorzaakt door geactiveerde macrofagen, deze zijn in staat om IL-6 te produceren. Macrofagen worden geactiveerd doordat er spierschade is ontstaan door de zware fysieke inspanning.

Macrofagen betreden dan dit weefsel en ruimen daarbij dood en beschadigd weefsel op.

Het mechanisme achter de verhoogde IL-6 afgifte door contraherende spieren is niet geheel duidelijk. Verwacht wordt dat dalende glycogeen levels in de spieren de verhoogde IL-6 afgifte bevorderen. Hierbij werkt IL-6 als een soort ‘alarmmolecuul’, dat aangeeft dat de glycogeen voorraad opraakt in de spieren. IL-6 zorgt er dan voor dat de lever een hogere glucose output krijgt⁵³(Fig. 10)⁵².

Zo zorgen lage glycogeenwaarden nog vóór de inspanning voor een verhoogde IL-6 productie⁵³. Tevens blijkt een injectie met IL-6 te zorgen voor een versnelde vermoeidheid tijdens een hardloopwedstrijd, zowel psychologisch als fysiologisch⁵³. Deze resultaten ondersteunen inderdaad het mechanisme waarbij IL-6 als signaalmolecuul werkt. Vervolgens is een aantal studies ook aangetoond dat IL-6 in staat is om een verhoogde glucose afgifte te induceren via de lever⁵⁴. Bovendien blijkt IL-6 ook nog het vetmetabolisme te beïnvloeden, hoge IL-6 levels zorgen voor een verhoogde lipolyse en vetoxidatie⁵⁵, dit alles om meer energie vrij te maken voor de contraherende spieren.

Hierdoor krijgt dit mechanisme tot noch toe de meeste steun in dit onderzoeksgebied.

IL-6 heeft echter ook immunologische functies. Zo zorgt IL-6 voor een verhoogde cortisol afgifte door de bijnier⁵⁶, de effecten van cortisol zijn al uitgelicht in hoofdstuk 3 en 4_. Daarnaast zorgt IL-6 ook voor de verhoogde afgifte van IL-1 receptor antagonist (ra) door monocyten/macrofagen en IL-10 afgifte door Th2 T-lymfocyten, monocyten en B-lymfocyten. IL-1ra inhibeert vervolgens het effect van het pro-inflammatoire cytokine IL-1 en IL-10 inhibeert samen met IL-4 de type 1 T-cel cytokine productie¹³. Daarbij komen nog de verhoogde cortisol levels die ook type 1 cytokine productie onderdrukken, terwijl aan de andere kant IL-6 direct de type 2 T-cel cytokine productie stimuleert.

Hierdoor daalt het aantal circulerende type 1 cytokines, terwijl het aantal circulerende type 2 cytokines licht toeneemt of gelijk blijft. De Th1 respons is vooral gericht op intracellulaire pathogenen, zoals virussen, hierdoor zou het kunnen dat fysieke inspanning de bescherming tegen virussen onderdrukt en dat atleten daardoor meer infecties zoals bovenste luchtweginfecties ervaren. Aan de andere kant heeft de shift naar de Th2 response ook één zeer belangrijke functie, het zorgt ervoor dat het immuunsysteem minder weefselschade kan aanrichten als gevolg van fysieke inspanning.

Daarbij is de kans op een auto-immuunziekte zoals diabetes mellitus type 1 een stuk kleiner. Door de balans dus richting de Th2 kant te verschuiven is de kans op een infectie verhoogd, maar daarentegen biedt deze maatregel wel bescherming van het lichaam en op de lange termijn minder kans op een auto-immuunziekte⁵⁷.

Figuur 10. Schematisch overzicht waarbij IL-6 als signaalmolecuul werkt

.

5.1 Conclusie

Verschillende cytokines worden meer tot expressie gebracht tijdens het sporten, echter één cytokine springt het meest in het oog, IL-6. IL-6 wordt afgegeven door contraherende spieren en kan tot 100x verhoogd zijn tijdens een zware fysieke inspanning. IL-6 lijkt hierbij te werken als een signaalmolecuul voor de glycogeen levels in de spieren, wanneer deze lager zijn wordt er meer IL-6 afgegeven. IL-6 werkt niet alleen als ‘energy-sensing signal’ het zorgt ook voor de afgifte van cortisol en een aantal type 1 onderdrukkende cytokines. Deze zorgen er beide voor dat de Th1/Th2 balans richting de Th2 kant verschuift. IL-6 lijkt dus een centrale rol te spelen bij de immuunmodulatie.

6. Gevolg voor totale immuunrespons

Wanneer een inspanning langer duurt dan 90 minuten blijkt dat het immuunsysteem daar ‘negatieve’ effecten van ondervindt. Tal van mechanismen blijken betrokken bij de veranderingen in het immuunsysteem, waaronder cytokine concentraties, stresshormoon levels, hartminuutvolume en dehydratie. Wat het netto effect uiteindelijk is, is tot noch toe moeilijk te bepalen⁴⁷. Eén studie heeft gekeken naar de volledige immuunrespons na een zware fysieke inspanning. Hierbij werden verschillende antigenen onder de huid geïnjecteerd na een hardloopwedstrijd, om zo de immuunreactie tegen deze antigenen te bekijken. Twee dagen na de injectie werd de diameter van de zwelling gemeten om zo de immuunreactie te bekijken⁴⁰. Atleten die mee hadden gedaan aan de hardloopwedstrijd hadden een significant lagere diameter en dus een significant lagere reactie op de antigenen in vergelijking met de atleten die niet mee hadden gedaan. Dit suggereert dat een zwaar trainings- of competitieschema de kans op een infectie verhoogd, met name algemene infecties, zoals een verkoudheid/bovenste luchtweginfectie. Zelfs een medisch ongevaarlijke infectie kan dan in de atleet toch lijden tot een verminderde conditie en fitheid en dus verminderde prestaties⁵⁸. Op dit moment is de relatie tussen sporten en infectie beschreven als een ‘J-shaped’ model, dit is een model dat door de meeste wetenschappers, sporters en trainers wordt geaccepteerd en toegepast (Fig. 11)⁴⁵.

Het ‘j-shaped’ model laat zien dat een sedentaire levensstijl een verhoogde kans op infecties geeft, aan de andere kant geeft een levensstijl als topsporter ook een verhoogde kans op infecties, zoals bovenste luchtweginfecties. Volgens het ‘J-shaped’ model biedt middelmatige inspanning juist bescherming tegen infecties.

Figuur 11. Het ‘J-shaped’ model

.

Topatleten worden klinisch niet als immuundeficiënt beschouwd, toch zorgen alle kleine veranderingen in het immuunsysteem als gevolg van inspanning voor een ‘open window’, waarin de atleet meer vatbaar is voor infecties, de effecten hiervan kunnen 3 tot 72 uur aanhouden^13,21,47. Wanneer een atleet onderhevig is aan een zwaar trainings- en/of wedstrijdschema, is er een kans dat het immuunsysteem niet tijdig hersteld is van de vorige inspanningen, hierdoor zou het immuunsysteem chronisch onderdrukt kunnen worden. Zo bleek dat aan het eind van een voetbalseizoen dat het aantal CD45RO⁺ T- lymfocyten (T-geheugen cellen) significant lager was dan aan het begin van het seizoen.⁴⁶ Tevens bleek aan het eind van een volleybalseizoen het plasma cortisol levels significant verhoogd waren na een fysieke inspanning ten opzichte van het begin van het seizoen⁵⁹. Honderden studies hebben ondertussen het effect van fysieke inspanning op het immuunsysteem aangetoond en bijna allemaal bevestigen ze de veranderingen in het immuunsysteem. Opvallend is echter dat er slechts enkele studies zijn die een relatie vonden tussen een onderdrukt immuunsysteem als gevolg van inspanning en het oplopen van klinisch bevestigde ziekten. Het blijkt zeer moeilijk om de link tussen klinische infectie en zware inspanning te leggen.

6.1 Conclusie

Het blijkt dus moeilijk om het netto effect te bepalen van alle kleine veranderingen in immuunparameters als gevolg van inspanning. Waarschijnlijk is de kans voor het oplopen van een algemene infectie verhoogd, maar zijn topatleten niet klinisch immuundeficiënt.

Wel is er sprake van een ‘open window’ na een zware fysieke inspanning die 3 tot 72 uur aan kan houden, in dat tijdstip is de kans op een infectie licht verhoogd. Op dit moment vat men deze situatie samen in het ‘j-shaped’ model, waarbij hoge inspanningen de kans op infecties verhoogd en middelmatige inspanningen de kans op infecties juist verlaagd.

Het blijkt tot op heden echter zeer moeilijk om het verband te leggen tussen inspanningsgerelateerde immuundepressie en de vergrote kans op infecties.

7. Voeding en het immuunsysteem

Voeding kan een grote rol spelen bij immuunmodulatie als gevolg van fysieke inspanning.

Bepaalde voedingsnutriënten hebben namelijk een direct of indirect effect op het immuunsysteem. Een aantal macronutriënten is betrokken bij immuuncel metabolisme en fungeert soms als brandstof voor immuuncellen. Bepaalde micronutriënten zijn essentieel voor het immuunsysteem, omdat ze betrokken zijn bij immuuncel replicatie⁶⁰. Daarom wordt hier het effect van voeding op de immuunmodulatie als gevolg van sporten uitgelicht. Hierbij wordt o.a. gekeken naar deficiëntie en/of verzadiging van bepaalde nutriënten.

7.1 Koolhydraten

Koolhydraten zijn waarschijnlijk één van de meest belangrijke (macro)nutriënten voor een atleet. Ze bevatten zeer veel energie en worden makkelijk verteerd. Voor atleten die meer dan 2 uur per dag trainen wordt aangeraden om ongeveer 8-10 g koolhydraten per kilogram lichaamsgewicht te consumeren, dit is ongeveer 60% van de dagelijkse energiebehoefte. Koolhydraatinname is essentieel voor het aanvullen van de glycogeenvoorraden in spieren en lever, bovendien fungeert het als brandstof voor een aantal immuuncellen, zoals lymfocyten, neutrofielen en macrofagen⁶¹. Zoals in hoofdstuk 5 uitgelegd zorgen afnemende glucose/glycogeen waarden voor verhoogde cortisol en IL- 6 waarden, met als gevolg de genoemde immuunmodulaties. Meerdere studies hebben al aangetoond dat plasma cortisol levels meer toenemen in onderzoeksgroepen met een laag CHO-dieet (koolhydratendieet) in vergelijking met hoge CHO-dieet groepen (Fig.

12)^41,62,63. Tevens zorgt koolhydraat consumptie tijdens duursporten voor een afvlakking van de plasma catecholamine en plasma cytokine toename en ook zorgt koolhydraat- consumptie voor het langer fit blijven en het later intreden van vermoeidheid 41,58,62,64,65

.

Deze effecten zijn alleen nog maar

waargenomen bij inspanningen die een hoge intensiteit hebben (75-80% VO₂max) en langer dan 90 minuten duren⁴¹. Koolhydraatinname tijdens het sporten heeft desondanks geen effect op s-IgA output en de NK-cellen daling na

inspanning⁴¹.

Inname van koolhydraten tijdens inspanning kan er zelfs voor zorgen dat IL-6 niet meer wordt afgescheiden door contraherende spieren, dit is niet meer nodig omdat

koolhydraten de glucose levels in het bloed op peil houden. Echter wanneer er voor de inspanning ook al koolhydraten zijn ingenomen heeft inname van koolhydraten tijdens de inspanning weinig tot geen effect. Koolhydraten zouden dus in

potentie een goed middel zijn om de immuundepressie als gevolg van zware fysieke inspanningen te verminderen⁶⁶.

7.2 Vetten

Een andere groep macronutriënten is ook essentieel voor het menselijk lichaam. Vetten zijn belangrijk voor energiemetabolisme, maar zijn ook belangrijke bouwstenen van celmembranen. In vergelijking met de relatief kleine glycogeen voorraden in het lichaam, zijn de vetvoorraden van het lichaam bijna onuitputbaar. Het advies voor atleten is dat ongeveer 20% van de dagelijkse energie inname uit vet moet bestaan².

Daarnaast zijn er ook nog een aantal essentiële vetzuren, deze kunnen niet aangemaakt worden door het lichaam, dit zijn de zogenaamde omega-3 en omega-6 vetzuren. Een vetdeficiëntie komt vrijwel niet voor, een overschot kan wel soms optreden. In een aantal studies is een overschot aan vetinname gerelateerd aan immuundeficiëntie en verlies van prestatievermogen⁶².

7.3 Eiwitten

Het derde en laatste behandelde macronutriënt is het proteïne (eiwit). Dit macronutriënt is onder andere belangrijk voor spieropbouw. De Wereld Gezondheids Organisatie (WHO) adviseert niet-atleten om ongeveer 0,8 gram per kilo lichaamsgewicht aan eiwitten per dag op te nemen, voor atleten is dit het dubbele; 1,6 gram per kilo lichaamsgewicht². Een tekort aan eiwitten is zeldzaam, wanneer atleten zich aan energiebehoefte houden is het op peil houden van eiwit-intake geen probleem. Als er toch een tekort aan eiwitten ontstaat heeft dit negatieve gevolgen voor het immuunsysteem, het heeft vooral schadelijke effecten op het systeem van T-cellen⁶². Het is niet verwonderlijk dat een tekort aan eiwitten de immuunfunctie onderdrukt, immuun responses zijn afhankelijk van snelle productie van eiwitten (antilichamen, cytokines) en een snelle cel replicatie/proliferatie. Bovendien is de complementformatie ook vermindert bij een eiwitdeficiëntie⁵⁸. Atleten die vegetariër zijn en atleten met ongebalanceerde voeding (bijvoorbeeld zeer veel koolhydraten) lopen het meeste risico op een eiwittekort. Bij de rest van de atleten is een eiwittekort zeer zeldzaam.

7.4 Hydratie

Het drinken van voldoende vloeistoffen lijkt van cruciaal belang voor de atleet tijdens het sporten, het drinken van voldoende vloeistoffen heeft echter niet alleen effect op de prestaties, ook op het immuunsysteem. Het is aangetoond dat dehydratie tijdens een zware fysieke inspanning zorgt voor verhoogde cortisol levels en catecholamine levels^53,67. Aangezien de immuunsuppressieve werking van cortisol en in mindere mate catecholamines intussen duidelijk is, kan dehydratie dus zorgen voor een verminderde immuunrespons. Verder is het bekend dat dehydratie zorgt voor een vermindering in speekseldproductie, waardoor de secretie van bepaalde cruciale eiwitten (IgA, α- amylase) daalt^58,68,69, waardoor de kans op een bovenste luchtweginfectie verhoogd is.

Figuur 12. Het effect van

koolhydraatinname op cortisol levels

tijdens en na fysieke inspanning

.

Het is dus belangrijk dat atleten voldoende vloeistoffen binnen krijgen voor, tijdens en na zware inspanningen, dit zouden ze kunnen doen door zich voor en na het sporten te wegen, het verschil in gewicht staat dan voor het verlies van lichaamsvocht (1 kg is ongeveer gelijk aan 1 liter water).² De veel aangeboden sportdranken lijken dus wel te helpen tijdens het sporten, mede doordat er ook veel koolhydraten en mineralen inzitten.

7.5 Micronutriënten

Naast macronutriënten zijn ook micronutriënten van essentieel belang voor het behouden van fitheid en functie van het immuunsysteem. Micronutriënten zijn vaak precursors voor bepaalde (co)enzymen en eiwitten. Een aantal van deze micronutriënten wordt soms via supplementatie gegeven aan atleten, meestal in relatief grote dosissen. Dit heeft in veel gevallen echter geen effect op prestaties en het immuunsysteem, in sommige gevallen heeft het zelfs een negatief effect op het immuunsysteem. Vitamines zijn dan namelijk niet meer nodig, omdat het enzymsysteem verzadigd is door grote dosissen vitamines en daardoor kunnen vitamines toxische vormen aannemen². Voor atleten is het dus niet verstandig om grote hoeveelheden micronutriënten tot zich te nemen^62,70. Een gevarieerde voeding geeft meestal voldoende micronutriënten voor een topatleet, aangezien de meeste atleten een hogere energiebehoefte hebben dan niet-atleten en dus meer voedingsstoffen binnenkrijgen. Verschillende vitamines zijn essentieel voor het functioneren van het immuunsysteem, deze zijn weergegeven in de tabel hieronder, daarbij zijn ook de effecten te zien van tekorten en overschotten (tabel 1)². Vitamines zijn essentieel voor een goed functionerend immuunsysteem, maar geen van de vitamines of mineralen lijkt de immuundepressie als gevolg van zware fysieke inspanning tegen te kunnen gaan. Alleen vitamine C supplementie lijkt de incidentie van bovenste luchtweginfecties na een 90 kilometer lange hardloopwedstrijd te verminderen, er zijn echter ook studies die dat effect weer ontkrachten⁶².

7.6 Conclusie

Wanneer een atleet een goed gevarieerd dieet hanteert met inname van voldoende eiwitten, koolhydraten en micronutriënten is er geen negatieve verandering in het immuunsysteem te zien. Voeding kan daarentegen wel een belangrijk hulpmiddel zijn voor atleten. Wanneer atleten door een zware fysieke inspanning te maken krijgen met het ‘open window’ voor infecties kunnen bepaalde nutriënten zoals koolhydraten in potentie een middel zijn om deze immuundepressie gedeeltelijk tegen te gaan.

Tabel 1. Functie van aantal essentiële vitamines. Effecten van deficiënties en overschotten zijn in

respectievelijk de tweede en de derde kolom te zien

.

8. Conclusies

Atleten moeten veelal zeer hard trainen om de concurrentie aan te gaan en hebben vaak een druk wedstrijdprogramma. Hierdoor kunnen zelfs onschuldige infecties zorgen voor een achteruitgang in de prestaties. Veel componenten van het immuunsysteem lijken vatbaar voor veranderingen als gevolg van fysieke inspanning die langer duurt dan 90 minuten. Deze immuunmodulaties vinden plaats in verschillende delen van het lichaam en het immuunsysteem, zoals in de spieren, het bloed, de huid of slijmvliezen. Samen zorgen deze veranderingen voor een ‘open window’, waarbij pathogenen een betere kans hebben om de gastheer te infecteren. Dit is mogelijk doordat stresshormonen, cytokines en (mogelijk) TLRs effect hebben op bijna alle delen van het immuunsysteem. Het belangrijkste effect is de verschuiving van de Th1/Th2 ratio richting de Th2 kant.

Hierdoor zijn atleten minder goed beschermd zijn tegen intracellulaire pathogenen (virussen etc.). Daarentegen, heeft de verschuiving naar de Th2 kant één bijzonder nuttige en essentiële waarde, het verkleint de kans op weefselschade, omdat het immuunsysteem tijdelijk wordt onderdrukt. Deze gevolgen gelden alleen maar voor topatleten. De belangrijkste conclusie die uit bijna alle onderzoeken naar voren komt is het feit dat regelmatig sporten de immuniteit bevordert en de kans op infecties verkleint.

Aan de hand van deze resultaten is ook het ‘j-shaped’ model geïntroduceerd. Hieruit blijkt eens te meer dat voldoende beweging gezond is voor de mens. Hierbij is in deze conclusie gelijk een antwoord gegeven op de vraag die in de inleiding gesteld werd.

De inspanningsimmunologie blijkt een zeer complex onderzoeksgebied waarbij niet alleen componenten van het immuunsysteem betrokken zijn, een groot scala aan fysiologische processen ligt ten grondslag aan de modulaties die plaatsvinden als gevolg van fysieke inspanning. In dit relatief jonge onderzoeksgebied is zeker nog genoeg te onderzoeken, zeer veel is nog onbekend en het zal zeker nog enige tijd duren voordat alle mechanismen bekend zijn.

9. Referenties

1. Cabot RC, Blake JB, Hubbard JC (1901) Studies of the blood in its relation to surgical diagnosis. Annals of Surgery 34:361-374.

2. Gleeson M (2005) Immune function in sport and exercise. ISBN0443101183.

3. Field CJ, Gougeon R, Marliss EB (1991) Circulating mononuclear cell numbers and function during intense exercise and recovery. Journal of Applied Physiology. 71:1089- 1097.

4. Gimenez M, Mohan-Kumar T, Humbert JC et al. (1986) Leukocyte, lymphocyte and platelet response to dynamic exercise. European Journal of Applied Physiology. 55:465-470

5. Chinda D, Nakaji S, Umeda T et al. (2003) A competitive marathon race decreases neutrophil function in athletes. Luminescence. 18:324-329.

6. Robson PJ, Blannin AK, Walsh NP et al. (1999) Effects of exercise intensity, duration and recovery on in vitro neutrophil fucntion in male athletes. International Journal of Sports Medicine. 20:128-135.

7. Nielsen HG, Lyberg T (2004) Long-distance running modulates the expression of leucocyte and endtothelial adhesion molecules. Scandinavian Journal of Immunology. 60:356-362.

8. Boxer LA, Allen JM, Baehner RL (1980) Diminished polymophonuclear leukocyte adherence.

Function dependent on release of cyclicAMP by endothelial cells after stimulation of β- receptors by epinephrine. Journal of Clinical Investigation. 66:268-274.

9. Gabriel H, Urhausen A, Kindermann W (1991) Circulating leukocyte and lymphocyte subpopulations before and after intensive endurance exercise to exhaustion. European Journal of Appl. Physiology. 61:2218-2223.

10. Hoffman-Goetz L, Randall Simpson J, Cipp N et al. (1990) Lymphocyte subset responses to repeated submaximal exercise in men. Journal of Appl. Physiology. 68:1069-1074.

11. Nieman DC, Miller AR, Herson PA et al. (1994) Effects of high- versus moderate-intensity exercise on lymphocyte subpopulations and proliferative response. International Journal of Sports Medicine. 15:199-206.

12. McCarthy DA, Macdonald IA, Shaker HA et al. (1992) Changes in the leukocyte count during and after brief intense exercise. European Journal of Appl. Physiology. 64:518-522.

13. Gleeson M (2006) Immune System adaptation in elite athletes. Current Opinion in Clinical Nutrition and Metabolic Care. 9:659-665.

14. Peake JM (2002) Exercise-induced alterations in neutrophil degranulation and respiratory burst activity: possible mechanisms of action. Exercise Immunology Review 8:49-100.

15. Blannin AK, Chatwin LJ, Cave R et al. (1996) Effects of submaximal cycling and endurance training on neutrophil phagocytic activity in middle-aged men. British Journal of Sport Medicine. 39:125-129.

16. Fehr J, Grossman HC (1979) Disparity between circulating and marginated neutrophils:

evidence from studies on the granulocyte alkaline phosphatase, a marker of cell maturity.

American Journal of Hematology. 7:369-379.

17. Lancaster RC, Khan Q, Drysdale P et al. (2005) The physiological regulation of toll-like receptor expression and function in humans. Journal of Physiology 563:945-955.

18. Nieman DC, Miller AR, Henson DA et al. (1993) Effect of high- versus moderate-intensity exercise on natural killer activity. Medicine and Science in Sports and Exercise. 25:1126- 1134.

19. Timmons BW, Cieslak T (2008) Human Natural Killer Cell Subsets and Acute Exercise: A brief review. Exercise Immunology Reviews. 14:8-23.

20. Roberts C, Pyne DB, Horn PL (2004) CD94 expression and natural killer cell activity afer acute exercise. Journal of Science and Medicine in Sport. 7:237-247.

21. Nieman DC (2007) Marathon Training and Immune Function. Journal of Sports Medicine.

37:412-415.

22. Prestes J, Ferreira CK, Dias R et al. (2008) Lymphocyte and Cytokines after Short Periods of Exercise. International Journal of Sports Medicine. 29:1010-1014.

23. Shek PN, Sabiston BH, Buguet A et al. (1995) Strenous exercise and immunological changes: a multiple-time-point analysis of leukocyte subsets CD4/CD8 ratio,

immunoglobulin production and NK cell response. International Journal of Sports Medicine.

16:466-474.

24. Steensberg A, Toft AD, Bruunsgaard H et al. (2001) Strenuous exercise decreases the percentage of type 1 T cells in the circulation. Journal of appl. Physiology. 91:1708-1712.

25. Ibfelt T, Petersen EW, Bruunsgaard H et al. (2002) Exercise-induced change in type 1 cytokine-producing CD8⁺ cells is related to a decrease in memory T cells. Journal of appl.

Physiology. 93:645-648.

26. Nielsen HB, Secher NH, Kappel M et al. (1998) N-acetylcysteine does not affect the lymphocyte proliferation and natural killer cell activity responses to exercise. American Journal of Physiology. 275:R1227-R1231.

27. Shephard RJ (2003) Adhesion molecules, catecholamines and leucocyte re-distribution during and following exercise. Sports Medicine 33:261-284.

28. Cupps TR, Fauci AS (1982) Corticosteroid-mediated immunoregulation in man.

Immunology Reviews. 65:133-155.

29. Tonnesen E, Christensen NJ, Brinklov MM (1987) Natural killer cell activity during cortisol and adrenaline infusion in healthy volunteers. European Journal of Clinical Investigation 17:497-503.

30. Gabriel H, Schwarz L, Steffens G (1992) Immunoregulatory hormones, circulating leucocyte and lymphocyte subpopulations before and after intensive endurance exercise to

exhaustion. European Journal of appl. Physiology. 16:359-366.

31. Navalta JW, Sedlock DA, Park, SK (2007) Effect of exercise intensity on exercise-induced lymphocyte apoptosis. International Journal of Sports Medicine. 28:539-542.

32. Lancaster GI, Khan Q, Drysdale P et al. (2005) Effect of prolonged strenuous exercise and carbohydrate ingestion on type 1 and type 2 T lymphocyte intracellular cytokine production in humans. Journal of appl. Physiology. 98:565-571.

33. Tvede N, Kappel M, Halkjaer-Kristensen J et al. (1993) The effect of light, moderate and severe bicycle exercise on lymphocyte subsets, natural and lymphokine activated killer cells, lymphocyte proliferative response and interleukin 2 production. International Journal of Sports Medicine. 14:275-282.

34. Starkie RL, Rolland J, Febbraio MA (2001) Effect of adrenergic blockade on lymphocyte cytokine production at rest and during exercise. American Journal of Physiology and Cell Physiology. 281(4):C1233-C1240.

35. Miles MP, Kraemer WJ, Nindl BC et al. (2003) Strength, workload, anaerobic intensity and the immune response to resistance exercise in women. Acta Physiologica Scandinavica 178:155-163.

36. Henson DA, Nieman DC, Blodgett AD et al. (1999) Influence of exercise mode and

carbohydrate on the immune response to prolonged exercise. International Journal of Sport Nutrition. 9:213-228.

37. Green KJ, Rowbottom DG, Mackinnon LT (2003) Acute exercise and T-lymphocyte expression of the early activation marker CD69. Medicine and Science in Sports and Exercise. 35:582-588.

38. Potteiger JA, Chan MA, Haff GG et al. (2001) Training status influences T-cell responses in women following acute resistance exercise. Journal of Strength and Conditioning Research.

15:185-191.

39. Nieman DC, Tan SA, Lee JW et al. (1989) Complement and immunoglobulin levels in athletes and sedentary controls. International Journal of Sports Medicine. 10:124-128.

40. Bruunsgaard H, Hartkopp A, Mohr T et al. (1997) In vivo cell-mediated immunity and vaccination response following prolonged, intense exercise. Medicine and Science in Sports and Exercise. 29:1176-1181.

41. Nieman DC 2008 Immunonutrition support for athletes. Nutrition Reveiws. 66(6):310-320.

42. Sari-Sarraf V, Reilly T, Doran DA (2006) Salivary IgA response to intermittent and continuous exercise. International Journal of Sports Medicine. 27 :849-855.

43. Sari-Sarraf V, Reilly T, Doran D et al. (2008) Effects of repeated bouts of soccer-specific intermittent exercise on salivary IgA. International Journal of Sports Medicine. 29:366-371.

44. Kon M, Iizuka T, Maegawa T et al. (2009) Salivary secretory immunoglobulin A response of elite speed skaters during a competition period. Journal of Strength and Conditioning Research. 0(0):1-6.

45. Moreira A, Delgado L, Moreira P et al. (2009) Does exercise increase the risk of upper respiratory tract infections? British Medical Bulletin 90:111-131.

46. Nieman DC, Bishop NC (2006) Nutritional strategies to counter stress to the immune system in athletes, with special reference to football. Journal of Sports Sciences.

24(7):763-772.

47. Gleeson M (2007) Immune function in sport and exercise. Journal of appl. Physiology.

103:693-699.

48. Starkie RL, Arkinstall MJ, Koukoulas I et al. (2001) Carbohydrate ingestion attenuates the increase in plasma interleukin-6, but no skeletal muscle interleukin-6 mRNA, during exercise in humans. Journal of Physiology. 533:585-591.

49. Steensberg A, van Hall G, Osada T et al. (2000) Production of interleukin-6 in contracting human skeletal muscles can account for the exercise-induced increase in plasma

interleukin-6. Journal of Physiology. 529(1):C1233-C1240.

50. Hiscock N, Chan MH, Bisucci T et al. (2004) Skeletal muscle myocytes are a source of interleukin-6 mRNA expression and protein release during contraction : evidence of fiber type specificity. FASEB Journal. 18(9):992-994.

51. Nielsen S, Pederson BK (2008) Skeletal muscle as an immunogenic organ. Current Opinion in Pharmacology. 8:346-351.

52. Steensberg A, Toft AD, Bruunsgaard H et al. (2001) Interleukin-6 production in contracting human skeletal muscle is influenced by pre-exercise muscle glycogen content. Journal of Physiology. 537(2):633-639.

53. Nimmo MA, Ekblom B (2007) Fatigue and illness in athletes. Journal of Sports Sciences.

25(S1):S93-S102.

54. Febbraio MA, Hiscock N, Sacchetti M et al. (2004) Interleukin-6 is a novel factor mediating glucose homeostatsis during skeletal muscle contraction. Diabetes 53(7):1643-1648.

55. van Hall G, Steensberg A, Sacchetti M et al. (2003) Interleukin-6 stimulates lipolysis and fat oxidation in humans. Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism. 88:3005-3010.

56. Steensberg A, Fischer CP, Keller C et al. (2003) IL-6 enhances plasma IL-1ra, IL-10 and cortisol in humans. American Journal of Physiology. 285 :E433-E437.

57. Elenkov IJ, Chrousos GP (2002) Stress hormones, proinflammatory and antiinflammatory cytokines, and autoimmunity. Annals of the New York Academy of Science. 966:290-303.

58. Gleeson M, Nieman DC, Pedersen BK (2004) Exercise, nutrition and immune function.

Journal of Sports Sciences. 22:115-125.

59. Cordova A, Sureda A, Tur JA et al. (2010) Immune response to exercise in elite sportsmen during the competitive season. Journal of Physiology and Biochemistry. 113B-7548.

60. Chandra RK (1997) Nutrition and the immune system: an introduction. American Journal of Clinical Nutrition. 66:460S-463S.

61. Gleeson M, Bishop NC (2000) Special feature for the Olympics: effects of exercise on the immune system: modification of immune responses to exercise by carbohydrate, glutamine and anti-oxidant supplements. Immunology and Cell Biology. 78:554-561.

62. Gleeson M (2006) Can nutrition limit exercise-induced immunodepression? Nutrition Reviews. 64(3):119-131.

63. Bishop NC, Walsh NP, Haines DL et al. (2001) Pre-exercise carbohydrate status and immune responses to prolonged cycling. Effect on plasma cytokine concentration.

International Journal of Sport Nutrition. 11:503-512.

64. Gleeson M, Blannin AK, Walsh NP et al. (1998) Effect of low- and high-carbohydrate diets on the plasma glutamine and circulating leukocyte responses to exercise. International Journal of Sport Nutrition. 8:49-59.

65. Coyle EF, Hagberg JM, Hurley BF et al (1983) Carbohydrate feeding during prolonged strenuous exercise can delay fatigue. Journal of appl. Physiology. 55:230-235.

66. Cox AJ, Pyne DB, Cox GR et al. (2010) Influence of chronic dietary carbohydrate

supplementation on plasma cytokine responses to exercise. International Journal of Sports Medicine. 31:207-212.

67. Parker AJ, Hamlin GP, Coleman CJ et al. (2003) Dehydration in stressed ruminants may be the result of a cortisol-induced diuresis. Journal of Animal Science. 81:512-519.

68. Walsh NP, Montague JC, Callow N et al. (2004) Saliva flow rate, total protein concentration and osmolality as potential markers of whole body hydration status during progressive acute dehydration in humans. Archives of Oral Biology 49:149-154.

69. Bishop NC, Blannin AK, Armstrong E et al. (2000) Carbohydrate and fluid intake affect the saliva flow rate and IgA response to cycling. Medicine and Science in Sports and Exercise.

32:2046-2051.

70. Calder PC, Kew SI (2002) The immune system: a target for functional foods? British Journal of Nutrition 88(2):S165-S177.