Мультиштаммовый пробиотик в комплексе с пищевыми волокнами - эффективный фактор нутритивной поддержки иммунитета у спортсменов

• Трушина Элеонора Николаевна
• Ригер Николай Александрович
• Мустафина Оксана Константиновна
• Тимонин Андрей Николаевич
• Солнцева Татьяна Николаевна
• Зилова Ирина Сергеевна
• Кобелькова Ирина Витальевна
• Никитюк Дмитрий Борисович

Резюме

Приоритетным направлением в профилактике и коррекции иммунных нарушений у спортсменов является применение продуктов повышенной пищевой ценности, обогащенных различными пищевыми или биологически активными веществами, а также пробиотическими микроорганизмами. Пробиотики способствуют поддержанию кишечной микробиоты, активно участвующей в усвоении веществ и энергии и повышающей иммунную резистентность организма. Устойчивые к перевариванию в тонкой кишке пищевые волокна, полностью или частично ферментируясь в толстой, выполняют роль незаменимых субстратов для роста и регуляции метаболической активности нормофлоры, улучшают перистальтику и пищеварение.

Цель исследования - оценить влияние приема мультиштаммового пробиотика в комплексе с пищевыми волокнами на иммунный статус спортсменов-баскетболистов в тренировочный период.

Материал и методы. Исследование проведено с участием 30 спортсменов-баскетболистов мужского пола в возрасте от 18 до 24 лет. Спортсмены были рандомизированно распределены на 2 группы по 15 человек. Спортсмены основной группы в течение 23 дней получали 1 раз в сутки по 1 капсуле мультиштаммового пробиотика, включающего суммарно ≥1,25×10¹⁰ КОЕ на капсулу 10 пробиотических штаммов бифидобактерий и лактобактерий, и 40 г кукурузных отрубей (в качестве источника пищевых волокон). Спортсмены группы сравнения получали по 1 капсуле плацебо, содержавшей мальтодекстрин, и панировочные сухари (40 г/сут). Субпопуляции лимфоцитов периферической крови изучали методом проточной цитофлуориметрии: Т-лимфоциты, Т-хелперы, Т-цитотоксические лимфоциты, NK-клетки, NKT-клетки, В-лимфоциты, а также лимфоциты, несущие маркеры активации и маркерный антиген апоптоза. Содержание цитокинов [FGF, Eotaxin, G-CSF, GM-CSF, интерферон γ (ИФН-γ), интерлейкин (ИЛ) 1ra, ИЛ-1β, ИЛ-2, ИЛ-4, ИЛ-5, ИЛ-6, ИЛ-7, ИЛ-8, ИЛ-9, ИЛ-10, ИЛ-12(p70), ИЛ-13, ИЛ-15, ИЛ-17A, MCP-1, MIP-1α, MIP-1β, PDGF-BB, RANTES, фактор некроза опухоли α, VEGF] в сыворотке крови определяли методом мультиплексного иммуноанализа.

Результаты. Подсчет абсолютного количества лимфоцитов выявил тенденцию к снижению Т-хелперов к концу периода наблюдения у спортсменов основной группы (497,60±27,67 против 632,67±65,20 клетки/мкл, р<0,10), а также снижение экспрессии апоптотического маркера CD95/Fas на лимфоцитах периферической крови (41,53±5,78 против 69,53±11,79 клетки/мкл, р<0,05). По завершении исследования в группе сравнения обнаружено достоверное увеличение уровня ИЛ-9 [(Me; min-max) = (0,33; 0,21-0,48) против (0,26; 0,09-0,38) пг/мл до начала исследования; p<0,05] и тенденция к возрастанию уровней ИЛ-15, ИЛ-1ra и RANTES (p<0,10). В основной группе по завершении исследования достоверно снизился уровень G-CSF [(0,53; 0,144-1,364) против (0,36; 0,027-0,945) пг/мл; p<0,05]. В конце периода наблюдения у спортсменов из группы сравнения содержание в сыворотке крови цитокинов FGF, G-CSF, ИЛ-13, ИЛ-2 и RANTES превышало данные показатели у спортсменов основной группы, тогда как в начале исследования статистически значимых различий в уровнях исследуемых цитокинов у спортсменов из группы сравнения и основной группы выявлено не было.

Заключение. Результаты наблюдения спортсменов-баскетболистов, употреблявших в течение 23 дней дополнительно к основному рациону мультиштаммовый пробиотик в комплексе с кукурузными отрубями, источниками арабиноксиланов, свидетельствуют о снижении активности воспалительного процесса и апоптоза лимфоцитов периферической крови, что подтверждает эффективность применения пробиотиков и пищевых волокон в спортивном питании.

Ключевые слова:клеточный иммунитет; цитокины; мультиштаммовый пробиотик; пищевые волокна; спортсмены

Многочисленными клиническими и экспериментальными исследованиями установлена тесная взаимосвязь между физическими нагрузками и иммунитетом. Спортивная иммунология - активно развивающаяся область научных исследований. В 1993 г. было создано Международное общество спортивной иммунологии (ISEI) (The International Society of Exercise and Immunology), которое координирует научную деятельность и практическую реализацию в этой области [1]. Установлено, что регулярные физические нагрузки умеренной интенсивности положительно влияют на функциональное состояние иммунной системы, обеспечивая снижение восприимчивости к респираторным инфекциям [2]. Тяжелые физические нагрузки и психоэмоциональный стресс, которым подвергаются высококвалифицированные спортсмены, инициируют иммуносупрессию и повышают риск развития заболеваний верхних дыхательных путей [3-5] и желудочно-кишечного тракта [6]. Интенсивная и длительная физическая нагрузка на уровне анаэробного порога без нутритивной и метаболической поддержки способствует развитию у спортсменов иммунной дисфункции: уменьшение абсолютных показателей содержания лейкоцитов, снижение значений иммунорегуляторного индекса (CD4⁺/CD8⁺), снижение показателей гуморального иммунитета [иммуноглобулинов: IgА, IgМ, IgG, интерферона γ (ИФН-γ)]. Эти факторы характеризуют функциональное состояние клеточного и гуморального иммунитета, а их снижение влияет на критерии донозологического риска, свидетельствующие о предрасположенности спортсменов к развитию иммуносупрессии [7]. С другой стороны, установлено, что клеточные факторы врожденного иммунитета - нейтрофилы и макрофаги - при интенсивных физических нагрузках участвуют в реализации воспалительных реакций и окислительном стрессе [8]. Секреция провоспалительных цитокинов и экспрессия различных маркеров активации нейтрофилов, таких как лактоферрин и миелопероксидаза, увеличиваются после напряженных физических нагрузок [8]. Наряду с активацией воспалительных процессов в организме инициируются и защитные механизмы. Вместе с эндокринными факторами (адреналин и кортизол), обладающими противовоспалительным действием, индуцируется синтез противовоспалительных цитокинов, таких как антагонист рецептора ИЛ-1 (ИЛ-1ra) и ИЛ-10 [9]. Метаанализ 19 рандомизированных контролируемых исследований, в которых изучали влияние регулярных физических нагрузок на воспалительную цитокиновую реакцию, показал, что регулярная умеренная физическая активность может оказывать противовоспалительное действие за счет снижения уровней цитокинов, связанных с активацией воспаления (ИЛ-1β и ИЛ-18) [10]. Обнаружено снижение уровня ИФН-γ, секретируемого Т-хелперами 1 типа, и повышение уровня ИЛ-4, секретируемого Т-хелперами 2 типа [11].

Иммунный ответ представляет собой активный процесс комплексного координированного взаимодействия клеточных и гуморальных факторов. Функциональное состояние клеток зависит от адекватного субстратного обеспечения, обусловленного экзогенным поступлением и метаболизмом нутриентов в организме. Питание играет основную роль в поддержании адекватного функционирования иммунной системы спортсменов. Учитывая преимущественно метаболический характер иммунных дисфункций у спортсменов, приоритетным направлением в их профилактике является применение специализированных пищевых продуктов с повышенной пищевой ценностью и обогащенных биологически активными веществами, оказывающими иммунопротективное воздействие.

Установлено, что интенсивные физические нагрузки у профессиональных спортсменов оказывают существенное влияние на кишечную микробиоту [12]. Первостепенное значение для поддержания кишечной микробиоты имеет состав рациона, который в соответствии со спортивной специализацией во многом определяет производительность спортсменов. Однако результаты изучения фактического рациона питания спортсменов различной специализации и квалификации свидетельствуют о дисбалансе с преобладанием белковой составляющей и высоким содержанием простых углеводов при недостаточном потреблении пищевых волокон [12, 13]. Оптимизация рациона спортсменов с включением достаточного количества пищевых волокон, различных источников белка, полиненасыщенных жирных кислот семейства ω-3, пребиотиков, пробиотиков и синбиотиков показала эффективность в плане укрепления здоровья и работоспособности спортсменов [13]. Международное общество спортивного питания (International Society of Sports Nutrition, ISSN) на основании анализа данных об использовании пробиотических добавок с целью укрепления здоровья, работоспособности и восстановления спортсменов опубликовало выводы о доказанной эффективности использования пробиотиков для сохранения нормальной кишечной микробиоты и иммунитета [14]. Использование пробиотиков в спортивном питании также одобрено Международным олимпийским комитетом [15].

Цель исследования - оценить влияние мультиштаммового пробиотика в комплексе с пищевыми волокнами на иммунный статус спортсменов-баскетболистов в тренировочный период.

Материал и методы

Исследование проведено с участием 30 спортсменов-баскетболистов мужского пола в возрасте от 18 до 24 лет, учащихся высшего учебного заведения физической культуры и спорта (ФГБОУ ВО МГАФК) и занимающихся баскетболом по 4-6 тренировок в неделю, со стажем не менее 3 лет, спортивная квалификация - кандидаты в мастера спорта 1, 2, 3-й взрослые разряды. От всех спортсменов было получено информированное согласие на участие в исследовании. Протокол исследования (№ 11 от 15.12.2021) был одобрен этическим комитетом ФГБУН "ФИЦ питания и биотехнологии". Критерии исключения из исследования: развитие острого инфекционного заболевания, обострение хронических заболеваний, травма в течение 3 мес или растяжение связок в течение 1 предшествующего исследованию месяца.

Спортсмены были рандомизированно распределены на 2 группы: в 1-ю группу (группа сравнения) вошли 15 спортсменов, возраст - 20,8±2,0 года, индекс массы тела - 23,7±2,0 кг/м², во 2-ю (основную) группу включены 15 спортсменов, возраст которых составил 20,0±1,6 года, индекс массы тела - 23,9±1,5 кг/м². Спортсмены основной группы в течение 23 дней получали 1 раз в сутки по 1 капсуле (426 мг) мультиштаммового пробиотика, содержащего пробиотические штаммы 10 видов микроорганизмов (≥1,25×10¹⁰ КОЕ на капсулу), в том числе бифидобактерии: Bifidobacterium bifidum, Bifidobacterium breve, Bifidobacterium infantis, Bifidobacterium lactis, Bifidobacterium longum (в сумме - 1×10¹⁰ КОЕ), лактобактерии: Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus casei, Lactobacillus paracasei, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus rhamnosus (в сумме - 2,5×10⁹ КОЕ), молочнокислые микроорганизмы: Streptococcus thermophilus (5,0×10⁸ КОЕ). Содержание пробиотических микроорганизмов в 1 капсуле продукта соответствует установленным адекватным уровням потребления (АУП) для бифидо- (5×10⁸-5×10¹⁰ КОЕ/сут) и для лактобактерий (5×10⁷-5×10⁹ КОЕ/сут). В состав продукта также входит 110,6 мг фруктоолигосахаридов, но их содержание не превышает 2% от АУП¹. Вторым продуктом являлись кукурузные отруби. Пищевая ценность на порцию - 40 г/сут: белок - 3,4 г [5% от рекомендуемого уровня суточного потребления (РУСП)²], жиры - 0,4 г (<1% от РУСП)², углеводы - 19 г (5% от РУСП)², пищевые волокна - 14,6 г (49% от РУСП)², калорийность - 122 ккал.

Спортсмены группы сравнения получали по 1 капсуле плацебо, содержавшей мальтодекстрин, и панировочные сухари (40 г/сут). Пищевая ценность на порцию: белок - 4,5 г (6% от РУСП)², жиры - 0,6 г (<1% от РУСП)², углеводы - 24,7 г (7% от РУСП)², пищевые волокна - 2,3 г (8% от РУСП)²; калорийность - 127 ккал. Все спортсмены, включенные в исследование, завершили его в установленные сроки.

Изучение показателей клеточного иммунитета. Материал исследования - венозная кровь обследованных лиц, взятая утром натощак из локтевой вены. Исследование выполняли на проточном цитофлуориметре FC-500 (Beckman Coulter, США) по программе Cytomics CXP Software с использованием двойных комбинаций моноклональных антител (Beckman Coulter - Immunotech SAS, Франция). При этом оценивали процентные показатели Т-клеточной популяции [общее количество Т-лимфоцитов (CD3⁺), количество Т-хелперов (CD3⁺CD4⁺), цитотоксических Т-лимфоцитов (CD3⁺CD8⁺), естественных клеток-киллеров - NK-клеток (CD3^-CD16⁺CD56⁺), естественных клеток-киллеров, обладающих свойствами Т-лимфоцитов, - NKТ-клеток (CD3⁺CD16⁺CD56⁺) и В-клеточной популяции (CD19⁺) лимфоцитов, а также относительное содержание лимфоцитов, несущих маркеры активации (CD3⁺HLA-DR⁺, CD3⁺CD25⁺), и маркерный антиген апоптоза CD45⁺CD95⁺. В качестве изотипических контролей использовали CD45/CD14 (для идентификации популяции лейкоцитов и выделения гейта лимфоцитов по малоугловому и боковому светорассеянию) и IgG1/IgG2 (для контроля неспецифического связывания лимфоцитов с антителами и выделения отрицательного по флюоресценции лимфоцитарного гейта). Иммунорегуляторный индекс выражали соотношением относительного содержания Т-хелперов к Т-цитотоксическим лимфоцитам. Абсолютное содержание клеток в 1 мкл крови определяли с помощью Flow-Count Fluorospheres (Beckman Coulter, США). Гемолиз эритроцитов осуществляли в автоматическом режиме на станции пробоподготовки TQ-PREP (Beckman Coulter, США).

Содержание цитокинов в сыворотке крови определяли методом мультиплексного иммуноанализа с использованием стандартного набора Bio-Plex Pro Human Cytokine 27-plex Assay Bio-Plex Pro™ [фактор роста фибробластов (FGF-basic), хемотаксический белок эозинофилов (Eotaxin), гранулоцитарный колониестимулирующий фактор (G-CSF), гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор (GM-CSF), ИФН-γ, ИЛ-1ra, ИЛ-1β, ИЛ-2, ИЛ-4, ИЛ-5, ИЛ-6, ИЛ-7, ИЛ-8, ИЛ-9, ИЛ-10, ИЛ-12(p70), ИЛ-13, ИЛ-15, ИЛ-17A, моноцитарный хемоаттрактантный протеин-1 (MCP-1), воспалительный белок макрофагов - 1α (MIP-1α) и 1β (MIP-1β), фактор роста тромбоцитов гомодимер (PDGF-BB), хемокин, экспрессируемый и секретируемый T-лимфоцитами при активации (RANTES), фактор некроза опухоли α (ФНОα), фактор роста эндотелия сосудов (VEGF)] (Bio-Rad Laboratories, Inc., США) на анализаторе Luminex 200 (Luminex Corporation, США) по технологии xMAP с использованием программного обеспечения Luminex xPONENT Version 3.1.

Статистическую обработку результатов проводили с использованием пакета программ SPSS 20.0 (IBM SPSS Statistics, США). Расчет включал определение выборочного среднего, стандартной ошибки, медианы, максимального и минимального значения, квартильного интервала, вероятности принятия нуль-гипотезы о совпадении распределений сравниваемых выборок согласно критерию Стьюдента, Манна-Уитни и ANOVA. Различия признавали достоверными при уровне значимости р<0,05.

Результаты

Показатели клеточного иммунитета. Определение субпопуляционного состава иммунокомпетентных клеток и экспрессии мембранных и внутриклеточных маркеров иммуноцитов является важным диагностическим критерием, позволяющим оценить состояние иммунной системы и ее изменений при спортивных нагрузках [16]. Исследованные показатели клеточного иммунитета у спортсменов основной группы и группы сравнения в начале исследования и в конце периода наблюдения представлены в табл. 1.

Все исследованные показатели клеточного иммунитета у спортсменов основной и группы сравнения в начале и в конце исследования находились в пределах референтных значений нормы (см. табл. 1) [17]. Относительное содержание субпопуляций лимфоцитов, включая активационные маркеры и иммунорегуляторный индекс, не имело статистических различий у спортсменов обеих групп как между собой, так и по периодам исследования, за исключением достоверного (р<0,05) превышения относительного содержания активированных CD25-лимфоцитов у спортсменов группы сравнения по отношению к показателю в основной группе в начале исследования (см. табл. 1). Подсчет абсолютного количества лимфоцитов выявил тенденцию (р<0,10) к снижению Т-хелперов к концу периода наблюдения у спортсменов основной группы, а также снижение экспрессии апоптотического маркера CD95/Fas на лимфоцитах периферической крови спортсменов основной группы по сравнению с показателем при исходном обследовании (см. табл. 1).

Результаты исследования цитокинового профиля сыворотки крови спортсменов представлены в табл. 2, а также на рис. 1-3, на которых приведены данные по содержанию цитокинов (FGF, G-CSF, ИЛ-13, ИЛ-15, ИЛ-1ra, ИЛ-2, ИЛ-9 и RANTES), имеющие статистически значимые (р<0,05) и на уровне тенденции (0,05<р<0,1) различия.

В начале исследования достоверных различий в уровнях исследуемых цитокинов между группой сравнения и основной группой спортсменов на основании проведенного статистического анализа выявлено не было (см. табл. 2). По завершении исследования в группе сравнения на фоне приема плацебо обнаружено достоверное увеличение уровня ИЛ-9 [(Me; min-max) = (0,33; 0,21-0,48) против (0,26; 0,09-0,38) пг/мл; p<0,05; в сравнении с показателем до начала исследования] (см. рис. 1). Во 2-й группе при потреблении пробиотического продукта и кукурузных отрубей уровень этого интерлейкина значимо не менялся. Кроме того, в группе сравнения обнаружена тенденция (p<0,10) к возрастанию уровней ИЛ-15, ИЛ-1ra и RANTES (см. рис. 1). В основной группе подобных изменений не отмечено. При этом у спортсменов основной группы по завершении исследования статистически значимо снизился уровень в сыворотке крови G-CSF [Me; min-max) = (0,36; 0,03-0,95) против (0,53; 0,14-1,36) пг/мл; p<0,05 в сравнении с показателем до начала исследования] (рис. 2). В группе сравнения этот показатель значимо не менялся.

Как было указано выше, перед началом исследования достоверных различий в уровнях исследуемых цитокинов у спортсменов основной группы и группы сравнения выявлено не было. После завершения исследования, в отличие от начального этапа, между обследованными группами были обнаружены различия в уровнях цитокинов: FGF, G-CSF, ИЛ-13, ИЛ-2 и RANTES (рис. 3). У спортсменов группы сравнения содержание в сыворотке этих цитокинов превышало данные показатели у спортсменов основной группы. Различия по уровням FGF [соответственно (0,12; 0,09-0,20) против (0,10; 0,02-0,16) пг/мл)] и G-CSF [соответственно (0,50; 0,17-1,15) против (0,36; 0,03-0,94) пг/мл] были достоверные (p<0,05), а увеличение уровней ИЛ-13, ИЛ-2 и RANTES наблюдалось на уровне тенденции (p<0,10).

Обсуждение

Физические нагрузки вызывают разнообразные изменения компонентов иммунной системы, которые носят комплексный характер и зависят от интенсивности, продолжительности и вида спортивной деятельности. В нашем исследовании регулярные интенсивные физические нагрузки спортсменов в тренировочный период не оказали существенного влияния на количественный состав субпопуляций лимфоцитов периферической крови. У спортсменов основной группы обнаружена тенденция (0,05<р<0,1) к снижению абсолютного содержания Т-хелперов (CD3⁺CD4⁺) к концу периода наблюдения (см. табл. 1). Это может быть следствием активного рекрутирования лимфоцитов из периферической крови в очаги воспаления, а не результатом их гибели/апоптоза, поскольку абсолютное содержание CD95-клеток (CD45⁺CD95⁺), несущих маркерный антиген апоптоза, к концу периода наблюдения статистически значимо снизилось (р<0,05). Относительное содержание активированных Т-лимфоцитов, экспрессирующих альфа-цепь рецептора ИЛ-2 (CD3⁺CD25⁺), в начале исследования у спортсменов основной группы было ниже (р<0,05), чем в группе сравнения. Однако к концу исследования этот показатель у спортсменов обеих групп не имел значимых различий (см. табл. 1).

Результаты многочисленных исследований в области спортивной иммунологии свидетельствуют о разнонаправленных изменениях продукции цитокинов и ростовых факторов у лиц, занимающихся различными видами спорта. Кроме лейкоцитов, мышечные волокна скелетных мышц и их микроокружение обладают способностью к продукции цитокинов различных групп [18, 19]. В группе сравнения у спортсменов на фоне приема плацебо при повторном обследовании (см. рис. 1 и рис. 3) обнаружено увеличение уровней цитокинов, обладающих иммунорегуляторными, преимущественно провоспалительными функциями (ИЛ-9, ИЛ-15 и RANTES), интерлейкинов, которые по механизмам обратной связи способны ограничивать воспаление и апоптоз/некроз (ИЛ-1ra и ИЛ-9), а также цитокинов, влияющих на гемопоэз и дифференцировку мышечных и стромальных тканей (G-CSF, FGF и ИЛ-9), привлекая в очаги воспаления гранулоциты и мононуклеарные клетки. Напротив, в основной группе спортсменов значимого роста уровней цитокинов обнаружено не было и даже выявлено по окончании периода наблюдения снижение содержания в сыворотке крови G-CSF. G-CSF участвует в созревании гранулоцитов и моноцитов в костном мозге, обеспечивает их поступление в периферическое русло и регулирует миграцию клеток в очаги воспаления мышечной ткани после физических нагрузок [20]. На фоне провоспалительной активности компенсаторно возрастают уровни ИЛ-1ra. Десятикратное и даже стократное возрастание в сыворотке крови содержания цитокинов: ИФН-γ, ИЛ-6, ФНОα, ИЛ-1β, часто регистрируемое после физических нагрузок, впоследствии сопровождается гомеостатическим подъемом уровней их ингибиторов: ИЛ-1ra и растворимой формы ФНОα (sTNF-αR) и секрецией противовоспалительного цитокина ИЛ-10, что способствует восстановлению исходного баланса [21]. Влияние перечисленных факторов может объяснить повышение уровней FGF, G-CSF, ИЛ-13, ИЛ-2 и RANTES в группе сравнения в конце исследования относительно показателей спортсменов, принимавших во время тренировок мультиштаммовый пробиотик в комплексе с кукурузными отрубями.

После спортивных микротравм воспаление и инфильтрация иммунными клетками мышечной ткани играют основную роль практически на всех этапах регенерации мышц. Первый этап иммунных процессов представляет собой активацию системы комплемента, тучных клеток и нейтрофилов с миграцией в очаги повреждения. В этот период происходит переход от стадии гибели мышечных волокон к началу тканевой регенерации [22]. При мышечной травме повреждаются мембраны мышечных волокон с последующим выходом клеточного содержимого и хемотаксических факторов во внеклеточное пространство, что стимулирует инфильтрацию мышечной ткани тучными клетками, дегрануляция которых сопровождается выделением ФНОα, ИЛ-1β и гистамина. В результате чего в очаги поражения наряду с тучными клетками мигрируют нейтрофилы, что способствует дальнейшему развитию воспаления. Нейтрофильные лейкоциты продуцируют широкий спектр цитокинов, включая хемотаксические факторы, такие как ИЛ-1 и ИЛ-8, которые вызывают инфильтрацию макрофагами и Т-лимфоцитами очагов поражения, что запускает второй этап регенерации мышц. Т-лимфоциты продуцируют различные факторы роста и цитокины, модулирующие микросреду в месте повреждения: ФНОα, ИФН-γ, ИЛ-1β, ИЛ-4, ИЛ-12, ИЛ-13. Некоторые цитокины, такие как ФНОα, ИФН-γ и ИЛ-1β, секретируются как макрофагами, так и Т-лимфоцитами, что обеспечивает превышение пороговой концентрации этих цитокинов в процессе регенерации мышц.

В соответствии с вышеизложенным, повышение уровней ИЛ-9, ИЛ-15 и RANTES в группе сравнения можно объяснить этапами восстановительных процессов в мышечной ткани после физических нагрузок. ИЛ-9 - плейотропный цитокин, продуцируемый тучными клетками, NKT-клетками (лимфоциты, экспрессирующие как маркеры NK-клеток, так и Т-клеточные дифференцировочные антигены), Т-хелперами 2-го типа (Th2), лимфоцитами Th17, регуляторными Т-лимфоцитами (Treg), врожденными лимфоидными клетками 2-го типа (ILC2) и лимфоцитами Th9 [23]. Этот цитокин стимулирует пролиферацию клеток и предотвращает апоптоз. Он функционирует через рецептор ИЛ-9 (ИЛ-9R), который активирует различные белки-трансдукторы и активаторы сигнала STAT, а именно STAT1, STAT3 и STAT5, и таким образом связывает этот цитокин с различными биологическими процессами. ИЛ-15 - провоспалительный цитокин, имеющий структурное сходство с ИЛ-2, экспрессируется различными типами клеток, включая моноциты, макрофаги, дендритные клетки, кератиноциты, фибробласты, миоциты и нервные клетки [24]. Сходное влияние оказывает RANTES (хемокин, экспрессируемый и секретируемый T-лимфоцитами при активации), также известный как CCL5, который является провоспалительным хемокином, рекрутирующим лейкоциты в очаг воспаления. Он является хемотаксическим для Т-лимфоцитов, эозинофилов и базофилов, а также для моноцитов, естественных клеток-киллеров (NK), дендритных клеток и тучных клеток. RANTES экспрессируется в основном Т-лимфоцитами и моноцитами, а также эпителиальными клетками, фибробластами и тромбоцитами [25]. Таким образом, ИЛ-9, ИЛ-15 и CCL5 могут принимать непосредственное участие в репаративных процессах, регулируя механизмы взаимодействия между иммунными клетками, миоцитами и окружающими тканями. В подтверждение этой гипотезы была показана прямая связь между Т-лимфоцитами и мышечными стволовыми клетками и продемонстрировано, что ИЛ-1α, ИЛ-13, ФНОα и ИФН-γ, секретируемые Т-лимфоцитами, достаточны для стимулирования экспансии мышечных стволовых клеток как in vivo, так и in vitro [18]. Используемый пробиотический продукт в питании спортсменов основной группы оказал существенное влияние на цитокиновые механизмы регуляции восстановительных процессов в мышечной ткани. Здесь можно предполагать несколько эффектов. С одной стороны, снижается активность воспалительного процесса в мышечной ткани, с другой - ускоряются по времени восстановительные процессы. Доказательством этого является снижение уровня G-CSF в основной группе по окончании периода наблюдения и увеличение в группе сравнения содержания в сыворотке крови FGF, G-CSF, ИЛ-13, ИЛ-2 и RANTES (см. рис. 3). При этом перед началом исследования различий в цитокиновом профиле между группами не выявлено.

Третий этап миграции иммунных клеток в мышечную ткань сопряжен с переключением экспрессии цитокинов с провоспалительной направленностью на противовоспалительную. При интенсивных физических нагрузках миофибриллы синтезируют ИЛ-6, который, в свою очередь, стимулирует выработку ИЛ-1ra циркулирующими мононуклеарными лейкоцитами периферической крови. Повышенное содержание цитокинов ИЛ-1ra и ИЛ-10 инициирует дифференцировку моноцитов преимущественно в макрофаги 2-го типа (М2) [26]. В мышечной ткани на поздней стадии регенерации резко усиливается миграция и возрастает количество Treg (Т-регуляторные субпопуляции - CD4⁺CD25⁺Foxp3⁺), обладающих иммуносупрессивной способностью, что сопровождается снижением количества других подтипов Т-лимфоцитов. Treg экспрессируют ИЛ-10, что стимулирует дифференцировку миобластов [27]. Стимулированные М2 увеличивают секрецию супрессирующих воспаление цитокинов, включая ИЛ-4, ИЛ-10 и ИЛ-13, которые подавляют локальный воспалительный ответ в месте повреждения, что на данном этапе поддерживает при значительных нагрузках регенерацию и восстановление работоспособности.

Иммуномодулирующее влияние пробиотиков показано в метаанализе исследований, опубликованных с 2011 по 2022 г. [28]. Установлено, что пробиотики на основе известных штаммов Lactobacillus casei Shirota, Lactobacillus plantarum 299v, Lactobacillus casei GG, а также ряда штаммов B. bifidum, B. lactis, L. acidophilus, L. lactis, L. paracasei регулируют иммунный ответ слизистых оболочек, активируют макрофаги и модулируют экспрессию генов, связанных с активностью макрофагов. Пробиотики (L. casei CRL 431 и L. paracasei CNCM I-1518), взаимодействуя с Toll-подобными рецепторами энтероцитов, подавляют экспрессию ядерного фактора NF-κB и выработку провоспалительных цитокинов на слизистой кишки [29]. Кроме того, установлено, что после приема пробиотиков могут изменяться уровни противовоспалительных цитокинов и иммуноглобулинов в сыворотке крови, пролиферация иммунных и дендритных клеток и подавляться выработка провоспалительных цитокинов Т-лимфоцитами [30]. Установлено, что пробиотические бифидобактерии при пероральном поступлении способны оказывать иммуномодулирующее действие за пределами желудочно-кишечного тракта после взаимодействия с антиген-презентирующими клетками в индуктивных участках (например, в пейеровых бляшках) и перемещения с лимфоцитами на поверхность слизистых оболочек [31].

Кукурузные отруби или панировочные сухари, добавляемые, соответственно, к рациону спортсменов основной группы и группы сравнения, являются источником пищевых волокон, которые нормализуют моторику кишечника, необходимы для функционирования печени, желчного пузыря, поджелудочной железы [32, 33].

В последние годы активно изучаются некрахмальные полисахариды пентозаны (арабиноксиланы и арабиногалактаны). В полисахаридах кукурузы пентозаны превалируют - их содержание в сухих веществах эндосперма составляет 4,0-6,2%, тогда как суммарное присутствие целлюлозы, гемицеллюлозы и b-глюканов не достигает уровня выше 3,3% [34]. Арабиноксиланы являются основными полисахаридами, присутствующими в зерновых культурах. При гидролизе арабиноксиланов кишечной микрофлорой образуются арабиноксилановые олигосахариды. В эксперименте на мышах линии C57BL/6J, получавших высокожировой рацион, показано протективное действие арабиноксилана на развитие жирового гепатоза и снижение уровней провоспалительных цитокинов ФНОα и ИЛ-6 [35]. Кроме того, отмечена нормализация микробиоты кишечника с увеличением относительной численности Bifidobacterium и Akkermansia и снижением содержания Anaerotruncus, Helicobacter, Coprococcus и Desulfovibrio spp.

Важное значение для иммунной регуляции организма человека имеют различные метаболиты, которые образуются в результате анаэробной ферментации пищевых волокон кишечной микробиотой. Основными из них являются короткоцепочечные жирные кислоты (КЦЖК), которые включают ацетат, пропионат и бутират [36]. Предшественниками бутирата - КЦЖК, участвующей в регуляции энергетического метаболизма, - выступают арабиноксиланы. КЦЖК выполняют свою иммунорегуляторную функцию как внеклеточные, так и внутриклеточные сигнальные молекулы [37]. Внеклеточно КЦЖК могут действовать как лиганды для рецепторов, связанных с G-белком клеточной поверхности, таких как GPR41, GPR43 и GPR119, и косвенно регулировать иммунную функцию. КЦЖК могут также связываться с GPR43 на поверхности нейтрофилов и эозинофилов, снижая воспалительный процесс в кишечнике. Внутриклеточно КЦЖК могут ингибировать деацетилазы гистонов и регулировать транскрипцию генов, например, индуцировать ацетилирование транскрипционного фактора FoxP3 и синтез клеток FoxP3+Treg толстой кишки для усиления их иммуносупрессивной функции [38]. Доказана положительная роль КЦЖК в индукции иммунной толерантности при основных типах аутоиммунных заболеваний, включая сахарный диабет 1 типа, рассеянный склероз, ревматоидный артрит и системную красную волчанку [39]. КЦЖК являются основным энергетическим источником для клеток толстой и подвздошной кишки, укрепляют барьерные функции кишечного эпителия, регулируя экспрессию соответствующих генов. Кроме того, КЦЖК являются субстратами для синтеза углеводов и липидов, что обеспечивает их участие в регуляции метаболизма и энергетического гомеостаза [40].

Выводы

На основании проведенного исследования можно сделать следующие выводы:

1. Регулярные интенсивные физические нагрузки спортсменов в тренировочный период не оказали существенного влияния на количественный состав субпопуляций лимфоцитов периферической крови.

2. У спортсменов основной группы обнаружена тенденция к снижению абсолютного содержания Т-хелперов (CD3⁺CD4⁺) к концу периода наблюдения, что может быть следствием активного рекрутирования лимфоцитов из периферической крови в очаги микроповреждений.

3. У спортсменов группы сравнения к концу периода наблюдения отмечается рост содержания в периферической крови провоспалительных цитокинов ИЛ-9, ИЛ-15 и хемокина RANTES с одновременным повышением уровня ИЛ-1ra, что свидетельствует о наличии воспалительных и репаративных процессов, обусловленных, очевидно, наличием микротравм мышечной ткани.

4. В основной группе спортсменов к концу периода наблюдения отмечено достоверное снижение уровня G-CSF, обладающего провоспалительной активностью.

5. Снижение содержания в периферической крови провоспалительных цитокинов и факторов роста к концу периода наблюдения у спортсменов основной группы относительно группы сравнения свидетельствует о протективном влиянии приема мультиштаммового пробиотика в комплексе с пищевыми волокнами.

6. Включение мультиштаммового пробиотика и пищевых волокон в рацион спортсменов основной группы обеспечивает снижение апоптоза лимфоцитов и интенсивности воспаления за счет влияния на механизмы цитокиновой регуляции репаративных процессов в мышечной ткани.

Таким образом, результаты наблюдения спортсменов-баскетболистов, употреблявших в течение 23 дней дополнительно к основному рациону мультиштаммовый пробиотик в комплексе с кукурузными отрубями, источниками арабиноксиланов, свидетельствуют о снижении активности воспалительного процесса и апоптоза лимфоцитов периферической крови, что подтверждает эффективность применения пробиотиков и пищевых волокон в спортивном питании.

¹ "Единые санитарно-эпидемиологические и гигиенические требования к товарам, подлежащим санитарно-эпидемиологическому надзору (контролю)" (Глава II, раздел 1, Приложение 5).

² ТР ТС 022/2011 "Пищевая продукция в части ее маркировки" (Приложение 2).

Литература

1. Suzuki K., Castell L.M., Senchina D., Stear S., Fernandez M.L. Recent progress in applicability of exercise immunology and inflammation research to sports nutrition // Nutrients. 2021. Vol. 13, N 12. P. 4299. DOI: https://doi.org/10.3390/nu13124299
2. Kurowski M., Seys S., Bonini M., Del Giacco S., Delgado L., Diamant Z. et al. Physical exercise, immune response, and susceptibility to infections-current knowledge and growing research areas // Allergy. 2022. Vol. 77, N 9. P. 2653-2664. DOI: https://doi.org/10.1111/all.15328
3. Simpson R.J., Campbell J.P., Gleeson M., Krüger K., Nieman D.C., Pyne D.B. et al. Can exercise affect immune function to increase susceptibility to infection? // Exerc. Immunol. Rev. 2020. Vol. 26. P. 8-22.
4. Cicchella A., Stefanelli C., Massaro M. Upper respiratory tract infections in sport and the immune system response. a review // Biology (Basel). 2021. Vol. 10, N 5. P. 362. DOI: https://doi.org/10.3390/biology10050362
5. Burtscher J., Burtscher M., Millet G.P. (Indoor) isolation, stress, and physical inactivity: vicious circles accelerated by COVID-19? // Scand. J. Med. Sci. Sports. 2020. Vol. 30. P. 1544-1545. DOI: https://doi.org/10.1111/sms.13706

6. Costa R.J.S., Snipe R.M.J., Kitic C.M., Gibson P.R. Systematic review: exercise-induced gastrointestinal syndrome-implications for health and intestinal disease // Aliment. Pharmacol. Ther. 2017. Vol. 46. P. 246-265. DOI: https://doi.org/10.1111/apt.14157

7. Malsagova K.A., Astrelina T.A., Balakin E.I., Kobzeva I.V., Adoeva E.Y., Yurku K.A. et al. Influence of sports training in foothills on the professional athlete’s immunity // Sports (Basel). 2023. Vol. 11, N 2. P. 30. DOI: https://doi.org/10.3390/sports11020030

8. Suzuki K., Tominaga T., Ruhee R.T., Ma S. Characterization and modulation of systemic inflammatory response to exhaustive exercise in relation to oxidative stress // Antioxidants. 2020. Vol. 9. P. 401. DOI: https://doi.org/10.3390/antiox9050401

9. Suzuki K. Cytokine response to exercise and its modulation // Antioxidants. 2018. Vol. 7, N 1. Р. 17. DOI: https://doi.org/10.3390/antiox7010017

10. Ding Y., Xu X. Effects of regular exercise on inflammasome activation-related inflammatory cytokine levels in older adults: a systematic review and meta-analysis // J. Sport Sci. 2021. Vol. 39, N 20. P. 2338-2352. DOI: https://doi.org/10.1080/02640414.2021.1932279

11. Lancaster G.I., Halson S.L., Khan Q., Drysdale P., Wallace F., Jeukendrup A.E. et al. Effects of acute exhaustive exercise and chronic exercise training on type 1 and type 2 T lymphocytes // Exerc. Immunol. Rev. 2004. Vol. 10. P. 91-106.

12. Брагина Т.В., Шевелева С.А., Елизарова Е.В., Рыкова С.М., Тутельян В.А. Структура маркеров микробиоты кишечника в крови у спортсменов и их взаимосвязь с рационом питания // Вопросы питания. 2022. Т. 91, № 4. С. 35-46. DOI: https://doi.org/10.33029/0042-8833-2022-91-4-35-46

13. Hughes R.L., Holscher H.D. Fueling gut microbes: a review of the interaction between diet, exercise, and the gut microbiota in athletes // Adv. Nutr. 2021. Vol. 12, N 6. P. 2190-2215. DOI: https://doi.org/10.1093/advances/nmab077

14. Jäger R., Mohr A.E., Carpenter K.C., Kerksick C.M., Purpura M., Moussa A. et al. International Society of Sports Nutrition Position Stand: probiotics // J. Int. Soc. Sports Nutr. 2019. Vol. 16. P. 62. DOI: https://doi.org/10.1186/s12970-019-0329-0

15. Maughan R.J., Burke L.M, Dvorak J., Larson-Meyer D.E., Peeling P., Phillips S.M. et al. IOC consensus statement: dietary supplements and the high-performance athlete // Br. J. Sports Med. 2018. Vol. 52. P. 439-455. DOI: https://doi.org/10.1136/bjsports-2018-099027

16. Трушина Э.Н., Выборнов В.Д., Ригер Н.А., Мустафина О.К., Солнцева Т.Н., Тимонин А.Н. и др. Эффективность использования аминокислот с разветвленной цепью (ВСАА) в питании спортсменов-единоборцев // Вопросы питания. 2019. Т 88, № 4. С. 48-56. DOI: https://doi.org/10.24411/0042-8833-2019-10041

17. Ярец Ю.И. Интерпретация результатов иммунограммы: практическое пособие для врачей. Гомель: ГУ "РНПЦ РМиЭЧ", 2020. 38 с. URL: https://www.rcrm.by/upload/science/posob_doctor/2020-17.pdf

18. Fu X., Xiao J., Wei Y., Li S., Liu Y., Yin J. et al. Combination of inflammation-related cytokines promotes long-term muscle stem cell expansion // Cell Res. 2015. Vol. 25, N 6. P. 655-673. DOI: https://doi.org/10.1038/cr.2015.58

19. Fang J., Zhang S., Liu Z., Pan Y., Cao L., Hou P. et al. Skeletal muscle stem cells confer maturing macrophages anti-inflammatory properties through insulin-like growth factor-2 // Stem Cells Transl. Med. 2020. Vol. 9, N 7. P. 773-785. DOI: https://doi.org/10.1002/sctm.19-0447

20. Hamilton J.A. Colony-stimulating factors in inflammation and autoimmunity // Nat. Rev. Immunol. 2008. Vol. 8. P. 533-544. DOI: https://doi.org/https://doi.org/10.1038/nri2356

21. Nagaraju K., Raben N., Merritt G., Loeffler L., Kirk K., Plotz P. A variety of cytokines and immunologically relevant surface molecules are expressed by normal human skeletal muscle cells under proinflammatory stimuli // Clin. Exp. Immunol. 1998. Vol. 113, N 3. P. 407-414. DOI: https://doi.org/10.1046/j.1365-2249.1998.00664.x

22. Yang W., Hu P. Skeletal muscle regeneration is modulated by inflammation // J. Orthop. Translat. 2018. Vol. 7, N 13. P. 25-32. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jot.2018.01.002

23. Rojas-Zuleta W.G., Sanchez E. IL-9: function, sources, and detection Th9 cells // Methods Mol. Biol. 2017. Vol. 1585. P. 21-35. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4939-6877-0_2

24. Steel J.C., Waldmann T.A., Morris J.C. Interleukin-15 biology and its therapeutic implications in cancer // Trends Pharmacol. Sci. 2012. Vol. 33, N 1. P. 35-41. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tips.2011.09.004

25. Zeng Z., Lan T., Wei Y., Wei X. CCL5/CCR5 axis in human diseases and related treatments // Genes Dis. 2002. Vol. 9, N 1. P. 12-27. DOI: https://doi.org/10.1016/j.gendis.2021.08.004

26. Arnold L., Henry A., Poron F., Baba-Amer Y., van Rooijen N., Plonquet A. et al. Inflammatory monocytes recruited after skeletal muscle injury switch into antiinflammatory macrophages to support myogenesis // J. Exp. Med. 2007. Vol. 204, N 5. P. 1057-1069. DOI: https://doi.org/10.1084/jem.20070075

27. Burzyn D., Kuswanto W., Kolodin D., Shadrach J.L., Cerletti M., Jang Y. et al. A special population of regulatory T cells potentiates muscle repair // Cell. 2013. Vol. 155, N 6. P. 1282-1295. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2013.10.054

28. Guo Y.-T., Peng Y.-C., Yen H.-Y., Wu J.-C., Hou W.-H. Effects of probiotic supplementation on immune and inflammatory markers in athletes: a meta-analysis of randomized clinical trials // Medicina (Kaunas). 2022. Vol. 58, N 9. P. 1188. DOI: https://doi.org/10.3390/medicina58091188

29. Plaza-Diaz J., Gomez-Llorente C., Fontana L., Gil A. Modulation of immunity and inflammatory gene expression in the gut, in inflammatory diseases of the gut and in the liver by probiotics // World J. Gastroenterol. 2014. Vol. 20. P. 15 632-15 649. DOI: https://doi.org/10.3748/wjg.v20.i42.15632

30. La Fata G., Weber P., Mohajeri M.H. Probiotics and the gut immune system: indirect regulation // Probiotics Antimicrob. Proteins. 2018. Vol. 10, N 1. P. 11-21. DOI: https://doi.org/10.1007/s12602-017-9322-6

31. Hiramatsu Y., Hosono A., Konno T., Nakanishi Y., Muto M., Suyama A. et al. Orally administered Bifidobacterium triggers immune responses following capture by CD11c(+) cells in Peyer’s patches and cecal patches // Cytotechnology. 2011. Vol. 63. P. 307-317. DOI: https://doi.org/10.1007/s10616-011-9349-6

32. Tanes C., Bittinger K., Gao Y., Friedman E.S., Nessel L., Paladhi U.R. et al. Role of dietary fiber in the recovery of the human gut microbiome and its metabolome // Cell Host Microbe. 2021. Vol. 29, N 3. P. 394-407.e5. DOI: https://doi.org/10.1016/j.chom.2020.12.012

33. Prasadi N., Joye I.J. Dietary fibre from whole grains and their benefits on metabolic health // Nutrients. 2020. Vol. 12, N 10. P. 3045. DOI: https://doi.org/10.3390/nu12103045

34. Handbook of Hydrocolloids. 2nd ed. / eds G.O. Phillips, P.A. Williams. Woodhead Publishing, 2009. 948 р. Hardback ISBN: 978-1-84569-414-2. eBook ISBN: 9781845695873.

35. Luo S., He L., Zhang H., Li Z., Liu C., Chen T. Arabinoxylan from rice bran protects mice against high-fat diet-induced obesity and metabolic inflammation by modulating gut microbiota and short-chain fatty acids // Food Funct. 2022. Vol. 13, N 14. P. 7707-7719. DOI: https://doi.org/10.1039/d2fo00569g

36. Zhang D., Jian Y.-P., Zhang Y.-N., Li Y., Gu L.-T., Sun H.-H. et al. Short-chain fatty acids in diseases // Cell Commun. Signal. 2023. Vol. 21, N 1. P. 212. DOI: https://doi.org/10.1186/s12964-023-01219-9

37. de Vos W.M., Tilg H., Van Hul M., Cani P.D. Gut microbiome and health: mechanistic insights // Gut. 2022. Vol. 71, N 5. P. 1020-1032. DOI: https://doi.org/10.1136/gutjnl-2021-326789

38. Hu M., Alhamwe B.A., Santner-Nanan B., Miethe S., Harb H., Renz H. et al. Short-chain fatty acids augment differentiation and function of human induced regulatory T cells // Int. J. Mol. Sci. 2022. Vol. 23, N 10. P. 5740. DOI: https://doi.org/10.3390/ijms23105740

39. Kim C.H. Complex regulatory effects of gut microbial short-chain fatty acids on immune tolerance and autoimmunity // Cell. Mol. Immunol. 2023. Vol. 20, N 4. P. 341-350. DOI: https://doi.org/10.1038/s41423-023-00987-1

40. Yao Y., Cai X., Fei W., Ye Y., Zhao M., Zheng C. The role of short-chain fatty acids in immunity, inflammation and metabolism // Crit. Rev. Food Sci. Nutr. 2022. Vol. 62, N 1. P. 1-12. DOI: https://doi.org/10.1080/10408398.2020.1854675

Материалы данного сайта распространяются на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License («Атрибуция - Всемирная»)