95
Badania ostatnich kilku lat doprowadziły do identyfikacji cytokin, jako cząsteczek
łączących odpowiedz zapalną i immunologiczną z aktywnością metaboliczną
mięśni szkieletowych. Zaobserwowano, że część cytokin uwalnianych z komórek
podczas wysiłku fizycznego pochodzi z włókien mięśniowych i pełni rolę sty-
mulatorów i regulatorów procesów istotnych w adaptacji do wysiłku fizycznego.
CzÄ…steczki te nazwano miokinami.
Agnieszka Zembroń-Aacny, Joanna Ostapiuk-Karolczuk
Udział cytokin
w metabolizmie
mięśni szkieletowych
Cytokiny to duża grupa glikoprotein otrzymali w 1986 roku nagrodę Nobla
sygnalizacyjnych, o szerokim zakre- z dziedziny fizjologii i medycyny (www.
sie działania. Ich nazwa wywodzi się nobelprize.org).
z greckich słów citos, czyli komórka Do tej pory zidentyfikowano ponad
oraz kinesis ruch. Za odkrycie pierw- sto kilkadziesiÄ…t cytokin pro- i przeciw-
szych związków należących do tej grupy zapalnych, wśród których przynajmniej
Rita Levi-Montalcini i Stanley Cohen kilkanaście jest uwalnianych w odpowie-
dzi na wysiłek fizyczny (tab.1). Począt-
Z Zakładu Biochemii i Medycyny Sportu,
kowo kojarzono je wyłącznie z układem
Zamiejscowego Wydziału Kultury Fizycznej
immunologicznym, stąd określenie hor-
w Gorzowie Wlkp., Akademii Wychowania
mony układu immunologicznego. Obec-
Fizycznego w Poznaniu. Praca przygotowana
nie wiadomo, że cytokiny są wydzielane,
w ramach grantu N N404 155534.
Sport Wyczynowy 2008, nr 10-12/526-528
Agnieszka Zembroń-Aacny, Joanna Ostapiuk-Karolczuk
96
Tabela 1.
Podział cytokin oparty na funkcji danej grupy.
Grupa Cytokiny * Funkcje
Interleukiny IL-1², IL-1ra, Komunikacja komórek immunologicznych wzajemne
IL-2, IL-3, IL-4, pobudzanie i hamowanie działania, krwiotworzenie,
IL-6, IL-8, IL-10 indukcja białek HSP, wzrost naczyń krwionośnych.
Hematopoetyny M-CSF, G-CSF, Różnicowanie komórek szpiku kostnego powstawanie
GM-CSF, EPO granulocytów, makrofagów, erytrocytów.
Interferony IFNł Obrona przeciwwirusowa, przechodzenie makrofagów
do tkanek i ich pobudzenie.
Chemokiny MCP-1 Chemotaksja tworzenie gradientu chemotaktycznego,
aktywacja, proliferacja i różnicowanie komórek
immunologicznych.
Czynniki wzrostu TGFÄ…, TGF², Proliferacja i różnicowanie fibroblastów, miocytów,
BDNF neuronów, wzrost naczyń krwionośnych.
Nadrodzina TNF TNFą, TNFł Indukcja procesów katabolicznych, apoptoza,
chemotaksja, różnorodne efekty związane ze zmianą
ekspresji licznych genów.
*W tabeli wymieniono cytokiny, których zmiany obserwowano pod wpływem wysiłku fizycznego (8, 9, 34, 37).
poza leukocytami, także przez komórki z ich wyjątkowymi cechami; plejo-
śródbłonka, mięśni, tkanki tłuszczo- tropia zdolność określonej cytokiny
wej, łącznej, nerwowej, naskórka i in. do oddziaływania na wiele komórek,
Aącząc się z odpowiednim receptorem redundacja wywołanie tego samego
oddziałują na te same komórki, które efektu przez różne cytokiny, antago-
je wydzielają (działanie autokrynowe), nizm wzajemne blokowanie efektów
na komórki w najbliższym sąsiedztwie działania, synergizm współdziałanie
(działanie parakrynowe) lub na komórki oraz zdolność do indukowania kaskad
znajdujące się w innych narządach (dzia- sprzężeń zwrotnych dodatnich i ujem-
Å‚anie endokrynowe) (6). nych (6).
Cytokiny są mediatorami reakcji Cytokiny w biochemii wysiłku fi-
zapalnych i immunologicznych oraz zycznego pojawiły się w trakcie poszu-
stymulatorami i regulatorami procesów kiwań czynników łączących aktywność
daleko wykraczających poza funkcje mięśni z odpowiedzią immunologicz-
układu immunologicznego, jak krwio- ną. Pierwszymi, którzy zaobserwowali
tworzenie (erytropoeza), wzrost sieci wzrost stężenia cytokin w mięśniach
naczyń krwionośnych (angiogeneza), szkieletowych, byli Cannon i wsp. (1).
rozkÅ‚ad glikogenu i lipidów (glikoge- Ich badania dotyczyÅ‚y IL-1², uwal-
noliza, lipoliza). Różnorodność efektów nianej kilka godzin po zakończeniu
wywieranych przez cytokiny wiąże się 60-minutowego wysiłku o obciążeniu
Udział cytokin w metabolizmie mięśni szkieletowych
97
60% VO2max. Kolejne badania prowa- kogenoliza w wÄ…trobie, lipoliza w tkance
dzone od lat 90-tych wykazały, że sys- tłuszczowej (23). Czynnikiem wzmac-
tematyczna aktywność fizyczna istotnie niającym tę odpowiedz jest uszkodzenie
zmniejsza poziom prozapalnych cytokin. włókien mięśniowych podczas wysiłku,
Natomiast ilość uwalnianych pro- i prze- które indukuje uwolnienie prozapalnych
ciwzapalnych cytokin pod wpÅ‚ywem cytokin, jak TNFÄ… i IL-1², peÅ‚niÄ…cych
jednorazowego wysiłku zależy od jego rolę wtórnych cząsteczek sygnalizacyj-
intensywności i czasu trwania oraz ob- nych stymulujących wytwarzanie IL-6
szaru aktywnych mięśni (9, 20, 25, i czynników wzrostowych inicjujących
37). Największe zmiany obserwowano proliferację komórek satelitarnych i re-
w odpowiedzi na wysiłki wytrzymało- konstrukcję włókien mięśniowych (27,
ściowe trwające dłużej niż 2 godziny, 29). W efekcie dochodzi do zmian me-
tj. maksymalnie 120-krotny wzrost IL-6 tabolicznych przystosowujÄ…cych za-
i 60-krotny wzrost IL-10, 40-krotny IL- wodnika do wysokich obciążeń fizycz-
1ra, 6-krotny IL-8 oraz 3-krotny wzrost nych.
poziomu TNFÄ… i IL-1². Mniejsze zmiany
występowały po submaksymalnych wy-
Indukcja
siłkach koncentrycznych trwających do
i rozwój odpowiedzi zapalnej
2 godzin, tj. 10-krotny IL-8, 5-krotny
na wysiłek fizyczny
wzrost IL-6, 50% wzrost TNFÄ… i IL-1ra
oraz brak zmian IL-1². WysiÅ‚ki kon- Bodzcem do wydzielania cytokin
centryczne trwające do 30 minut oraz podczas wysiłku fizycznego są skurcze
krótkotrwałe wysiłki ekscentryczne indu- mięśni i towarzyszące im uszkodzenia
kowały znacznie słabszą odpowiedz cy- włókien mięśniowych, które inicjują
tokinowÄ…, maksymalnie 2-krotny wzrost odpowiedz zapalnÄ… (ang. inflammatory
IL-6, 35% wzrost IL-8, 25% spadek response to exercise, IRE), zapoczÄ…tko-
IL-10, 17% wzrost IL-1², brak lub spa- wanÄ… uwalnianiem czynników chemo-
dek stężenia TNFą (9, 19, 20, 37). taktycznych oddziałujących na komórki
Analiza zmian stężenia cytokin immunologiczne rozpoczynające szybki
u osób aktywnych fizycznie pozwoliła proces naprawy (ryc. 1). Neutrofile poja-
wyjaśnić ich biologiczne właściwości wiają się w miejscu uszkodzenia w ciągu
oraz ustalić przyczyny i skutki uwal- kilku godzin i są obecne do 24 godzin,
niania tych cząsteczek pod wpływem następnie wkraczają makrofagi obecne
wysiłku fizycznego. Zaobserwowano, do 14 dni od zakończenia wysiłku. Do
że jednym z czynników odpowiedzial- czynników aktywujących neutrofile
nych za wzrost wytwarzania cytokin jest należą m.in. cytokiny prozapalne TNFą
kryzys energetyczny, który pojawia siÄ™ i IL-1², bÄ™dÄ…ce jednoczeÅ›nie aktywatora-
podczas długotrwałych wysiłków. Spa- mi enzymu oksydazy NADPH, która ka-
dek zasobów glikogenu w mięśniach sty- talizuje generację reaktywnych form tle-
muluje uwalnianie IL-6 i jest sygnałem nu (ang. reactive oxygen species, ROS).
do uruchomienia zapasów energii gli- ZwiÄ™kszona ekspresja TNFÄ… i IL-1²
Ryc. 1. Schemat odpowiedzi zapalnej na wysiÅ‚ek fizyczny (IRE). Czynniki chemotaktyczne TNFÄ… i IL-1²; Cytokiny aktywujÄ…ce makrofagi IFNÅ‚;
Czynniki wzrostu TGF², PDGF, IL-6; Reaktywne formy tlenu ROS; Markery uszkodzenia mięśni kinaza keratynowa CK i mioglobina Mb
(20, modyfikacja własna).
98
Agnieszka Zembroń-Aacny, Joanna Ostapiuk-Karolczuk
Udział cytokin w metabolizmie mięśni szkieletowych
99
w mięśniach jest obserwowana nawet do hamują generację ROS poprzez bloko-
5 dni po wysiłku (6, 20). wanie aktywności prozapalnych cytokin
Aktywowane neutrofile i makrofagi TNFÄ… i IL-1². Przywrócenie równowagi
usuwają fragmenty uszkodzonej tkanki pomiędzy cytokinami pro- i przeciwza-
mięśniowej i uwalniają czynniki wzro- palnymi zapobiega nadmiernej kumulacji
stowe biorące udział w procesach na- ROS oraz gwarantuje pełną odbudowę
prawczych, jak transformujący czynnik mięśni szkieletowych (20). W nielicz-
wzrostu (ang. transforming growth fac- nych badaniach stwierdzono zależność
tor, TGF²). Komórki satelitarne, które pomiÄ™dzy markerami aktywnoÅ›ci ROS
stanowią potencjał regeneracyjny mięśni, a poziomem cytokin (35, 41).
uwalniają płytkopochodny czynnik wzro- Pojawienie się ROS w uszkodzonych
stu (ang. platelet-derived growth factor, włóknach mięśniowych sprzyja restruk-
PDGF) oraz cytokinę IL-6, które stymu- turyzacji (ang. remodeling) mięśni i ada-
lują proliferację (wzrost liczby komórek) ptacji do wysiłku fizycznego z dwóch
i różnicowanie komórek w miejscu powodów. Pierwszy, to współudział ROS
gojenia. Czynnik PDGF, podobnie jak w aktywacji czynników transkrypcyjnych
TNFÄ… i IL-1², zwiÄ™ksza wytwarzanie m.in. czynnika jÄ…drowego ºB (NF-ºB)
ROS. Natomiast IL-6 oraz cytokiny regulującego ekspresję 300 genów, w
przeciwzapalne IL-1ra, IL-4 i IL-10, tym także genów cytokin (32). Według Ji
wysiłek fizyczny
IL-1ra
IL-6
IL-15
IL-18
TNFÄ…
IL-10
IL-8
IL-1²
BDNF
Ryc. 2. MIOKINY:
cytokiny uwalniane
przez aktywne miÄ™-
śnie szkieletowe
Agnieszka Zembroń-Aacny, Joanna Ostapiuk-Karolczuk
100
i wsp. (11) aktywacja NF-ºB stymulo- wysiÅ‚ków o zmiennej intensywnoÅ›ci,
wana skurczami mięśni leży u podstaw którym może towarzyszyć uszkodzenie
adaptacji do wysiłku fizycznego. Drugi włókien mięśniowych (23, 41). Następ-
powód to indukcja proteasomów orga- nie wykazano, że ekspresja niektórych
nelli komórkowych wyspecjalizowanych miokin zależy od typu włókien mię-
w degradacji uszkodzonych cząsteczek śniowych. Poziom transkryptów dla
białka, m.in. aktyny szczególnie wraż- TNFą, IL-15 i IL-18 jest wyższy we
liwej na ROS. Ostatecznie zwiększa to włóknach typu II (szybkokurczliwych),
obrót białka i intensyfikuje efekt anabo- natomiast dla IL-6 we włóknach typu I
liczny wysiłku fizycznego (28). Niemniej (wolnokurczliwych) (17, 27). Zmiany
jednak utrata kontroli nad wytwarzaniem stężenia miokin we krwi są największe
ROS przez mechanizmy antyoksydacyjne po pierwszej próbie wysiłkowej, nato-
może zahamować proliferację i różnico- miast powtarzanie wysiłku o tym samym
wanie komórek satelitarnych i osłabić obciążeniu zmniejsza odpowiedz cytoki-
przyrost mięśni szkieletowych (39). nową efekt adaptacji (9).
W efekcie tych porównań miokiny
Rola biologiczna miokin zyskały funkcje czynników przydatnych
w biochemicznej charakterystyce wyko-
uwalnianych pod wpływem
nanej pracy fizycznej lub stopnia zaan-
wysiłku fizycznego
gażowania danego typu mięśni podczas
Termin miokiny (ang. myokines) wysiłku fizycznego.
zostaÅ‚ zaproponowany przez Pedersen Interleukina 1² (IL-1²) zostaÅ‚a od-
i Febbraio w 2005 roku w stosunku do kryta w 1948 roku przez Bessona, jako
cytokin wydzielanych przez miocyty, cząsteczka pirogenna, czyli wywołująca
czyli włókna mięśniowe (21). Pierwszą gorączkę. Kilkanaście lat pózniej opisa-
cytokiną, której ekspresję stwierdzono no grupę interleukin IL-1 wykazujących
w miocytach, była IL-6 (5). Następnie podobne właściwości biologiczne, której
zaobserwowano, że skurcze mięśni sty- reprezentacyjnÄ… cytokinÄ… jest IL-1² wy-
mulują ekspresję genów kilku innych dzielana przez komórki immunologiczne,
cytokin pro- i przeciwzapalnych oraz glejowe, naskórka, śródbłonka i mięśni
czynników wzrostowych, jak BDNF szkieletowych (10, 26). Induktorami
(ang. brain-derived neurotrophic factor) wytwarzania IL-1² sÄ… m.in. interleuki-
(ryc. 2) (3, 8, 10, 18, 23, 27, 31). Stwier- ny IL-2, IL-3, IL-12, TNFÄ… oraz sama
dzono, że o ilości uwalnianych mio- IL-1 (6).
kin decyduje rodzaj skurczu. Skurcze IL-1² jest cytokinÄ… prozapalnÄ…
koncentryczne stymulujÄ… wydzielanie i czynnikiem chemotaktycznym przy-
z mięśni IL-6 i IL-8, podczas gdy izo- ciągającym i aktywującym neutrofile
metryczne i ekscentryczne zwiększają w miejsce reakcji zapalnej. Indukuje
uwalnianie IL-15. Natomiast ilość TNFą syntezę IL-6, IL-8 przez makrofagi, fi-
rośnie we krwi tylko podczas ostrych broblasty, komórki śródbłonka i mięśni,
Udział cytokin w metabolizmie mięśni szkieletowych
101
IL-2 i receptora dla IL-2 przez limfo- Interleukina 6 (IL-6) po raz pierw-
cyty T, wytwarzanie przeciwciał przez szy została opisana przez zespół Mu-
limfocyty B, proliferację fibroblastów raguchi ego w 1981 roku, jako czyn-
i miocytów poprzez pobudzenie wydzie- nik 2 aktywujący limfocyty B (ang.
lania czynnika PDGF. IL-1² stymuluje B-cell factor 2, BSF2) (26). IL-6 jest
wytwarzanie ROS, prostaglandyn i czyn- wytwarzana przez komórki immuno-
nika aktywującego płytki, zwiększa logiczne śródbłonka, tkanki łącznej,
przepuszczalność śródbłonka, indukuje tłuszczowej, naskórka i komórki mięśni
aktywność prokoagulacyjną itp. Należy szkieletowych. Bezpośrednimi czynni-
dodać, że komórki immunologiczne, kami indukującymi ekspresję genu IL-6
a prawdopodobnie także mięśnie, wy- w mięśniach szkieletowych są zmiany
twarzają antagonistę receptora dla IL-1 zawartości glikogenu, stężenia jonów
(IL-1ra), który blokuje działanie tej wapnia i reaktywnych form tlenu
cytokiny i tym samym hamuje reakcję (4, 6). Zaobserwowano, że ekspresja
zapalnÄ… (6, 7). genu IL-6 jest bardziej nasilona we
IL-1², obok IL-6 oraz TNFÄ…, jest włóknach wolnokurczliwych i wprost
jedną z najszybciej uwalnianych cytokin proporcjonalna do ilości nadtlenku wo-
pod wpływem długotrwałego wysiłku doru wytwarzanego podczas przemian
fizycznego (19). Podwyższony poziom tlenowych (13, 27).
IL-1² w mięśniach może utrzymywać IL-6 jest wielokierunkowo dziaÅ‚ajÄ…cÄ…
się nawet do 5 dni. Według niektórych cytokiną. Aktywuje limfocyty T, reguluje
autorów przedłużająca się obecność wzrost i różnicowanie limfocytów B,
IL-1² ma dwojakie znaczenie. IL-1² stymuluje uwalnianie z wÄ…troby biaÅ‚ek
uczestniczy w rekonstrukcji uszkodzo- opiekuńczych HSP (ang. heat shock
nych włókien mięśniowych poprzez proteins), których ekspresja wzrasta,
aktywację fagocytów i enzymów pro- gdy komórki są narażone na działanie
teolitycznych. IL-1² stymuluje także czynników stresowych, np. wysokÄ…
syntezę czynnika wzrostowego BDNF temperaturę lub ROS. Należy podkre-
(ang. brain-derived neurotrophic factor) ślić, że białka HSP wykazują działanie
regulującego proliferację, różnicowanie przeciwzapalne, a niektóre z nich, jak
i przeżycie komórek neuronalnych oraz np. HSP72, łącząc się z powierzchnią
wzmacnia wytwarzanie ROS uczest- błony miocytów, mogą inicjować syntezę
niczących w ekspresji genów (1, 31). IL-6 (6, 22). IL-6 ujawnia także swoje
Z drugiej strony zaobserwowano inhibi- działanie przeciwzapalne poprzez stymu-
cję transportu glukozy oraz syntezy biał- lację uwalniania cytokin IL-ra i IL-10.
ka w mięśniach szkieletowych szczurów Ponadto synergistycznie z IL-3 i IL-4 po-
potraktowanych IL-1² (15). Jednoznacz- budza erytropoezÄ™ i angiogenezÄ™, co ma
ne wyjaÅ›nienie roli IL-1² w procesach ogromny wpÅ‚yw na poziom wydolnoÅ›ci
adaptacji do wysiłku fizycznego wymaga zawodników (4). Niedawno Steinberg
dalszych badań. i wsp. (35) wykazali pozytywną kore-
Agnieszka Zembroń-Aacny, Joanna Ostapiuk-Karolczuk
102
lację pomiędzy zmianami stężenia IL-6 tomiast wysoka produkcja mleczanów
we krwi a poziomem VO2max. w mięśniach podczas krótkotrwałych
IL-6 uczestniczy w gospodarce ener- intensywnych ćwiczeń hamuje jej wy-
getycznej poprzez regulację poziomu dzielanie przez mięśnie (37). Z naszych
glukozy i wolnych kwasów tłuszczowych badań wynika, że poziom IL-6 we krwi
(WKT) we krwi. Zaobserwowano, że sportowców poddawanych bardzo dużym
obniżenie zawartości glikogenu w mię- i długotrwałym obciążeniom wysiłko-
śniach szkieletowych podczas wysiłku wym zmienia się wyraznie w poszcze-
fizycznego stymuluje wytwarzanie IL-6 gólnych okresach treningowych. We
w komórkach mięśniowych, a dożylne krwi koszykarzy stężenie IL-6 było
podanie ludzkiej zrekombinowanej IL-6 najwyższe w okresie przygotowaw-
intensyfikuje glikogenolizę i uwalnianie czym, gdzie dominowały wysiłki oparte
glukozy z wÄ…troby. Stwierdzono tak- na metabolizmie tlenowym. W okresie
że, że IL-6 hamuje wątrobowy enzym przygotowawczym stwierdziliśmy także
syntazę i aktywuje fosforylazę gliko- wysoką dodatnią korelację pomiędzy
genu. Niektórzy autorzy zaobserwowali markerami aktywności ROS a IL-6, co
aktywację błonowych transporterów nie tylko potwierdza udział ROS w uwal-
glukozy przez IL-6 (23). W przypadku nianiu tej cytokiny do krwi, ale również
gospodarki lipidowej stwierdzono, że możliwość modulacji poziomu IL-6
IL-6 stymuluje lipolizę w tkance tłusz- i procesów związanych z tą cytokiną za
czowej, zwiększa stężenie triglicerydów pomocą antyoksydantów (41). Takie
i WKT we krwi oraz nasila ²-oksydacjÄ™ próby badawcze podjęło kilku autorów,
kwasów tłuszczowych w komórkach którzy stosowali N-acetylo-L-cysteinę
mięśniowych (21). i witaminy antyoksydacyjne, z różnym
W najnowszych badaniach wyka- skutkiem (2, 24, 38, 40).
zano, że IL-6 uwalniana przez włókna Interleukina 8 (IL-8) została odkryta
mięśniowe i towarzyszące im komórki w 1987 roku przez zespół Yoshimu-
satelitarne w sposób parakrynowy i au- ry. Początkowo znana była pod różny-
tokrynowy stymuluje podziały komórek mi nazwami, jak czynnik aktywujący
satelitarnych, zwiększając masę mięśni neutrofile (ang. neutrophil activating
szkieletowych. Uszkodzenie genu IL-6 factor, NAF) czy peptyd chemotak-
znosi zdolność komórek satelitarnych tyczny granulocytów (ang. granulocyte
do podziałów i osłabia przyrost mięśni chemotactic peptide, GCP). Ostatecznie
(33). w roku 1989 nazwano jÄ… interleukinÄ… 8
IL-6 jest uwalniana w największych (26). IL-8 jest uwalniana z monocytów,
ilościach w porównaniu do innych cy- komórek śródbłonka i mięśni szkieleto-
tokin i jako jedyna pojawia się już wych w odpowiedzi na rosnące stężenie
w trakcie wysiÅ‚ku. Stężenie IL-6 we IL-1², TNFÄ… i reaktywnych form tlenu.
krwi może wzrosnąć nawet 120-krotnie IL-8 jest najlepiej znanym czynnikiem
u maratończyków i triatlonistów, na- chemotaktycznym przyciągającym i ak-
Udział cytokin w metabolizmie mięśni szkieletowych
103
tywującym neutrofile, połączone z wy- przepony w odpowiedzi na infekcję bak-
twarzaniem reaktywnych form tlenu teryjnÄ… (3).
w tych komórkach (6, 23). Poziom IL-10 we krwi zwiększa się
Podobnie, jak w przypadku IL-6, im nawet 40-krotnie bezpośrednio po za-
dłuższy wysiłek, tym większy przyrost kończeniu długotrwałego wysiłku. Naj-
stężenia IL-8 we krwi. Do tej pory większe zmiany obserwowano u mara-
zanotowano maksymalnie 10-krotny tończyków (19, 37). IL-10 minimalizuje
wzrost IL-8 u zawodników poddanych skutki reakcji zapalnej na wysiłek fi-
2-godzinnemu wysiłkowi o obciąże- zyczny poprzez hamowanie wytwarza-
niu 60-65% VO2max (37). W trakcie nia prozapalnych cytokin TNFÄ… i IL-8
wysiłku IL-8 jest uwalniana głównie oraz pobudzanie syntezy antagonisty
z komórek mięśniowych, a poprzez receptora dla IL-1 (IL-1ra) w mięśniach.
aktywację komórek fagocytarnych oraz IL-10 ogranicza także wytwarzanie re-
stymulacjÄ™ generacji ROS uczestniczy aktywnych form tlenu przez neutrofile
w rekonstrukcji mięśni szkieletowych i makrofagi (6, 19).
(23). Ostatnio zaobserwowano także, Interleukina 15 (IL-15) została od-
że poza ekspresją IL-8 w mięśniach, kryta w 1994 roku przez zespół Grab-
dochodzi do ekspresji receptorów dla steina (26). IL-15 jest wytwarzana przez
IL-8 w komórkach śródbłonka naczyń wiele komórek, jak makrofagi, komórki
krwionośnych. Połączenie IL-8 z od- dendrytyczne, śródbłonka, mięśni szkie-
powiednim receptorem w śródbłonku letowych i in. Induktorami są cytokiny
indukuje wydzielanie naczyniowego IL-1², TNFÄ…, IL-4, IFNÅ‚.
czynnika wzrostu (ang. vascular en- IL-15 jest kluczowym czynnikiem
dothelial growth factor, VEGF), który w procesach rozwoju, proliferacji i prze-
stymuluje angiogenezę (14). życia komórek NK (ang. natural kil-
Interleukina 10 (IL-10) po raz ler), silnie działającym czynnikiem
pierwszy została opisana w 1989 roku. chemotaktycznym dla leukocytów oraz
Początkowo, z uwagi na jej przeciwza- inhibitorem apoptozy limfocytów. Poza
palne właściwości, nazywano ją czynni- oddziaływaniem na układ immunolo-
kiem hamującym syntezę cytokin (ang. giczny, IL-15 wywiera wpływ anabo-
cytokine synthesis inhibitory factor, liczny na mięśnie szkieletowe, zwięk-
CSIF) (26). IL-10 jest cytokinÄ… typo- szajÄ…c ich masÄ™ i stymulujÄ…c angiogenezÄ™
wo przeciwzapalną, uwalnianą przez (6). Na hodowlach mioblastów wyka-
komórki immunologiczne, naskórka i zano, że IL-15 stymuluje proliferację
prawdopodobnie komórki mięśni szkiele- i różnicowanie komórek mięśniowych
towych. Do tej pory nie przeprowadzono niezależnie od poziomu insulinopodob-
badań potwierdzających ekspresję genu nego czynnika wzrostu (ang. insulin-
IL-10 stymulowaną skurczami włókien like growth factor, IGF) oraz zwiększa
mięśniowych. Zaobserwowano jedy- zawartość łańcuchów ciężkich miozy-
nie wzrost wydzielania IL-10 z mięśni ny (23).
Agnieszka Zembroń-Aacny, Joanna Ostapiuk-Karolczuk
104
Wysiłek fizyczny, bieg maratoński i i mięśni szkieletowych (36, 27). TNFą
trening siłowy stymulują ekspresję genu stymuluje powstawanie i różnicowanie
IL-15 w komórkach mięśniowych (23, limfocytów B, limfocytów T i komórek
30). Nielsen i wsp. (17) zaobserwowali, NK (ang. natural killer), wzrost fibro-
że ekspresja IL-15 jest bardziej nasilona blastów i syntezę kolagenu, fibronektyny
we włóknach szybkokurczliwych niż i kwasu hialuronowego, działa chemo-
wolnokurczliwych, podobnie do IL-18 taktycznie na neutrofile (6).
i TNFą. Aktywność IL-15 ogranicza TNFą wykazuje zróżnicowaną ak-
się wyłącznie do tkanki mięśniowej. W tywność w zależności od stężenia. Uwal-
żadnych badaniach nie zaobserwowano niany w małych ilościach pełni rolę
statystycznie istotnych zmian stężenia tej sygnalizacyjną, aktywuje m.in. czynnik
cytokiny we krwi (23, 37). transkrypcyjny NFºB indukujÄ…cy ekspre-
Interleukina 18 (IL-18) została po sję pozostałych miokin, pobudza komór-
raz pierwszy opisana w 1989 roku przez ki fagocytarne i intensyfikuje procesy
zespół Nakamury i początkowo zaliczo- naprawcze w uszkodzonych włóknach
na do grupy IL-1 z powodu wyraznej mięśniowych (32). Z drugiej strony,
aktywności prozapalnej (26). IL-18 jest wysoki poziom TNFą utrudnia pobiera-
wydzielana przez makrofagi, komórki nie glukozy przez komórki mięśniowe,
nabłonkowe, osteoblasty, adipocyty i zaburza fosforylację oksydacyjną w
komórki mięśniowe. Zaobserwowano, mitochondriach, stymuluje nadmierne
że czynnikami aktywującymi IL-18 są wytwarzanie ROS, hamuje różnicowanie
kaspazy enzymy kontrolujące proces komórek satelitarnych i ostatecznie upo-
apoptozy. Zatem uwalnianie IL-18 może śledza procesy naprawcze (21, 29).
być także sygnałem rozpoczynającej się Stwierdzono, że poziom TNFą we
samobójczej śmierci komórki (6). Ostry krwi rośnie pod wpływem jednorazo-
wysiłek fizyczny zwiększa stężenie IL- wego wysiłku fizycznego, ale jest niższy
18, natomiast systematyczna aktywność u sportowców w porównaniu do osób
fizyczna wyraznie ogranicza jej uwalnia- nietrenujących. Jest to jeden z objawów
nie do krwi, podobnie jak prozapalnej adaptacji do wysiłku fizycznego (37, 41).
cytokiny TNFÄ… (12, 16, 25). Z naszych obserwacji przeprowadzo-
Czynnik martwicy nowotworu nych na grupie koszykarzy wynika, że
(TNFą) został zidentyfikowany w 1975 ilość TNFą we krwi zależy od stosowa-
roku przez zespół Carswella, jako białko nych obciążeń treningowych w poszcze-
zdolne do zabijania komórek nowotwo- gólnych okresach treningu. W okresie
rowych (ang. tumour necrosis factor, przygotowawczym, gdzie dominowały
TNF) (26). TNFą należy do grupy cyto- wysiłki o charakterze tlenowym, TNFą
kin obejmującej 20 cząsteczek. Jest wy- był niższy niż w fazie rozgrywek, prze-
twarzany przez monocyty i makrofagi, ciwnie do opisanej wcześniej IL-6. Naj-
a w mniejszych ilościach przez komórki wyższy poziom TNFą zaobserwowano
tkanki łącznej, tłuszczowej, naskórka u koszykarzy w mezocyklu startowym,
Udział cytokin w metabolizmie mięśni szkieletowych
105
gdzie dominowały wysiłki o charakte- tion. American Journal of Respiratory
Cell and Molecular Biology 2007; 36, s.
rze beztlenowym niekwasomlekowym
504-512.
i uszkodzenie włókien mięśniowych.
4. Febbraio M., Pedersen B. K.: Muscle-
Zaobserwowane przez nas prawidło-
derived interleukin-6: mechanisms and
wości dotyczące uwalniania cytokin
possible biological roles. FASEB Journal
w poszczególnych okresach treningo- 2002; 16, s. 1335-1347.
5. Fischer C. P. et al.: Endurance training
wych wskazują na możliwość wykorzy-
reduces the contraction-induced interleu-
stania pomiaru IL-6 i TNFÄ… do oceny
kin-6 mRNA expression in human skeletal
intensywności procesów anabolicznych
muscle. American Journal of Physiology,
i katabolicznych u zawodników (41).
Endocrinology and Metabolism 2004; 287,
s. E1189-E1194.
6. Gołąb J. et al.: Cytokiny [w:] Immuno-
Podsumowanie
logia. Gołąb J., Jakóbisiak M., Lasek W.
Cytokiny pro- i przeciwzapalne wy-
(eds). Warszawa 2005. Wyd. Naukowe
dzielane z włókien mięśniowych pod
PWN.
wpływem wysiłku fizycznego pełnią
7. Gomez-Merino D. et al.: Effects of chro-
nic exercise on cytokine production in
istotnÄ… rolÄ™ w poprawie metabolizmu
white adipose tissue and skeletal muscle
mięśni szkieletowych, uruchomieniu
of rats. Cytokine 2007; 40, s. 23-29.
zasobów energetycznych, krwiotworze-
8. Gomez-Pinilla F. et al.: Differential re-
niu, wzrostu masy mięśniowej i sieci
gulation by exercise of BDNF and NT-3
naczyń krwionośnych, i ostatecznym in rat spinal cord and skeletal muscle.
European Journal of Neuroscience 2001;
przystosowaniu organizmu do wysiłku
13, s. 1078-1084.
fizycznego. Obserwacja zmian pozio-
9. Hirose L., Nosaka K., Newton M.: Chan-
mu cytokin pochodzenia mięśniowego,
ges in inflammatory mediators following
ich wzajemnych relacji oraz integracji
eccentric exercise of the elbow flexors.
z procesami zachodzącymi w mięśniach Exercise Immunology Review 2004; 10,
s. 75-90.
może być przydatna w ocenie skutków
10. Huey K.A. et al.: Exaggerated expression
wysiłku fizycznego.
of skeletal muscle- derived interleukin-6,
but not TNFalpha, in mice lacking inter-
Piśmiennictwo
leukin-10. Journal of Neuroimmunology
1. Cannon J. G. et al.: Increased interleukin 2008; 199, s. 56-62.
1² in human skeletal muscle after exercise. 11. Ji L. L. et al.: Acute exercise activities
American Journal of Physiology 1989; 257, nuclear factor NF-ºB signaling pathway
s. 451-455. in rat skeletal muscle. FASEB Journal
2. Childs A. et al.: Supplementation with 2004; 18, s. 1499-1506.
vitamin C and N-acetylcysteine increases 12. Kohut M. L. et al.: Aerobic exercise, but
not flexibility/resistance exercise, reduces
oxidative stress in humans after an acute
muscle injury induced by eccentric exerci- serum IL-18, CRP, and IL-6 independent
of beta-blockers, BMI, and psychosocial
se. Free Radical Biology & Medicine 2001;
factors in older adults. Brain, Behavior,
31, s. 745-753.
and Immunity 2006; 20, s. 201-209.
3. Divangahi M. et al.: Impact of IL-10 on
13. Kosmidou I. et al.: Production of inter-
diaphragmatic cytokine expression and
contractility during Pseudomonas infec- leukin-6 by skeletal myotubes. Role of
Agnieszka Zembroń-Aacny, Joanna Ostapiuk-Karolczuk
106
reactive oxygen species. American Journal 24. Petersen E.W. et al.: Effect of vitamin
of Respiratory Cell and Molecular Biology supplementation on cytokine response
2002; 26, s. 587-593. and on muscle damage after strenuous
14. Frydelund-Larsen L.L. et al.: Exercise exercise. American Journal of Physiolo-
induces interleukin-8 receptor (CXCR2) gy. Cell Physiology 2001; 280, s. 1570-
expression in human skeletal muscle. -1575.
Experimantal Physiology 2007; 92, s. 25. Petersen A. M. W, Pedersen B.K: Anti-
233-240. inflammatory effect of exercise. Journal
15. Malm C.: Exercise immunology: A skeletal of Applied Physiology 2005; 98, s. 1154-
muscle perspective. Exercise Immunology 1162.
Review 2002; 8, s. 116-167. 26. Pietrzak A. et al.: A concise history of
16. Neumayr G. et al.: The impact of pro- discovery of selected cytokines involved in
longed strenuous endurance exercise on psoriasis pathogenesis. Annales Universi-
interleukin 18 and interleukin 18 binding tatis Mariae Curie Sklodowska 2007; 20,
protein in recreational cyclists. Internatio- s. 75-82.
nal Journal of Sports Medicine 2005; 26, s. 27. Plomgaard P., Penkova M., Pedersen
836-840. B.K.: Fiber type specific expression of
17. Nielsen A. R. et al.: Expression of in- TNF-alpha, IL- 6 and IL-18 in human
terleukin-15 in human skeletal muscle skeletal muscles. Exercise Immunology
effect of exercise and muscle fibre type Review 2005; 11, s. 53-64.
composition. Journal of Physiology 2007; 28. Radak Z., Chung H. Y., Goto S.: Systemic
584, s. 305-312. adaptation to oxidative challenge induced
18. Nieman D. C. et al.: Muscle cytokine by regular exercise. Free Radical Biology
mRNA changes after 2.5 h of cycling: & Medicine 2008; 44, s. 153-159.
influence of carbohydrate. Medicine and 29. Reid M. B, Li Y. P: Tumour necrosis
Science in Sports and Exercise 2005; 37, factor Ä… and muscle wasting: a cellular
s. 1283-1290. perspective. www.respiratory-research.
19. Ostrowski K. et al.: Pro- and anti- com
inflammatory cytokine balance in stre- 30. Riechman S. E. et al.: Association of
nuous exercise in humans. Journal of interleukin-15 protein and interleukin-15
Physiology 1999; 515, s. 287-291. receptor genetic variation with resistance
20. Peake J., Nosaka K., Suzuki K.: Cha- exercise training responses. Journal of
racterization of inflammatory responses Applied Physiology 2004; 97, s. 2214-
to eccentric exercise in humans. Exercise -2219.
Immunology Review 2005; 11, s. 64-85. 31. Saka Y. et al.: The mRNA expression of
21. Pedersen B. K., Febbraio M.: Muscle- neurotrophins in different skeletal muscles
derived interleukin-6 - a possible link be- of young rats. Hiroshima Journal of Medi-
tween skeletal muscle, adipose tissue, liver, cal Sciences 2007; 56, s. 23-28.
and brain. Brain, Behavior, and Immunity 32. Sednienko J., Gorczyca W. A.: Regula-
2005; 19, s. 371-376. cja aktywnoÅ›ci NF-ºB. PostÄ™py Higieny
22. Pedersen B. K., Woods J. A., Nieman D. i Medycyny Doświadczalnej 2003; 57, s.
C.: Exercise-induced immune changes 19-32.
an influence on metabolism? Trends in 33. Serrano A. L. et al.: Interleukin-6 is an
Immunology 2001; 22, s. 473-475. essential regulator of satellite cell-me-
23. Pedersen B.K. et al.: Role of myokines diated skeletal muscle hypertrophy. Cell
in exercise and metabolism. Journal of Metabolism 2008; 7, s. 33-44.
Applied Physiology 2007; 103, s. 1093- 34. Siamilis S. et al.: The effect of exercise
-1098. and oxidant-antioxidant intervention on
Udział cytokin w metabolizmie mięśni szkieletowych
107
the levels of neurotrophins and free ra- tiation and skeletal muscle regeneration
dicals in spinal cord of rats. Spinal Cord: after hind limb ischemia. Journal of
The Official Journal of the International Biological Chemistry 2007; 282, s. 31453-
Medical Society of Paraplegia 2008 (in -31459.
press). 40. Zembroń-Aacny A., Słowińska-Lisow-
35. Steinberg J. G. et al.: Cytokine and oxi- ska M., Szyguła Z., Witkowski K.: As-
dative responses to maximal cyckling sociation of pro-antioxidant status with
exercise in sedentary subjects. Medicine immunological response in healthy men
and Science in Sports and Exercise 2007; after oral N-acetyl-L-cysteine admini-
39, s. 964-968. stration. Medicina Sportiva 2008; 12, s.
36. Steenberg A. et al.: IL-6 and TNF. expres- 129-135.
sion in, and release from, contracting 41. Zembroń-Aacny A., Słowińska-Lisowska
human muscle. American Journal of Phy- M., Superlak E.: Integration the cytokine
siology, Endocrinology and Metabolism response with pro-oxidative processes in
2002; 283, s. 1272-1278. training activity of professional basketball
37. Suzuki K. et al.: Systemic inflammatory players. Journal of Human Kinetic 2008
response to exhaustive exercise. Cytokine (in press).
kinetics. Exercise Immunology Review
2002; 8, s. 46-48.
Podziękowania
38. Vassilakopoulos T. et al.: Antioxidants
attenuate the plasma cytokine response
Autorzy składają serdeczne podzię-
to exercise in humans. Journal of Applied
kowania Panu dr Zbigniewowi Szygule
Physiology 2003; 94, s. 1025-1032.
za krytyczne przejrzenie manuskryptu
39. Zaccagnini G. et al.: P66ShcA and oxi-
dative stress modulate myogenic differen- i pomoc w jego zredagowaniu.
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
39 BUDOWA I FIZJOLOGIA MIĘŚNI SZKIELETOWYCHFarmakologia mięśni szkieletowychChoroby ukladu miesniowo szkieletowego8 modelowanie mechaniczne wybranych struktur układu mięśniowo szkieletowegoWpływ starzenia się organizmu na biologię mięśni szkieletowychJak chronić układ mięśniowo szkieletowy podczas pracyFarmakodynamika leków wpływających na przekaźnictwo nerwowo mięśniowe i mięśnie szkieletoweMakroskopowa budowa mięśniametabolomikatechniki energizacji miesni chaitowawięcej podobnych podstron