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Iatreia

Print version ISSN 0121-0793

Iatreia vol.19 no.2 Medellín Apr./June 2006

 

 

ARTÍCULO DE REVISIÓN

Ejercicio y sistema inmune

Exercise and the immune system

 

 

Carolina Aguilar Londoño1;Natalia Zuluaga Zapata1; Pablo J. Patiño Grajales2; Domingo Caraballo Gracia3

1. Estudiante XI semestre, Facultad de Medicina, Universidad de Antioquia, Medellín, Colombia.
2. Grupo de Inmunodeficiencias Primarias, Corporación Biogénesis y Facultad de Medicina, Universidad de Antioquia, Medellín, Colombia.

3. Departamento de Fisiología, Facultad de Medicina, Universidad de Antioquia, Medellín, Colombia.

Correspondencia: Domingo Caraballo , Departamento de Fisiología, Facultad de Medicina, Universidad de Antioquia. Medellín, Antioquia, Colombia. Teléfono: (574) 210 6030. Fax: (574) 263–02–53. Email: dcaraballo@medicina.udea.edu.co

 

 


RESUMEN

SE HA DEMOSTRADO QUE EL EJERCICIO hecho a diferentes intensidades cumple una función moduladora sobre diversos sistemas, y que su acción sobre la respuesta inmune es de gran importancia. Por lo tanto, es necesario esclarecer si estos cambios constituyen efectos benéficos o perjudiciales en cuanto a las adaptaciones del hospedero frente a diversos agentes patógenos. El estudio de estos cambios inducidos por el estrés físico puede tener un impacto grande en la comprensión y prevención de algunas enfermedades que involucran la respuesta del sistema inmune como las alergias, las infecciones, las inmunodeficiencias y el cáncer.

En este artículo se presenta una revisión actualizada de la información existente al respecto, con el propósito de aportar elementos que ayuden a comprender este fenómeno biológico, así como sus implicaciones para la salud humana.

Se han estudiado varios parámetros de la respuesta inmune durante el ejercicio físico, entre ellos su relación con la respuesta hormonal al estrés y el comportamiento de las diferentes hormonas de acuerdo con la intensidad de aquél. También se han evaluado los cambios en las poblaciones de células sanguíneas (linfocitos, monocitos y neutrófilos ) así como el comportamiento de las citoquinas y la síntesis de inmunoglobulinas específicas. Todo esto ha permitido establecer una relación entre los sistemas inmune y neuroendocrino, la cual explicaría en gran medida los diferentes cambios que ocurren durante la actividad física en la respuesta y la adaptación inmunes, así como las diferencias de acuerdo con la intensidad y la frecuencia del estrés físico.

PALABRAS CLAVE: EJERCICIO, NEUROINMUNOENDOCRINOLOGÍA, REGULACIÓN HORMONAL, RESPUESTA CARDIOPULMONAR, RESPUESTA INMUNE


SUMMARY

IT HAS BEEN DEMONSTRATED THAT PHYSICAL EXERCISE, carried out at diverse intensities, modulates the function of different human body systems, and that it plays a major role in the immune response. Therefore, it is necessary to find out if these changes have benefic or harmful effects on the host adaptation against several pathogenic agents. The study of these physical–stress–induced changes might have a great impact on the comprehension and prevention of some diseases that involve activation of the immune system such as allergies, infections, immunodeficiencies and cancer.

This article presents a review of current information concerning this area, with the purpose of providing concepts to help readers understand this biological phenomena and their implications in human health. Several immune response parameters have been studied during physical exercise, including their relationship with the stress–induced hormonal response and the profile of different hormones according to the intensity of physical activity. Also, changes in blood cell populations (lymphocytes, monocytes and neutrophils ) and the behavior of cytokines and the synthesis of specific immune globulins have been assessed. This knowledge has allowed to establish a relationship between the immune and neuroendocrine systems, which might explain the various changes in the immune response and the adaptation seen in physical activity, as well as the differences found at diverse exercise intensity and frequency levels.

KEY WORDS: CARDIORESPIRATORY RESPONSE, HORMONAL REGULATION, IMMUNE RESPONSE, NEUROIMMUNOENDOCRINOLOGY, PHYSICAL EXERCISE


 

INTRODUCCIÓN

SE CONSIDERA COMO EJERCICIO la realización de cualquier actividad física con el fin de mantener el estado físico, mejorar la salud, corregir una deformidad o restablecer el adecuado funcionamiento de determinados órganos y la normalidad de las funciones corporales.

El ejercicio físico supone la participación de prácticamente todos los sistemas y órganos del cuerpo humano. La respuesta de adaptación de los sistemas cardiovascular, musculoesquelético , neuroendocrino e inmunológico varía con la duración, la intensidad y la cronicidad con que se lleva a cabo la actividad física. Las respuestas fisiológicas al ejercicio, como las que se producen ante cualquier otro tipo de estímulo, corresponden a los cambios súbitos y transitorios que experimenta la función de un determinado órgano o sistema, o bien a los cambios funcionales que se producen durante la realización del ejercicio y que desaparecen rápidamente una vez finalizada la actividad. Si el estímulo persiste con la frecuencia y duración suficientes, se producirán adaptaciones en los sistemas que facilitarán las respuestas fisiológicas cuando se realice la actividad física, las cuales implican la respuesta integrada de diferentes sistemas. El sistema muscular es el efector de las órdenes motoras generadas en el sistema nervioso central (SNC), y la activación de otros sistemas es fundamental para el apoyo energético del tejido muscular de modo que se pueda mantener la actividad motora. La variación en el sistema cardiovascular se caracteriza por un aumento de la frecuencia cardíaca , de la presión arterial y de las demandas miocárdicas de oxígeno, 1 todo lo cual depende a su vez de la liberación a la sangre de múltiples hormonas de estrés tales como adrenalina, noradrenalina, beta endorfina, hormona del crecimiento y cortisol , y de una ligera disminución en la concentración de insulina. 2

Por otro lado, las adaptaciones cardiopulmonares que suceden durante el ejercicio estático y dinámico reflejan la capacidad del cuerpo humano para alterar los procesos fisiológicos con el fin de alcanzar las demandas metabólicas. Las adaptaciones del sistema cardiovascular y la efectividad del entrenamiento físico dependen marcadamente de la duración, la intensidad, la frecuencia y el tipo de ejercicio que se realiza y de la capacidad individual para tolerar el entrenamiento.

El sistema endocrino, gracias a la modulación de los procesos anabólicos y catabólicos, juega un papel esencial en la adaptación fisiológica al entrenamiento. Uno de los efectos del entrenamiento físico es la hipertrofia muscular, que depende en gran medida del factor de crecimiento similar a la insulina 1 (IGF–1) que es un componente fundamental del eje hormona del crecimiento (GH)– IGF–1, un sistema de mediadores que controla el crecimiento somático y de los tejidos en muchas especies. 3 Varios estudios han demostrado que los sujetos entrenados tienden a presentar niveles mayores de IGF–1. 4 La imposición repentina de un entrenamiento intenso lleva primero a adaptaciones hormonales que sugieren un estado catabólico, pero en algún punto ocurre un rebote anabólico. Compatible con lo anterior, los períodos largos de entrenamiento (5 meses a un año) se han asociado con un aumento en los niveles de hormona del crecimiento e IGF–1. 5

El eje hipotálamo–hipófisis–adrenal (HHA) y el sistema simpático son los encargados de la respuesta ante un tipo de estrés como el generado por el ejercicio físico para mantener la homeostasis. Los componentes centrales de este sistema se localizan en el hipotálamo y en el tallo cerebral. El sistema neuroendocrino puede ser activado aun cuando el cuerpo esté en reposo, pues responde a múltiples señales, tanto circadianas como neurosensoriales y límbicas , las que a su vez pueden ser modificadas por la secreción de citoquinas . Las más importantes durante esta respuesta son las producidas durante la reacción inflamatoria, particularmente el factor de necrosis tumoral alfa (TNF– α ) y las interleuquinas 1 y 6 (IL–1, IL–6). La activación del sistema neuroendocrino acelera los reflejos motores, aumenta la atención y la función cognitiva y disminuye el apetito y la actividad sexual. Además, la activación de este sistema incluye cambios en la función cardiovascular y en el metabolismo intermediario e inhibe la inflamación mediada por el sistema inmune. 6 Es importante anotar que los efectos inmunológicos benéficos de la actividad física están siempre restringidos a niveles de intensidad moderada. En efecto, hay evidencia en la literatura tanto en animales como en seres humanos de que el ejercicio intenso puede resultar en un incremento de la incidencia de enfermedades infecciosas y en una disminución correspondiente en varios mediadores de la función inmune. 7

 

EJERCICIO E INMUNORREGULACIÓN HORMONAL

UN GRAN NÚMERO DE TRABAJOS sugieren que neurohormonas derivadas principalmente del hipotálamo y de la pituitaria anterior se encuentran involucradas en la modulación de la respuesta inmune durante el estrés físico. Tanto la betaendorfina , como la ACTH, la GH y la prolactina han mostrado capacidad de modulación sobre la actividad de las células NK y sobre el incremento de éstas durante el ejercicio. 8,9 Los niveles de GH y prolactina aumentan en respuesta al ejercicio, 10y esto se ha demostrado con el incremento de las células linfoides que contienen receptores para estas hormonas. 9

Tanto los neuropéptidos mencionados como las hormonas neuroendocrinas de la hipófisis y algunas monoaminas , como la serotonina , son influenciados por el ejercicio físico y se ha demostrado que todos ellos afectan la función inmune. 11De igual manera, la evidencia acumulada sugiere que la activación del sistema inmune se comunica al SNC y puede modificar la función del sistema neuroendocrino. Se postula que esta comunicación es mediada principalmente por factores solubles sintetizados por células del sistema inmune, tales como neuropéptidos y citoquinas , moléculas que actuarían en el hipotálamo y la pituitaria. 12

Es así como muchos autores han descrito una comunicación bidireccional entre los sistemas nervioso e inmune. La evidencia acerca de la inervación de los órganos linfoides primarios y secundarios ha establecido los nexos necesarios para explicar la modulación neuronal de la inmunidad. Esta interconexión de los sistemas inmune, nervioso y hormonal es altamente funcional y está influenciada por agentes estresantes como el ejercicio físico. De lo anterior se puede concluir que la actividad de los sistemas nervioso y endocrino puede modificar la función inmunológica, mientras que la respuesta inmune puede alterar las funciones nerviosa y endocrina; por esto hoy nos referimos a la neuroendocrinoinmunología , como una interacción recíproca entre estos sistemas. 13

A continuación se revisan las modificaciones específicas que tienen lugar durante la actividad física dependiendo de la intensidad con que se la ejecute.

 

CITOQUINAS

Las citoquinas hacen parte de la respuesta sistémica generada por el ejercicio. Son proteínas de bajo peso molecular y péptidos que median interacciones entre las células involucradas en las respuestas inmunes. Por ejemplo, facilitan el aflujo de linfocitos, neutrófilos , monocitos y otras células que participan en la depuración del antígeno y la recuperación del mismo. La respuesta inflamatoria local se acompaña de una respuesta sistémica conocida como de fase aguda. 14 Existen varias similitudes entre el ejercicio de alta intensidad y las reacciones inmunes en un proceso inflamatorio, tales como la movilización y activación de leucocitos, la inducción de la respuesta de fase aguda, los incrementos en la producción de proteínas proinflamatorias , la infiltración celular y el daño tisular.

En muchos casos las citoquinas tienen múltiples actividades biológicas, y diferentes citoquinas pueden llevar a cabo la misma actividad, lo cual provee una redundancia funcional en los sistemas inmune e inflamatorio. Se ha demostrado que el ejercicio intenso y prolongado aumenta la concentración plasmática de cuatro citoquinas : IL–1ra, IL–6, IL–8 e IL–10. 15

La IL–1ra es un inhibidor potente de la IL–1, un mediador temprano crítico de las respuestas inflamatoria y sistémica. La IL–6 es una citoquina multifuncional , expresada por muchos tipos diferentes de células que regulan la respuesta inmune, la hematopoyesis, la respuesta de fase aguda y la inflamación. Recientemente se ha propuesto que la IL–6 ejerce efectos antiinflamatorios , aunque en ciertas circunstancias puede promover la inflamación. 16 Además, induce proteínas de fase aguda y estimula el eje HHA, contribuyendo al mantenimiento de la homeostasis. La IL–8 también tiene muchas funciones: es producida por una amplia variedad de células y se la clasifica como una quimioquina , porque funciona como proteína quimiotáctica de granulocitos y linfocitos. 17 La IL–10 es producida por diferentes tipos de células, incluyendo los macrófagos activados y funciona como un regulador negativo del sistema inmune gracias a que inhibe la síntesis de muchas citoquinas , incluidas IL–1, 6 y 8. 18Por lo tanto, la IL–10 es crucial para la limitación de las respuestas inflamatorias. De acuerdo con lo anterior, es claro que varias de las citoquinas presentes en el plasma durante el ejercicio intenso y prolongado tienen actividad antiinflamatoria . 19

Se ha sugerido que la IL–6 puede estar involucrada en la respuesta de fase aguda postejercicio y se demostró el aumento de sus niveles inmediatamente después de una maratón. 20 El incremento del TNF–α y de la IL–1 β se acompaña de un aumento marcado en la concentración de IL–6, que se equilibra simultáneamente con la liberación de inhibidores de citoquinas como la IL–1ra y el receptor de TNF, y la citoquina antiinflamatoria IL–10. Estos hallazgos sugieren que las citoquinas antiinflamatorias y los inhibidores de citoquinas restringen la magnitud y la duración de la respuesta inflamatoria durante el ejercicio. La presencia de diversas citoquinas en la orina después del ejercicio demuestra que la producción de un amplio espectro de citoquinas en respuesta al ejercicio es un fenómeno que acompaña al estrés físico. 21

Una posible explicación para estos cambios en los niveles de citoquinas durante el estrés físico puede ser la liberación de glucocorticoides y catecolaminas , las hormonas de estrés, que alcanzan altos niveles durante el ejercicio prolongado e intenso; estas hormonas inhiben la producción de citoquinas proinflamatorias y estimulan la de citoquinas antiinflamatorias como la IL–10. 19 Además, una respuesta inmune excesiva mediante la estimulación del sistema de estrés genera un mecanismo de retroalimentación negativa que protege al organismo de una sobreexposición a citoquinas proinflamatorias y a otros productos de macrófagos activados, los cuales tienen el potencial de generar un daño de los tejidos corporales.

Según estudios previos, la respuesta de las citoquinas al ejercicio ha sido ligada al daño muscular, pero hoy se sabe que la IL–6 es producida en relación tanto con ejercicios excéntricos –en los que el movimiento se produce en sentido contrario a la contracción muscular–, como en ejercicios concéntricos –en los que el sentido del desplazamiento es el mismo que el de la fuerza muscular–, aun sin daño muscular. Dado que la IL–6, más que otras citoquinas , es producida localmente en el músculo esquelético en grandes cantidades en respuesta al ejercicio, y además tiene propiedades como factor de crecimiento, es posible que juegue un papel beneficioso y que esté involucrada en los cambios metabólicos mediados por el ejercicio. 22

 

INMUNOGLOBULINAS

EXISTEN EVIDENCIAS QUE INDICAN que el entrenamiento crónico fuerte puede incrementar el riesgo de infección del tracto respiratorio superior (ITRS). 23Aunque son posibles diferentes mecanismos, se ha propuesto que las ITRS pueden resultar de una reducción en los niveles de IgA secretoria 24que es el principal mediador de la inmunidad de las mucosas; 25 esta inmunoglobulina interfiere con la unión viral a las superficies epiteliales y neutraliza directamente los virus en las células epiteliales, se une a antígenos en la lámina propia de la mucosa y está involucrada en la excreción de antígenos virales hacia la luz a través del epitelio adyacente. 26Una deficiencia de IgA secretoria se asocia con ITRS en la comunidad general y en atletas de alto rendimiento. 24

La tasa de producción de IgA usualmente cae después de un ejercicio intenso sea breve o de larga duración. 27 Sin embargo, existen estudios que demuestran que el ejercicio breve pero intenso no es suficiente para suprimir la secreción de IgA . El mecanismo de supresión de la IgA secretoria durante el ejercicio fuerte es incierto, pero podría involucrar cambios en el transporte de moléculas de IgA a través del epitelio de la mucosa; alternativamente, la vasoconstricción mediada por el sistema simpático en la submucosa oral puede reducir la migración de las células que sintetizan y secretan la IgA .28 A pesar de la inmunosupresión aguda postejercicio, existen incrementos pequeños, pero estadísticamente significativos, de los niveles preejercicio de todas las clases de inmunoglobulinas salivares después de un programa de entrenamiento de 12 semanas. 29

En conclusión, tanto la concentración absoluta como la tasa de secreción de IgA aumentan durante el reposo, mientras que la concentración relativa de proteínas permanece estable. El concepto actual de los inmunólogos del ejercicio es que cuando éste es moderado puede potenciar la función inmune y, por lo tanto, ayudar a resistir las infecciones virales, mientras que el ejercicio extremo puede suprimir la respuesta inmune e incrementar la susceptibilidad a dichas infecciones. 30

 

FUNCIÓN DE LAS CÉLULAS NK

ESTÁ BIEN DOCUMENTADO QUE UNA CARGA de ejercicio agudo resulta en un incremento en la concentración y la actividad total de las células NK en la sangre periférica. 31,32 Los efectos del ejercicio agudo sobre la función y el número de las células NK varían según el tipo y la intensidad del ejercicio. 33–35Generalmente hay un aumento transitorio de la actividad de las células NK tanto d urante el ejercicio moderado como durante el extremo, seguido por una inmunosupresión sólo durante el ejercicio extremo. 36

De otro lado, los niveles basales de actividad de las células NK en sujetos entrenados no han sido tan bien estudiados como los efectos agudos; algunos autores han mostrado una mejoría en la actividad de las células NK, mientras que otros han sido incapaces de confirmar estos hallazgos. 37–40

 

FUNCIÓN DE LOS MACRÓFAGOS

LOS EFECTOS DEL EJERCICIO SOBRE LA FUNCIÓN de los macrófagos pueden ser mediados por las alteraciones que induce sobre el SNC o el eje HHA. Muchos estudios han correlacionado los niveles plasmáticos de las hormonas de estrés con alteraciones en la función de los macrófagos. Desafortunadamente pocos estudios han determinado cuáles hormonas específicas son las responsables de los cambios inducidos por el ejercicio en la función de los macrófagos. 41

Existe una amplia evidencia que demuestra que el número de macrófagos, al igual que el de linfocitos circulantes, se incrementa transitoriamente (50–100%) en la sangre periférica como respuesta alejercicio agudo. 42,43 Podría ser que los cambios en las subpoblaciones de monocitos dependan de la duración y la intensidad del ejercicio, de modo que los monocitos maduros migrarían afuera de la vasculatura en el ejercicio de larga duración. 44Sin embargo, una causa más probable de la monocitosis inducida por el ejercicio es la disminución en la marginación de los monocitos causada por alteraciones hemodinámicas vasculares o por cambios en las interacciones entre los monocitos y las células endoteliales mediados por catecolaminas . 41

Se debe aclarar que los efectos del ejercicio en la función de los macrófagos, y en otras funciones celulares del sistema inmune, no son mediados exclusivamente por las elevaciones en las hormonas neuroendocrinas inducidas por el ejercicio. Por ejemplo, se sabe que el ejercicio causa daño del tejido muscular, lo que puede desencadenar una respuesta de fase aguda, iniciada por la infiltración de células inflamatorias.45 Otros mecanismos potenciales causantes de los cambios en los macrófagos pueden incluir el aumento de la temperatura corporal, 46la disponibilidad de fuentes energéticas, 47 la endotoxemia sistémica inducida por el ejercicio 48y las alteraciones en la producción y sensibilidad de las moléculas autocrinas y paracrinas que cumplen un papel regulador. 49

El ejercicio tiene potentes efectos estimuladores de la función efectora de los macrófagos, incluyendo la fagocitosis, la actividad antitumoral, la producción de especies reactivas del oxígeno y del nitrógeno y la quimiotaxis . Sin embargo, no todas las funciones de los macrófagos son potenciadas por el ejercicio. Se ha documentado una reducción inducida por el ejercicio en la expresión de moléculas MHC II en los macrófagos, así como en la capacidad de presentación de antígenos. Finalmente, se debe aclarar que sigue siendo desconocida la causa de los cambios en la función de los macrófagos durante el ejercicio, pero puede depender de las variaciones que se producen en los factores neuroendocrinos. 50

 

CONCLUSIÓN

EN ESTA REVISIÓN SE EXPONE la relación estrecha entre el ejercicio y los cambios fisiológicos que se generan en el sistema inmune, los cuales ocurren independientemente de las variaciones en el tipo, la duración, la intensidad y la cronicidad del ejercicio y de las diferencias de la constitución de los individuos. Concluimos que el cambio en el número de los leucocitos revela un comportamiento regular: la concentración de neutrófilos se incrementa durante el ejercicio, situación que se prolonga incluso después de éste, además las células NK, B y T son reclutadas al torrente sanguíneo, lo que se refleja en un incremento en el recuento total de linfocitos.

Después del ejercicio intenso, la concentración de linfocitos diminuye por debajo del valor basal; la prolongación de esta supresión depende de la duración y la intensidad del ejercicio. Es entonces la respuesta integrada al ejercicio lo que permite una adaptación de los diferentes sistemas que se activan cuando se realiza una actividad física durante un período sostenido, y a una intensidad y frecuencia adecuadas para el correcto mantenimiento de las funciones orgánicas.

 

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Recibido: noviembre 25 de 2005

Aceptado: mayo 23 de 2006

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