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Immunomodulation induite par l’exercice physique

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Immunomodulation induite par l’exercice physique

Messagepar Nutrimuscle-Conseils » 9 Juin 2020 11:42

Covid-19 and Exercise-Induced Immunomodulation
Leandro C.G Neuroimmunomodulation 2020

Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), the virus that causes the novel coronavirus disease 2019 (COVID-19), has been responsible for a large global outbreak. The latest number of confirmed cases of COVID-19 is >4.6 million globally, including >315,000 confirmed deaths, and obliging >4 billion people to stay confined to their homes [1]. Most people with COVID-19 experience mild to moderate illness, but around 15% progress to severe pneumonia, and about 5% progress to acute respiratory distress syndrome. The maintenance of social distancing, frequent hand-washing, and avoiding touching the eyes, nose and mouth have been strongly advised by the WHO.

Reports from health authorities worldwide have converged for placing cities in lockdown, with no outdoor activities permitted including physical exercise. However, it is important to consider the benefits of regular exercise-induced immunomodulation as a potential means of taking precautions and also in clinical management. Indeed, sedentary behaviors such as watching TV, long periods of sitting, and the use of smartphones are associated with an increased risk of obesity, hypertension, and type 2 diabetes mellitus. This is an important topic for discussion, considering that, upon admission to hospital, most of the patients have presented with comorbidities like diabetes (10–20%), hypertension (16.9%), and other metabolic diseases including obesity and chronic inflammation (53.7%) [2].

The immunopathology of the SARS-CoV-2 infection involves both the innate and adaptive immune system. After infection by the virus, there is an increase of neutrophil count and a decrease in the number of natural killer (NK) cells, and the advent of leukopenia based on the reduced percentage of monocytes, eosinophils, and basophils [3]. Regarding the adaptive immune response, a reduction in TCD4+ and TCD8+ lymphocytes has been observed. The upregulation of B lymphocytes induces the detection of high levels of IgG in the plasma 7–10 days after SARS-CoV-2 infection. In addition, there is an elevated production of proinflammatory cytokines including tumor-necrosis factor (TNF)-α, interleukin (IL)-6, IL-1β, IL-8, IL-17, and IL-2 [4]. The abnormal elevated concentrations of these cytokines leads to crosstalk activation of the neuroendocrine-immune system, with a consequent release of glucocorticoids which can impair the immune response [5]. The abnormally elevated release of cytokines can induce multiple organ failure, involving the heart, liver, kidney, and lungs. Particularly in the lungs, the cytokine-induced infiltration of neutrophils and macrophages can provoke the formation of hyaline membranes and fracture of the alveolar wall [4].

Exercise-induced immunomodulation has been recognized for >3 decades, with around 5,000 peer-reviewed original and review papers available in the MEDLINE and PubMed databases. Exercise-induced immunomodulation seems to be dependent on the interplay of the intensity, duration, and frequency of exercise [6]. In both human and animal models, exercise of long duration and/or intense exercise (>2 h and/or >80% of maximal oxygen uptake, VO2max) is associated with markers of immunosuppression such as:
(1) increased production of proinflammatory cytokines (IL-6, IL-8, TNF-α, and IL-1) [7];
(2) an increase in lower respiratory tract infections [8];
(3) reduced activity of NK cells, T and B lymphocytes, and neutrophils;
(4) reduced production of salivary IgA and plasma IgM and IgG; and
(5) a low expression of major histocompatibility complex II (MHC II) in macrophages [9, 10].

These changes can be detected hours to days after the end of a prolonged and/or intense bout of endurance exercise. In addition, the hormones of the hypothalamic-pituitary-adrenal axis, glucocorticoid receptors, and intracellular NF-κB signaling seem to be involved in chronic inflammatory airway disease; all of these are increased after prolonged/intense exercise [6]. Thus, long-duration and/or intense exercise may make humans more susceptible to infection (mainly upper respiratory tract infections) which can increase the risk of infection and aggravation by COVID-19.

Conversely, clinical and translational studies on humans have demonstrated that regular bouts of short-lasting (i.e., 45–60 min), moderate-intensity exercise (50–70% VO2max), performed at least 3 times a week is beneficial for the host immune defense, particularly in older adults and people with chronic diseases [6]. Moderate-intensity exercise seems to be associated with increased leukocyte function in humans [11], and has been found to enhance chemotaxis, degranulation, cytotoxic activity, phagocytosis, and the oxidative activity of neutrophils and macrophages in rats [12]. Increased cytolytic activity of NK cells and NK cell-activating lymphokine (LAK) during a 60-min of moderate-intensity exercise by healthy cyclists was also reported [11]. Thus, contrary to long-duration/intense exercise, moderate-intensity exercise may contribute to increased immune protection. Whether or not individuals habituated to practicing moderate-intensity exercise experience less serious complications associated with COVID-19 deserves further investi­gation.

COVID-19 cases have been reported in certain populations like elderly people, children/adolescents, and pregnant women. The older population is more susceptible to infection in general and has also been identified as being particularly vulnerable during the current outbreak. It has been demonstrated that regular, moderate exercise by older adults reduces concentrations of proinflammatory cytokines (IL-6, TNF-α, and IL-1β), increases NK cell and TCD8+ cell cytotoxic activity, and enhances neutrophil function and B lymphocyte proliferation [13]. Although the reported number of cases of COVID-19 in children/adolescents is relatively low, it is important to note that chronic moderate/intense exercise and/or exercise training in healthy children and adolescents are associated with a reduction in the incidence of infection and a faster recovery of the immune system [6]. In pregnant women with COVID-19, fetal distress and preterm delivery have been seen in some cases, but no evidence of in utero transmission has been observed [14].

Physical exercise concurrent with exercise training (aerobic-resistance training) seems to enhance macrophage phagocytosis and oxidative burst, neutrophil oxidative burst, increase the percentage of TCD4 lymphocytes, and reduce circulating TNF-α and IL-6, followed by an increase in IL-1β [6]. Whether such exercise-induced alterations in the immune system would be protective against SARS-CoV-2 infection in these populations is unknown and further studies will be necessary. However, it is interesting to consider that exercise could play a role in counteracting the negative effects of isolation and confinement stress on immune competency in this population.

Clinically, the first phase of immune response induced by SARS-CoV-2 infection is a specific adaptive immune response to eliminate the virus and prevent disease progression. Patients with severe complications derived from COVID-19 infection present with lymphocytopenia and a cytokine release syndrome mediated by leukocytes other than T cells. This is important because the reduction of IL-6 and TNF-α increases the release of anti-inflammatory cytokines. Anti-inflammatory cytokines can suppress a hyperactive immune response, promoting tissue repair, especially for lung damage [3]. Interestingly, there is an increase in the expression of proinflammatory cytokines in skeletal muscle (TNF-α and IL-1β) during moderate-intensity exercise, but there is no alteration in the circulating of these cytokines [15]. In contrast, there is a noticeable increase in the circulating concentrations of the anti-inflammatory cytokines IL-1 receptor antagonist (IL-1ra) and IL-10 [15]. Low-to-moderate intensity exercise (30–60% VO2max) also increases the production of anti-inflammatory cytokines (IL-4 and IL-10) by T cells. Thus, regular moderate-intensity exercise may be effective in enhancing an anti-inflammatory response, which could help to revert lymphocytopenia in COVID-19 patients. Further experimental studies will be necessary to confirm or refute this hypothesis.

In conclusion, the pandemic of COVID-19 has become a clinical threat worldwide, for physicians, researchers, nurses, healthcare workers, and mostly the general population. There is consensus that the way to reduce the rate of contamination and spread of SARS-CoV-2 via human-to-human transmission is social distancing. However, the practice of moderate-intensity exercise at home is recommended. Low-to-moderate exercise-induced immunomodulation might be an important tool to improve immune responses against the progression of SARS-CoV-2 infection.
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Re: Immunomodulation induite par l’exercice physique

Messagepar Nutrimuscle-Diététique » 9 Juin 2020 20:09

Traduction de l'étude :wink:

Covid-19 et immunomodulation induite par l'exercice

Leandro C.G Neuroimmunomodulation 2020

Le syndrome respiratoire aigu sévère coronavirus 2 (SARS-CoV-2), le virus qui cause la nouvelle maladie à coronavirus 2019 (COVID-19), est responsable d'une importante épidémie mondiale. Le dernier nombre de cas confirmés de COVID-19 est> 4,6 millions dans le monde, dont> 315 000 décès confirmés, et obligeant> 4 milliards de personnes à rester confinées chez elles [1]. La plupart des personnes atteintes de COVID-19 souffrent d'une maladie légère à modérée, mais environ 15% évoluent vers une pneumonie sévère et environ 5% évoluent vers un syndrome de détresse respiratoire aiguë. L'OMS a fortement recommandé de maintenir une distance sociale, de se laver fréquemment les mains et d'éviter de toucher les yeux, le nez et la bouche.

Les rapports des autorités sanitaires du monde entier ont convergé pour placer les villes en lock-out, sans activités de plein air autorisées, y compris l'exercice physique. Cependant, il est important de considérer les avantages de l'immunomodulation régulière induite par l'exercice comme un moyen potentiel de prendre des précautions et également dans la gestion clinique. En effet, les comportements sédentaires tels que regarder la télévision, de longues périodes de position assise et l'utilisation de smartphones sont associés à un risque accru d'obésité, d'hypertension et de diabète sucré de type 2. Il s'agit d'un sujet de discussion important, étant donné que, lors de leur admission à l'hôpital, la plupart des patients ont présenté des comorbidités comme le diabète (10 à 20%), l'hypertension (16,9%) et d'autres maladies métaboliques, notamment l'obésité et l'inflammation chronique (53,7 %) [2].

L'immunopathologie de l'infection par le SRAS-CoV-2 implique à la fois le système immunitaire inné et adaptatif. Après l'infection par le virus, il y a une augmentation du nombre de neutrophiles et une diminution du nombre de cellules tueuses naturelles (NK), et l'avènement de la leucopénie basée sur le pourcentage réduit de monocytes, d'éosinophiles et de basophiles [3]. Concernant la réponse immunitaire adaptative, une diminution des lymphocytes TCD4 + et TCD8 + a été observée. La régulation positive des lymphocytes B induit la détection de niveaux élevés d'IgG dans le plasma 7 à 10 jours après l'infection par le SRAS-CoV-2. En outre, il existe une production élevée de cytokines pro-inflammatoires, y compris le facteur de nécrose tumorale (TNF) -α, l'interleukine (IL) -6, IL-1β, IL-8, IL-17 et IL-2 [4]. Les concentrations élevées anormales de ces cytokines entraînent une activation de la diaphonie du système immunitaire neuroendocrinien, avec pour conséquence une libération de glucocorticoïdes qui peut altérer la réponse immunitaire [5]. La libération anormalement élevée de cytokines peut provoquer une défaillance de plusieurs organes, touchant le cœur, le foie, les reins et les poumons. En particulier dans les poumons, l'infiltration induite par les cytokines des neutrophiles et des macrophages peut provoquer la formation de membranes hyalines et la fracture de la paroi alvéolaire [4].

L'immunomodulation induite par l'exercice est reconnue depuis> 3 décennies, avec environ 5 000 articles originaux et revus évalués par les pairs disponibles dans les bases de données MEDLINE et PubMed. L'immunomodulation induite par l'exercice semble dépendre de l'interaction de l'intensité, de la durée et de la fréquence de l'exercice [6]. Dans les modèles humains et animaux, un exercice de longue durée et / ou intense (> 2 h et / ou> 80% d'absorption maximale d'oxygène, VO2max) est associé à des marqueurs d'immunosuppression tels que:
(1) augmentation de la production de cytokines pro-inflammatoires (IL-6, IL-8, TNF-α et IL-1) [7];
(2) une augmentation des infections des voies respiratoires inférieures [8];
(3) une activité réduite des cellules NK, des lymphocytes T et B et des neutrophiles;
(4) réduction de la production d'IgA salivaires et d'IgM et d'IgG plasmatiques; et
(5) une faible expression du complexe majeur d'histocompatibilité II (MHC II) dans les macrophages [9, 10].

Ces changements peuvent être détectés des heures ou des jours après la fin d'un épisode d'endurance prolongé et / ou intense. De plus, les hormones de l'axe hypothalamo-hypophyso-surrénalien, les récepteurs des glucocorticoïdes et la signalisation intracellulaire NF-seemB semblent être impliqués dans la maladie inflammatoire chronique des voies respiratoires; tous ces facteurs augmentent après un exercice prolongé / intense [6]. Ainsi, l'exercice de longue durée et / ou intense peut rendre les humains plus sensibles aux infections (principalement les infections des voies respiratoires supérieures), ce qui peut augmenter le risque d'infection et d'aggravation par COVID-19.

À l'inverse, des études cliniques et translationnelles sur l'homme ont démontré que des séances régulières d'exercice de courte durée (c.-à-d. 45 à 60 min) et d'intensité modérée (50 à 70% VO2max), effectuées au moins 3 fois par semaine, sont bénéfiques pour l'hôte. défense immunitaire, en particulier chez les personnes âgées et les personnes atteintes de maladies chroniques [6]. L'exercice d'intensité modérée semble être associé à une augmentation de la fonction leucocytaire chez l'homme [11], et il a été démontré qu'il améliore la chimiotaxie, la dégranulation, l'activité cytotoxique, la phagocytose et l'activité oxydante des neutrophiles et des macrophages chez le rat [12]. Une augmentation de l'activité cytolytique des cellules NK et de la lymphokine activatrice des cellules NK (LAK) pendant 60 minutes d'exercice d'intensité modérée par des cyclistes en bonne santé a également été rapportée [11]. Ainsi, contrairement à un exercice intense de longue durée, un exercice d'intensité modérée peut contribuer à une protection immunitaire accrue. La question de savoir si les individus habitués à la pratique d'exercices d'intensité modérée subissent des complications moins graves associées au COVID-19 mérite un examen plus approfondi.

Des cas de COVID-19 ont été signalés dans certaines populations comme les personnes âgées, les enfants / adolescents et les femmes enceintes. La population plus âgée est plus susceptible à l'infection en général et a également été identifiée comme étant particulièrement vulnérable pendant la flambée actuelle. Il a été démontré que l'exercice régulier et modéré des personnes âgées réduit les concentrations de cytokines pro-inflammatoires (IL-6, TNF-α et IL-1β), augmente l'activité cytotoxique des cellules NK et TCD8 + et améliore la fonction des neutrophiles et la prolifération des lymphocytes B [ 13]. Bien que le nombre de cas signalés de COVID-19 chez les enfants / adolescents soit relativement faible, il est important de noter que l'exercice chronique modéré / intense et / ou l'entraînement physique chez les enfants et les adolescents en bonne santé sont associés à une réduction de l'incidence des infections et une récupération plus rapide du système immunitaire [6]. Chez les femmes enceintes atteintes de COVID-19, une détresse fœtale et un accouchement prématuré ont été observés dans certains cas, mais aucun signe de transmission in utero n'a été observé [14].

L'exercice physique concomitant à l'entraînement physique (entraînement à la résistance aérobie) semble améliorer la phagocytose et l'éclatement oxydatif des macrophages, l'éclatement oxydatif des neutrophiles, augmenter le pourcentage de lymphocytes TCD4 et réduire le TNF-α et l'IL-6 circulants, suivis d'une augmentation de l'IL- 1β [6]. On ignore si de telles altérations du système immunitaire induites par l'exercice protégeraient contre l'infection par le SRAS-CoV-2 dans ces populations et des études supplémentaires seront nécessaires. Cependant, il est intéressant de considérer que l'exercice pourrait jouer un rôle dans la lutte contre les effets négatifs de l'isolement et du stress de confinement sur la compétence immunitaire dans cette population.

Cliniquement, la première phase de la réponse immunitaire induite par l'infection par le SRAS-CoV-2 est une réponse immunitaire adaptative spécifique pour éliminer le virus et prévenir la progression de la maladie. Les patients présentant des complications graves dérivées d'une infection à COVID-19 présentent une lymphocytopénie et un syndrome de libération de cytokines médié par des leucocytes autres que les lymphocytes T. Ceci est important car la réduction de l'IL-6 et du TNF-α augmente la libération de cytokines anti-inflammatoires. Les cytokines anti-inflammatoires peuvent supprimer une réponse immunitaire hyperactive, favorisant la réparation des tissus, en particulier pour les lésions pulmonaires [3]. Fait intéressant, il y a une augmentation de l'expression des cytokines pro-inflammatoires dans le muscle squelettique (TNF-α et IL-1β) lors d'exercices d'intensité modérée, mais il n'y a pas d'altération dans la circulation de ces cytokines [15]. En revanche, il y a une augmentation notable des concentrations circulantes de l'antagoniste des récepteurs anti-inflammatoires des cytokines IL-1 (IL-1ra) et IL-10 [15]. L'exercice d'intensité faible à modérée (30–60% VO2max) augmente également la production de cytokines anti-inflammatoires (IL-4 et IL-10) par les lymphocytes T. Ainsi, un exercice régulier d'intensité modérée peut être efficace pour améliorer une réponse anti-inflammatoire, ce qui pourrait aider à inverser la lymphocytopénie chez les patients COVID-19. D'autres études expérimentales seront nécessaires pour confirmer ou réfuter cette hypothèse.

En conclusion, la pandémie de COVID-19 est devenue une menace clinique dans le monde entier, pour les médecins, les chercheurs, les infirmières, les professionnels de la santé et surtout la population générale. Il existe un consensus sur le fait que la façon de réduire le taux de contamination et de propagation du SRAS-CoV-2 par transmission interhumaine est la distanciation sociale. Cependant, la pratique d'exercices d'intensité modérée à domicile est recommandée. L'immunomodulation induite par l'exercice faible à modérée pourrait être un outil important pour améliorer les réponses immunitaires contre la progression de l'infection par le SRAS-CoV-2.
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