COVID-19 予防・治療/有酸素運動による免疫システム・呼吸器機能改善のメカニズム

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有酸素運動

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S187140212030103

コロナウイルス患者における免疫系・呼吸器系の機能改善における有酸素運動能力向上の役割(COVID-19 レビュー)

有酸素運動能力を高めることで、免疫系および呼吸器系の機能、特にCOVID-19感染症に特異的な機能の短期的な安全な改善をもたらす可能性があることが明らかになった。

有酸素運動能力を高めることは、免疫系の活動に即効性をもたらすことができる。有酸素運動は短期間で免疫系の機能を有意に増加させることが示されており、1回のセッションだけでこの増加が起こることもある。有酸素運動能力を高めることによる免疫機能の向上効果は、主に3つのメカニズムによって生み出される。

3つの免疫向上メカニズム

第一に、感染症に対する身体の防御に不可欠な要素であるTリンパ球、好中球、マクロファージ、単球のレベルと機能を増加させることができる

第二に、それは、免疫グロブリン(IgA、IgM、IgG)、特にIgAのレベルを増加させることができるため、肺感染症に対するその重要な役割の最後に、肺の感染症と戦うために短期的な小さな増加と肺機能の低下を抑制するための長期的な減少を誘導することで、C反応性タンパク質(CRP)のレベルを調節することができ、Tヘルパー-1/Tヘルパー-221-27の再バランスをとることで免疫力を向上させるために不安感や抑うつ感を下げることができる。

また、好気性能力を高めることで、呼吸器感染症や障害に対する予防的・治癒的な役割を生み出すことができる。

それは、COVID-19で開発され、呼吸器系の障害につながる一般的な障害である肺炎と急性呼吸窮迫症候群(ARDS)の両方を予防または治療することができる。

4つの肺機能改善メカニズム

有酸素能力を高めることによる肺機能の改善や肺障害の予防効果は、4つのメカニズムにまとめることができる。

第一のメカニズムには、肺や身体の免疫力を向上させるための抗生物質や抗真菌薬の予防薬としての有酸素能力を高める役割が含まれている。

第二のメカニズムには、有酸素能力を増加させることで正常な肺組織の弾力性を回復させ、呼吸筋力と持久力を増加させる役割が含まれており、換気、肺の力学、肺の損傷を減少させるのに役立つ。

第三のメカニズムには、フリーラジカルの産生と酸化的損傷を制限する抗酸化物質として有酸素能力を高める役割が含まれている。

第四のメカニズムには、肺免疫力の向上と自律神経の調整の両方を介して、有酸素能力を増加させることで、咳を減少させ、気道をクリアにする役割が含まれている。有酸素能力を高めることが肺機能や免疫に与える役割は呼吸運動よりも重要であり、咳のメカニズムをより改善することができる。

危険因子の減少

さらに、有酸素運動能力を高めることは、COVID-19の危険因子を減少させることができる。これはCOVID-19の発症と進行を減少させるのに役立つ。2020年3月13日に発表された最近の研究[42]では、COVID-19の発生および死への進行と関連する危険因子には、加齢、高血圧、糖尿病、および心臓病が含まれることが示されている。

これらの危険因子はいずれも、有酸素運動能力を高めることによって直ちにまたは短期間で改善されることが以前に示されている。

免疫機能の向上効果

即時的効果

有酸素能力を高めることは、T細胞の作用の即時的な改善をもたらす。Gonçalvesらによる最近の系統的レビュー[6]では、有酸素運動が白血球、Tリンパ球、リンパ球亜集団、インターロイキン、免疫グロブリンの免疫応答の即時的かつ短期的な改善をもたらすことが実証されている。

何人かの著者は、有酸素運動を1回だけ行うだけで、Tリンパ球、白血球、免疫グロブリンなどの最高の免疫マーカーの改善をもたらすことを実証している[[7], [8], [9], [10]]。Lippiら[7,8]は、中距離ランニング(21.1km)を行うと、プロではないランナーでも好中球、白血球、単球の産生量が増加することを実証している。

Liraら[10]は、わずか60分の5kmランニングの後、サイトカインIL-6とIL-10の増加が起こることを示している。また、Liら[9]は、長時間の有酸素運動を1回行うだけで、循環白血球、好中球、単球の数が最大9時間増加することを実証している。

彼らは、わずか5週間の低有酸素運動を行うと、気管支肺胞ラバージ(BAL)液および組織中の好中球数、肺の弾力性と抵抗力、肺組織中のTNFα、タンパク質の漏出、IL-10およびIL-6の血漿レベル、IL-1β、IL-6およびKCレベルの有意な増加をもたらしたことを発見した。

体液性免疫

Smithら[67]は、短期の有酸素運動がC3とC4を刺激し、その結果、C3aとC4aのアナフィラトキシンが生成されることを発見した。彼らは、ランナーのように軽度の有酸素運動をよく行う人では、古典的な補体経路の刺激とC3産生の選択的ダウンレギュレーションが見られる可能性があることを示唆した。

Karacabeyら[68,69]は、プロのアスリートやスポーツウーマンの体液性活動に対する有酸素運動の効果を調査した。Wolachら[70]は、若い女性体操選手の補体活動に対する有酸素運動の効果を調べた。彼らは補体成分(C1Q、C1R、C1S、C2、C3、C4、C5、C6、C7、CA、およびC9)の結果に高い矛盾を見いだした。このような高い矛盾が生じるのは、アスリートが通常、高強度で反復的な活動に参加しているため、悪影響(オーバートレーニング症候群)につながる可能性があるからかもしれない。

 

COVID-19s感染症の予防には免疫グロブリンが非常に重要である。免疫グロブリンは主にIgA、IgE、IgM、IgGを含む。IgAおよびIgGは、粘膜分泌物中で支配的な免疫グロブリンであり、呼吸器感染症の予防に重要な役割を果たしている(IgAおよびIgG濃度が低下するほど上部気道感染症が増加する)。免疫グロブリンの量を増加させるための有酸素運動能力の増加の役割は、いくつかの研究で実証されている。

Karacabeyら[68]は、定期的な中程度の有酸素運動を行うことで、ホルモンの放出と免疫グロブリンIgA、IgG、IgMを増加させることができることを実証している。Mohamed and Taha は、肥満女性の免疫グロブリン量に対する有酸素運動と無酸素運動の長期的な効果を比較した。彼らは、嫌気性運動とは異なり、有酸素運動は免疫グロブリン、特にIgMとIgGの量を増加させることを発見した。

CRP

体液性免疫成分のもう一つのサブタイプは、ペントラキシン(CRP)である。ペントラキシンは、補体経路、貪食、アポトーシス、一酸化窒素分泌、サイトカイン産生を刺激することにより、炎症過程やウイルス感染に対する体の反応で主な役割を果たしている[72]。

CRPレベルの上昇は、ウイルス感染に対する体の防御機構であるが、CRPレベルが高いと結果的に肺機能が低下するため、CRPレベルが持続的に高いと肺の損傷を著しく加速させる可能性がある[73]。COVID-19を発見するための主な臨床検査の1つは血清CRPである。COVID-19の患者はCRPのレベルが非常に高い [1,74]。有酸素運動能力を高めることは、CRPレベルを調節する上で興味深い役割を果たしている。

気分と免疫活性

免疫活性は宿主の気分によって大きく影響を受けることがある。COVID-19の患者は通常、不安および抑うつの程度が高い[75]。不安およびうつ病の免疫に対する負の効果は、いくつかの研究で実証されている[21,76,77]。ストレスは、免疫系疾患における罹患率および死亡率において重要な役割を果たしている[21]。

ストレスと免疫力低下との実際の関係はまだ明らかになっていない。ストレスは、T-ヘルパー-1/T-ヘルパー-2のバランスを変化させるなど、免疫細胞間のバランスを変化させることで免疫力を低下させる可能性がある。ストレスは血清コルチコステロイドやカテコールアミンホルモンの量を増加させる作用により、免疫応答の低下を引き起こす可能性があります[21]。

 

有酸素運動能力を高めると、気分が大幅に改善されることがある。これは、有酸素運動がコルチコステロイドやカテコールアミンホルモンのようなストレスホルモンを減少させ、T-ヘルパー-1/T-ヘルパー-2の関係をリバランスさせる効果があることに起因すると考えられます[27]。

運動時間と気分の変化との関連は非線形であり、10~30分の有酸素運動を行うだけで気分が改善することが実証されている[22,23]。

Hoganら[24]は、不安障害を持つ若年者と高齢者の両方に15分間の自転車運動がポジティブな効果をもたらすことを実証している。Broman-FulksとStorey [25]は、最大心拍数の50%で20分間歩くか、最大心拍数の60~90%で走ると、不安に対する感受性が有意に低下することを報告している。

Crabbeら[26]は、わずか3日間の有酸素運動が、あらゆる不快な刺激に対する感情的な覚醒を有意に減少させることを述べている。Asmundsonら[78]は、定期的な軽度の有酸素運動が不安障害を有意に減少させることを示している。

軽度から中等度の有酸素運動

しかし、軽度から中等度の強度の有酸素運動の実施は、COVID-19患者の免疫系の機能を高めるのに有益であるが、高強度の有酸素運動の実施は、免疫系の機能を抑制することに悪影響を及ぼすため、これらの患者には避けるべきである[79]。また、高熱時の有酸素運動は、免疫力を低下させる副作用があるため、避けるべきである[80]。

3. COVID-19患者の呼吸器系機能改善とその疾患予防に有酸素能力を高める効果

有酸素運動能力を高めることは、肺感染症や病的状態の予防や治療に大きく役立つ[89]。肺感染症における有酸素運動の効果は、関連する免疫および自律神経の調節のため、呼吸運動よりも好ましい[36,41]。

有酸素運動能力を高めることは、肺炎を予防したり、軽症から重症への進行を減少させたりすることができる。Baumannら[30]は、短時間の有酸素運動が、がん患者における肺炎および発熱の発生を予防できることを実証している。

Williamsら[90]は、ランニングやウォーキングなどの軽度の有酸素運動は、肺炎、呼吸器疾患、誤嚥性肺炎死亡率のリスクが低いことと関連していると述べている。

Durigonら[37]は、2ヶ月間の有酸素運動能力を高めることで、高齢マウスの緑膿菌誘発肺炎および細菌のコロニー化を抑制できることを報告している。Neumanら[28]は、米国の女性における肺炎の発生を減少させるためには、有酸素運動能力を高めることが非常に重要であることを示している。Olivoら[29]は、軽度の有酸素運動が溶連菌性肺炎患者において有意な抗炎症効果をもたらし、肺の炎症を抑えるのに役立つことを報告している。

また、有酸素運動能力を高めることで、ARDSを予防したり、軽度から重度への進行を減少させることができる。Rigonato-Oliveiraら[31]は、マウスとヒトにおいて、有酸素運動能力を高めることで、炎症性サイトカインや酸化ストレスマーカーを減少させることで、急性肺炎を抑制することを実証している。

Vieiraら[91]は、有酸素運動能力を高めると、急性肺炎や怪我に対する免疫に不可欠な要素であるIL-10のレベルが上昇することを報告している。

好中球細胞外トラップ(NETs)

Shiら[32]によって実施された非常に最近の研究では、5週間の軽度の有酸素運動は、急性肺損傷で重要な役割を果たしている好中球細胞外トラップ(NETs)阻害を産生することによって、マウスの急性肺損傷を予防することができることが示されている。

NETsは刺激を受けた好中球から分泌され、主にヒストン、DNA、ミエロペルオキシダーゼ、好中球エラスターゼ(NE)から構成されている。細胞外ウェブのような構造は、効率的に攻撃病原体をトラップし、病原性成分を破壊するために抗微生物ペプチドの高度に局所的な濃度を使用することができる。

呼吸器障害を改善する4つのメカニズム

COVID-19患者に発生する呼吸機能障害の治療における過呼吸運動による有酸素運動の効果は、4つのメカニズムにまとめることができる。

第一のメカニズム

第1のメカニズムには、有酸素運動の抗生物質・抗真菌予防効果が含まれている。有酸素運動能力を高めることによる免疫系機能の向上効果」の項で、有酸素運動能力を高めることにより、A)感染症に対する身体の防御に不可欠な要素であるTリンパ球、好中球、マクロファージ、単球のレベルと機能を高めることにより、呼吸器系および身体の免疫力が向上することは以前に述べたとおりである。

b)免疫グロブリン「IgA、IgM、IgG」、特にIgAは肺の感染症で重要な役割を果たすため、IgAのレベルを増加させ、C)肺ウイルスと戦うための短期的な小さな増加と肺機能の低下を防ぐための長期的な減少を生成することによって、C反応性タンパク質のレベルを調整し、d)T-ヘルパー-1/T-ヘルパー-2のバランスを再構築し、免疫力を向上させるのに役立つ不安感や抑うつ感を減少させる。

第二のメカニズム

第二のメカニズムとして、有酸素運動による肺組織の弾力性の回復、呼吸筋の筋力・持久力の向上などの効果が挙げられる。有酸素運動能力を高めることは、肺の弾力性と反動機構に短期的な効果をもたらす。Guimarãesら[34]は、マウスの人工的に誘発された肺気腫の発生に対する軽度の有酸素運動の4週間の効果を調査した。彼らは、有酸素運動が肺のハイパーインフレを減少させ、正常な肺組織の弾力性と強度を回復させることで、正常な肺の力学とフロー加速速度を回復させることを発見した。

Park and Han [92]は、高齢女性の最大呼気肺容量に対する有酸素運動の効果を調べた。彼らは、20分間の軽度の有酸素運動を12週間行うと、肺胞機能が改善され、肺の弾力性が向上することを発見した。Taskinら[93]は、強直性脊椎炎患者の呼吸筋力に対する有酸素運動の効果を研究した。彼らは、40分間の軽度の有酸素運動を12週間行うと、呼吸筋力、吸気筋力、最大運動能力が有意に増加し、呼吸困難の知覚が減少することを発見した。

第三のメカニズム

第三のメカニズムとして、有酸素運動が抗酸化剤としてフリーラジカルの産生と酸化ストレスを制限する効果が挙げられる。フリーラジカルは、活性酸素種(ROS)と同様に、通常の細胞機能全般にわたって産生され、すべての生きている動物の正常な生理学的プロセスの一部と考えられている。フリーラジカルには、有益な効果と毒性の両方がある。

フリーラジカルのレベルが信じられないほど増加し、徐々に対処できなくなると、フリーラジカルは体内に蓄積し、「酸化ストレス」と呼ばれる現象を引き起こします[94]。一般的に、酸化ストレスは、肺感染症や病気など、いくつかの病気の発症の最初のポイントと考えられています[94,95]。軽度の有酸素運動は、これらの蓄積されたフリーラジカルの処理に役立ち、肺炎やARDSなどの肺感染症や疾患の発症を防ぐことができる。

 

さらに、有酸素運動能力を高めることは、ミトコンドリアの機能を増加させ、身体と肺の組織へのより良い酸素供給を可能にすることで、結果として生じる酸化的な出会いに対する身体の抵抗力を高めることを引き起こし、酸化ストレスに対する肺と身体の抵抗力を高めることができます[94,96]。

Toledoら[33]は、マウスの肺疾患の発生に対する24週間の軽度の有酸素運動の効果を調査した。彼らは肺疾患の発症の指標として活性酸素を測定した。軽度の有酸素運動は、肺炎やARDSの進行を予防・減少させるために重要であることがわかりた。

Cunhaら[97]は、ラットの実験的に誘発された肺損傷によって生じる酸化ストレスに対する有酸素運動の効果を研究した。彼らは、軽度の有酸素運動を20分間行うことで、反応性種、NF-кβ/p65免疫内包量、亜硝酸濃度の上昇を抑制できることを発見した。彼らは、軽度の有酸素運動が急性肺損傷の発生に対するプロテクターとして重要な役割を果たしている可能性を示唆した。

第四のメカニズム

第四のメカニズムとして、COVID-19患者の咳を減少させるための有酸素運動の効果が挙げられる。有酸素運動能力を高めることは、粘膜クリアランスよりも主に自律神経の調節を介して咳を減少させることができる[39,40]。

Borghi-Silvaら[40]は、慢性閉塞性肺疾患(COPD)患者における6週間の軽度の有酸素運動の自律神経調節への効果を検討した。彼らは、有酸素運動は運動中の呼吸数の減少と潮容積の増加をもたらし、これらの変化は心拍数を減少させることを発見した [40,98]。最近、Leiteら[39]は、12週間の軽度の有酸素運動がCOPD患者の自律神経系と咳嗽に及ぼす影響を調査する研究を行った。彼らは、軽度の有酸素運動が咳と心拍数を減少させることを発見した。

有酸素運動能力を高めることで心拍数を低下させる効果は、COVID-1940患者に見られた呼吸困難を減少させるのに有益である可能性がある。このように、軽度の有酸素運動は副交感神経系に影響を与え、これら2つの症状を中枢的に減少させるため、COVID-19の患者によく見られる咳と呼吸困難の両方を減少させるのに、呼吸運動よりも有意な効果をもたらす可能性がある。

結論

このレビューでは、COVID-19に対抗する免疫機能や呼吸器機能を向上させる可能性があるため、有酸素運動能力を高めることが推奨されているとまとめられている。これにより、COVID-19の罹患率や死亡率を低下させることができる。

また、COVID-19の危険因子を減少させ、COVID-19に対するより良い身体機能を可能にする免疫系及び呼吸器系の機能を向上させるために、ロックダウン期間中の人の有酸素運動能力を高めることが強く推奨される。

したがって、ロックダウン中のすべての人または軽度の肺症状を有する患者は、軽度から中等度の有酸素運動を10〜30分間のルーチンで実行することに従うべきである。

重度のCOVID-19を防ぐためのフォレストガンプのアプローチ

~運動で素因性の炎症性炎症状態を逆転させる。

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1286457920300812

「走れ、フォレスト、走れ!」というアドバイスは、障害のあるフォレスト・ガンプをいじめっ子から救い、彼の身体的障害を治し、新しい健康的なライフスタイルへの道を開いたのである。

座りっぱなしでカロリー過多の生活スタイルは、同じ炎症性ACE1バイアスをもたらす 健康を維持しないまま老化することも同様である。

この低悪性度の組織炎症は、重度のCOVID-19 になる人を決定する上で重要であるかもしれない。図1の右側に示されているように、健康ではなく太りすぎで血圧が高い人は、ACE1軸が過剰に活性化され、ACE2軸が不活性化されている可能性が高い。

Fig. 1

(左)ACE1/2軸のバランスがとれた健康な正常血圧の人の肺胞におけるSARS-CoV-2感染

(右)ACE1に依存した炎症性肺胞を持つ健康でない高血圧の人の肺胞におけるSARS-CoV-2感染

炎症は赤で表され、重度のCOVID-19に特徴的な肺滲出液は黄緑色の液で描かれている。

1. ACE-1の偏りと過剰な炎症は運動/食事で逆転できる

ヒトや他の動物を対象とした多数の研究では、有酸素運動は、年齢、性別、腹囲とは関係なく、かなり急速にこのACE-1バイアスを逆転させることができることが示されている。

この偏りの逆転は最初は数分から数時間の運動で起こるが、より根本的な逆転には定期的な運動プログラムの継続が必要である。

2. 運動・食事仮説の検証

例えば、ある研究では、1時間のランニングによって寿命が7時間延びるという結果が出ている。

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0033062017300488

COVID-19によって誘発された不安と無力感が蔓延している今、人々に定期的に運動するように助言することは、同様に重度のCOVID-19を予防する以上のことを達成するだろう。

マクロレベルでは、多くの著者が、現在のCOVID-19パンデミックは最終的には、広範な生息地の破壊とSARS-CoV-2のヒトへの波及をもたらした人間の過剰な消費によって引き起こされたと結論づけている。

https://www.nature.com/articles/nature09575

これは、過剰な消費、大きな生態系への影響、および運動不足との間の不均衡によって、ミクロレベルで反映されている。

https://www.nejm.org/doi/10.1056/NEJMms1907455

この不均衡は、個人と集団の間の富と機会の著しい現代的不平等にまで及んでいる

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0277953614008399

https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S2468266720300852

これらの洞察は、現在のパンデミックに対処し、将来のパンデミックやその他の健康災害を防ぐためには、最終的にはこれらのレベルのそれぞれのバランスを再調整する必要があることを示唆している。

私たち一人一人が、より定期的にランニングシューズを履くことで、このプロセスを始めることができる。

NK細胞

NK細胞は、おそらくCOVID-19の初期の段階で、最も重要な役割を担う免疫細胞のひとつ。 そして、NK細胞は運動に対して最も反応の高い免疫細胞でもある。

NK細胞の運動による動員は非常に急速で、かつ急激に上昇する。 強度のある運動によってNK細胞数は、数分以内に増加することがわかっている。 70秒間の階段昇降で、NK細胞数は6倍にも増加する。

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fimmu.2013.00125/full

ただし、NK細胞の機能には変化がなく、また激しすぎる運動では、NK細胞が産生する強力な抗ウイルス作用をもつインターフェロンγを低下させる。 適度な運動ではおそらくインターフェロンγを増加させる。

NK細胞数の増加は、有酸素運動では30分以内にピークに達し、それ以上の運動では増加しない。 NK細胞の上昇は3時間持続するが、3時間を超える運動では反対に減少する。

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/19203081/

NK細胞の動員は、痩せた人、肥満、普段運動をしない人でより大きく発生する。

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0002822399000772

運動は、それ独自のNK細胞活性化作用をもつが、運動による深部体温の上昇によって、温熱療法で観察されるNK細胞を含めた免疫細胞の活性化作用が得られる。 (生理学的には温熱療法が運動の疑似効果と言うべきかもしれない)

運動を「抗がん剤」として用いる医学的探求が行われており、これは主にNK細胞を活性化させることによって、がんを制御しようとするものである。

https://www.cell.com/trends/molecular-medicine/pdf/S1471-4914(16)30041-7.pdf

運動トレーニングによる免疫システムへの効果

高い心肺フィットネスと適度な強度の有酸素運動トレーニングはワクチン接種に対する免疫反応を改善し、慢性を低下させ、軽度の炎症、および癌、HIV、心血管疾患、糖尿病、認知機能障害、肥満などのいくつかの病態におけるさまざまな免疫マーカーを改善する。さらに、運動トレーニングは、ウイルス感染のリスク、期間、重症度を軽減する可能性がある。

抗炎症性サイトカイン

運動によって誘発されるサイトカインプロファイルは、古典的には抗炎症性であり、IL-10、IL-1受容体拮抗薬(IL-1ra)、IL-6 20などのいくつかの強力な抗炎症性サイトカインのレベルの著しい増加を含みむ。

ミオカイン、IL-6は、運動の抗炎症効果の主要な原因であると考えられている。人間の骨格筋が収縮し、かなりの量のIL-6を産生および放出して循環し、ストレスホルモンと同様にエネルギー基質を動員する。

TLR

運動が抗炎症反応を誘発する別のメカニズムは、炎症誘発性TLRの発現/活性化のダウンレギュレーション。有酸素運動の急性発作とレジスタンストレーニングの両方で、単球のTLR4の発現が減少する。

循環する単球は組織マクロファージの前駆体であるため、単球のTLR4発現の運動誘発性の低下は、承認された記事によって重要なメカニズムである可能性がある。

運動の抗炎症作用は、特に肥満や糖尿病患者などの慢性の軽度の炎症を伴う患者で媒介される。TLRシグナル伝達によって誘発される炎症誘発性サイトカインの産生を減衰させることに加えて、運動は抗炎症性サイトカインの放出を刺激する。

たとえば、IL-1ファミリーのサイトカインIL-37は、先天性炎症と後天性免疫の内因性抑制因子である。

肺機能

定期的な中等度から激しい強度の運動は、肺機能に直接かつ正の効果をもたらし、呼吸器のリスクを低下させる。感染症/疾患マウスの実験的喘息モデルでは、有酸素運動により、肺の炎症に反応して抗炎症性IL-10の産生が増加した。

マウスでの3週間の水泳トレーニングプロトコルは、LPS誘発性全身に対する保護効果がある。炎症(TNF、IL-6、IL-1βの循環濃度の低下)、および肺の炎症。4週間のトレッドミル実行プログラム後に同様の結果が報告された。

ラットの上皮性肺胞細胞の周期的機械的曝露ストレッチは、アセチル-CoAカルボキシラーゼ(ACC)リン酸化(AMP活性化タンパク質キナーゼ(AMPK)活性の代理マーカー)の増加、50%によって、有酸素運動が気道上皮細胞に有益な効果をもたらすことを示唆している。

AMPKはNF-κBを阻害し、それにより気道上皮細胞の炎症促進性サイトカインを減少させる。内皮細胞、定期的な中程度の強度の運動は、ACE2を介したAng IIからAng 1-7への変換に有利である。

そのため、ACE2活性化剤で処理され、4週間の耐久トレーニングを受けたマウスは、ブレオマイシンによって誘発される肺線維症の影響を受けにくくなった。

したがって、運動は、少なくとも部分的には、SARS-CoV-の結合の有害な影響を打ち消す可能性がある。ACE2受容体、肺の炎症反応を軽減する。予備的証拠は、Covid-19に関連する症状の重症度およびこのウイルスに感染した最終的な結果が、感染前の個人の健康状態に関連していることを示唆する。

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32324968/

強度の高い運動は推奨されない

いくつかの研究では、高強度の運動が肥満状態の炎症性因子に正の効果をもたらすことが示されている。単一の高強度インターバルセッションが、粘膜免疫系の機能および脂質過酸化の変化を伴わずに、インターフェロンγ-γ/インターロイキン-4(IFN-γ/IL-4)比を減少させることができる(抗炎症反応を示す)ことを示した。

中等度の強度の運動

一方、中等度強度の連続運動のセッションは、細胞性免疫機能の増加に関連するサイトカインのパターンの変化を誘導した。過体重/肥満の成人において、長期のHIIT(最大心拍数90%、週3回)はTNF-αを増加させる一方、中等度強度の連続トレーニング(最大心拍数70%、週5回)はTNF-αを減少させることを示した。

HIIT

健康な若年男性では、中等度強度連続トレーニングではなく、HIITが免疫機能バイオマーカーを改善することが示された。

別の研究では、HIITが炎症反応を誘導し、免疫機能を抑制することが示された。

あるレビュー論文の結果は、激しい長時間の運動は炎症性メディエーターのレベルを高くし、結果として怪我や慢性炎症のリスクを高める可能性がある一方で、適切な休息期間を伴う中等度または高強度の運動は最大の利益を得ることができることを示している。

オープンウィドウ理論

高強度運動のリスクを説明する理論として「オープンウィンドウ」理論がある。これは、高強度運動後に免疫系が抑制されることを特徴としている。このウインドウ期間の間は、上気道疾患への感受性が高まる可能性がある。

Jカーブの概念は、中程度の強度の運動を定期的に行う個人は免疫系を改善し、過度の長時間のトレーニングは免疫機能を損なう可能性があると説明する。

酸化物質の産生と免疫系の抑制による高強度運動は危険である可能性がある(特に、肥満状態では)。肥満状態での脂質過酸化は非肥満状態よりも高い。

これらは、COVID-19発生時の高強度運動の使用について保守的なアプローチをするいくつかの間接的な証拠である。

また、COVID-19病は数日で無症状になることがあるため、重度の高強度運動はより危険である可能性がある。

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2451847620300658

COVID–19と運動誘発性免疫調節

https://www.karger.com/Article/FullText/508951

運動誘発性免疫調節は30年以上前から認知されており、約5,000件の査読付き原著論文やレビュー論文がMEDLINEやPubMedデータベースに掲載されている。

高強度の運動

運動誘発性免疫調節は、運動強度、運動時間、運動頻度の相互作用に依存していると考えられている[6]。ヒトおよび動物モデルにおいて、長時間および/または高強度の運動(2時間以上および/または最大酸素摂取量(VO2max)の80%以上)は、以下のような免疫抑制のマーカーと関連している。

(1) プロ炎症性サイトカイン(IL-6、IL-8、TNF-α、およびIL-1)の産生量の増加[7];(2) 下気道感染症の増加[8];(3) NK細胞、TおよびBリンパ球、好中球の活性低下;(4)唾液IgAおよび血漿IgMおよびIgGの産生量の低下;(5) マクロファージにおける主要組織適合性複合体II(MHC II)の発現量の低下[9、10]などの免疫抑制マーカーと関連している。

これらの変化は、長時間および/または激しい持久力運動の終了後、数時間から数日後に検出される。

さらに、視床下部-下垂体-副腎軸のホルモン、グルココルチコイド受容体、細胞内NF-κBシグナル伝達が慢性炎症性気道疾患に関与していると考えられている;これらはすべて、長時間/強度の運動を行うと増加する[6]。

このように、長時間および/または激しい運動は、ヒトを感染症(主に上気道感染症)にかかりやすくし、COVID-19による感染および悪化のリスクを増加させる可能性がある。

短時間の運動

逆に、ヒトを対象とした臨床研究およびトランスレーショナルリサーチでは、週3回以上の短時間(すなわち45~60分)の中等度強度運動(VO2max50~70%)を定期的に行うことが、宿主の免疫防御、特に高齢者や慢性疾患を持つ人々にとって有益であることが実証されている[6]。

中強度運動は、ヒトでは白血球機能の亢進と関連していると考えられており[11]、ラットでは好中球やマクロファージの走化性、脱顆粒、細胞毒性活性、貪食、酸化活性を高めることが明らかになっている[12]。

また、健康なサイクリストが60分間の中強度運動を行った際に、NK細胞の細胞溶解活性やNK細胞活性化リンパ球(LAK)の増加が報告されている[11]。このように、長時間・長時間の運動とは逆に、中程度の強度の運動は免疫防御力の向上に寄与する可能性がある。中程度の強度の運動を習慣的に行っている人がCOVID-19に関連する合併症の重症度が低いかどうかについては、さらなる調査が必要である。

 

COVID-19の症例は、高齢者、小児・青年、妊婦などの特定の集団で報告されている。高齢者は一般的に感染しやすく、今回の感染症発生時には特に脆弱であることが確認されている。

高齢者

高齢者による定期的な適度な運動は、炎症性サイトカイン(IL-6、TNF-α、IL-1β)の濃度を低下させ、NK細胞およびTCD8+細胞の細胞傷害活性を高め、好中球機能およびBリンパ球の増殖を高めることが実証されている[13]。

小児/青年

小児/青年におけるCOVID-19の症例報告数は比較的少ないが、健康な小児/青年における慢性的な中等度/強度の運動および/または運動トレーニングは、感染症の発症率の低下および免疫系のより早い回復と関連していることに注意することが重要である[6]。

COVID-19の妊婦では、いくつかの症例で胎児の苦痛および早産が認められているが、子宮内感染の証拠は観察されていない[14]。

 

運動トレーニング(有酸素抵抗性トレーニング)と同時に行う身体運動は、マクロファージの貪食と酸化バースト、好中球の酸化バーストを増強し、TCD4リンパ球の割合を増加させ、循環するTNF-αとIL-6を減少させ、次いでIL-1βを増加させるようである[6]。このような運動によって誘発される免疫系の変化が、これらの集団におけるSARS-CoV-2感染に対して保護的であるかどうかは不明であり、さらなる研究が必要であろう。

しかし、このような集団では、隔離や監禁ストレスが免疫能力に及ぼす負の影響を打ち消す役割を運動が果たす可能性があると考えることは興味深い。臨床的には、SARS-CoV-2感染によって誘導される免疫応答の第一段階は、ウイルスを排除し、病気の進行を防ぐための特異的な適応免疫応答である。

COVID-19感染に由来する重篤な合併症を有する患者は、リンパ球減少症およびT細胞以外の白血球によって媒介されるサイトカイン放出症候群を呈する。これは、IL-6およびTNF-αの減少が抗炎症性サイトカインの放出を増加させるために重要である。

抗炎症性サイトカインは、過活動性の免疫応答を抑制し、特に肺損傷に対して組織修復を促進することができる[3]。

炎症性サイトカインと抗炎症性サイトカイン

興味深いことに、中等度の強度の運動時には骨格筋における炎症性サイトカイン(TNF-αおよびIL-1β)の発現が増加するが、これらのサイトカインの循環には変化がない[15]。

対照的に、抗炎症性サイトカインであるIL-1受容体アンタゴニスト(IL-1ra)およびIL-10の循環濃度には顕著な上昇が見られる[15]。低~中程度の強度の運動(30~60%VO2max)もまた、T細胞による抗炎症性サイトカイン(IL-4およびIL-10)の産生を増加させる。したがって、定期的な中等度強度運動は抗炎症反応の増強に有効であり、COVID-19患者のリンパ球減少症の回復に役立つ可能性がある。