二、運動對體內免疫細胞及亞群數目之影響

(1)

第貳章　相關文獻探討

本章主要針對運動訓練、免疫反應及相關文獻進行探討，分下列四節加以敘

述：一、免疫細胞及亞群簡介。二、運動對體內免疫細胞及亞群數目之影響。三、

動態恢復對體內生理值與免疫功能之影響。四、影響白血球數目的相關機制。五、

本章總結。

第一節　免疫細胞及亞群簡介

人體的免疫反應包括：先天性 (innate immunity) 和適應性 (adaptive

immunity) ，先天性免疫提供人體第一道防線，主要參與的是具有吞噬功能的單核球和嗜中性球，成人循環的嗜中性球有5×10¹⁰個，佔循環白血球的50~70﹪，

佔循環顆粒球90﹪以上（王政光等，2004）。嗜中性球利用黏著分子附著在血管內壁細胞 (endothelial cell) 上，在遷移到血管外組織中進行細菌或組織碎片的吞噬。因為其表面也有CD32 (FcγRII) 及CD166 (FcγRⅢb)及IgG分子等Fc受體，再加上CD35 (CR1) 等補體分子受體，所以也能經由調理素的調理作用，增加嗜中性球的吞噬功能（曾哲明，2005）。

適應性免疫的主角是淋巴細胞，淋巴細胞分佈於血液、淋巴液、淋巴器官及淋巴組織中體積較小的游離細胞。人體當中大約有10¹²個淋巴細胞，90﹪以上存在於周邊淋巴器官或組織中，周邊血液循環中淋巴細胞佔白血球總數的30﹪左右

（高曉明，2004）。淋巴細胞透過專一性、多樣性、免疫記憶等特性調節人體適應性免疫系統。B和T細胞二者皆起源於骨髓的多潛能幹細胞 (pluripotent stem cell) ，B先驅細胞 (B progenitor) 在骨髓中發育為成熟B淋巴球，T先驅細胞 (T progenitor) 由血液或淋巴移行入胸腺成熟，成熟後B和T淋巴細胞回離開骨髓和胸腺，進入血液循環並遷入周邊淋巴細胞。初始B和T細胞(naïve B and T cell) 為成熟已分化的淋巴細胞，未曾被外來的抗原刺激過，當它們遭遇抗原時會分化成反應型淋巴細胞。反應型B淋巴細胞為抗體分泌性漿細胞，反應型T細胞則包括分泌 CD4⁺輔助型T細胞 (T helper cells ; TH) ，和CD8⁺毒殺型T細胞 (T cytotoxic cells;

Tc) （謝文欽，2004）。TH型細胞由於分泌的細胞激素不同，又可分兩種次族群，

TH1 亞群和TH2 亞群。TH1 亞群主要分泌IL-2、IFN-γ、TNF-β刺激毒殺性T淋巴球活化，進行典型的細胞媒介性免疫反應。TH2 亞群主要分泌IL-4、IL-5、IL-6、IL10

(2)

幫助B細胞活化成為漿細胞，分泌抗體進行體液性免疫反應。輔助型T細胞在與 antigen-MHC class Ⅱ molecule complex交互作用後，輔助型T細胞被進而活化分泌細胞激素，細胞激素活化B細胞、毒殺性T細胞，巨噬細胞及其他參與免疫反應的細胞。在TH衍生的細胞激素影響下，可辨識抗原與MHCⅠ的Tc細胞會增生並分化成毒殺T淋巴細胞 (cytotoxic T lymphocyte, CTLs) ，CTLs可監測身體的細胞及消滅病毒感染細胞、腫瘤細胞。透過上述的方式先天性免疫系統及適應性免疫系統互相合作共同消滅外來入侵物（王政光等，2004）。

淋巴細胞及其他白血球的表面具有多種不同的分子，因此可藉由這些分子來區分不同的細胞族群。這些細胞大多可用專一性單株抗體加以區分鑑定，近來以單株抗體群發展出一套命名系統CD (cluster of designation) 系統，每一群單株抗體均可與專一的和特定的細胞標記結合。舉例來說T細胞特有標記為CD3，而TH標記是CD4，CD8 則是Tc標記（王聖予、陳建和，2002）。

第二節　運動對體內免疫細胞及亞群數目之影響

嗜中性球、淋巴細胞在人體先天和適應性免疫系統扮演關鍵的角色，但運動會造成這些細胞數目的改變，進而影響免疫功能，以下就過去相關研究，來說明運動誘發白血球數目的變化。

一、單次運動對恢復期白血球數目影響 (1) 中強度運動對恢復期白血球數目影響

Mazzeo等 (1998) 以 6 名年輕男性和 9 名老人為對象，從事強度為 50﹪

‧OV ₂max腳踏車運動 20 分鐘，在運動前和運動後採血分析，結果發現運動後白血球和淋巴細胞增加。

Nieman, Henson, Austin, and Brown (2005) 讓 5 名健康男性進行 30 分鐘 60﹪

‧OV 2max走路運動，運動結束時總白血球、嗜中性球、淋巴細胞、CD3⁺數目顯著增加，運動後1 小時淋巴細胞、CD3⁺回到基礎值，總白血球和嗜中性球仍高於基礎值，至於B細胞數目運動前後則沒有顯著改變。

Natale等 (2003) 讓 2 名健康男性進行 2 小時 60~65﹪V‧O₂max腳踏車運動，

運動後誘發白血增多持續到運動後3 小時，運動後白血球增多，主要是來自循環系統的嗜中性球和單核細胞，至於T淋巴亞群CD3⁺、CD4⁺、CD8⁺運動結束時也增加，在運動後3 小時回復到正常值，運動前至運動立即和恢復期B細胞數目未有

(3)

顯著改變。類似的研究在Lancaster等 (2005) ，受試者進行 2.5 小時強度 65﹪

‧OV 2max腳踏車運動，結果發現運動結束時白血球、淋巴細胞、嗜中性球、

CD3⁺CD4⁺及CD3⁺CD8⁺均顯著增加，運動後2 小時恢復期總淋巴細胞、CD3⁺CD4⁺ 及CD3⁺CD8⁺低於基礎值，但只有CD3⁺CD8⁺達顯著差異，同樣時間點白血球和嗜中性球仍顯著高於基礎值。

由以上文獻得知，低於65﹪V‧O2max中等運動強度會誘發白血球、嗜中性球和淋巴球增多，恢復期嗜中性球仍有增多的現象，至於B細胞數目在中等強度運動下不會有顯著變化。在長時間運動情況下，恢復期會產生抑制的情形如

CD3⁺CD8⁺顯著減少，其他像總淋巴細胞及CD3⁺CD4⁺在運動後3 小時可回復到正常值，因此恢復期採血點時間的選擇，可能是造成細胞數目是否能回到基礎值的原因。

(2) 高強度運動對恢復期白血球數目影響

Ibfelt, Petersen, Bruunsgaard, Sandmand, and Pedersen (2002) 以 7 名健康男性，年齡在20~39 歲，進行 1.5 小時強度為 75﹪V‧O2max下坡跑運動，運動結束時淋巴細胞和嗜中性球增加兩倍、T淋巴細胞亞群 (CD3⁺、CD4⁺、CD8⁺) 也顯著增加，運動後2 小時嗜中性球持續增至四倍，T淋巴亞群CD3⁺、CD4⁺、CD8⁺在運動後2 小時回復到基礎值，至於總淋巴細胞比基礎值低但未達顯著差異。

Ronsen, Pedersen, Oritsland, Bahr and Kjeldsen-Kragh (2001) 對 5 位競速滑冰選手和4 位鐵人三項男性選手，年齡在 21~27 歲，進行 75 分鐘 75﹪V‧O₂max腳踏車運動，運動結束時白血球、嗜中性球、總淋巴細胞、CD4⁺、CD8⁺數目增加，

運動後1 小時淋巴細胞回復正常值，運動後 4 小時嗜中性球、CD4⁺、CD8⁺回復到正常值。

Steensberg等 (2001) 對 9 名男性，平均 30 歲（25~50 歲）從事 2.5 小時強度 75﹪V‧O2max腳踏車運動，運動中總淋巴細胞、CD4⁺、CD8⁺顯著增加，運動結束 CD4⁺顯著減少，運動後2 小時總淋巴細胞、CD4⁺、CD8⁺均顯著減少。

由以上文獻可看出，在 75﹪V‧O2max強度下運動 75~90 分鐘會誘發淋巴細胞和嗜中性球數目增加，淋巴細胞及T淋巴亞群可在 2 小時內回到正常值，至於嗜中性球在同一時間點上仍高於正常值。然而隨著運動時間延長至2.5 小時發現總淋巴細胞、T淋巴亞群在運動後 2 小時仍顯著低於正常值，產生免疫抑制的現象。

除了長時間高強度運動外，Natale等 (2003) 對兩名健康年輕男性進行短時

(4)

間、接近最大強度（5 分鐘強度 90~97﹪V‧O₂max）腳踏車運動，運動結束時CD3⁺、 CD4⁺、CD8⁺顯著增加，運動後3 小時CD8⁺回復到正常值，而CD3⁺、CD4⁺則低於正常值。

(3) 耗竭性運動對恢復期白血球數目影響

Vider等 (2001) 對 19 位年輕耐力運動員，平均年齡：22.21±5.58 歲，V‧O₂max 為69.79±8.22 ml‧kg^-1‧min^-1，進行漸增負荷跑步至衰竭，運動結束時白血球、

嗜中性球和淋巴細胞增加，白血球和嗜中性球在運動後30 分鐘回到運動前值，

至於T淋巴亞群CD3⁺、CD4⁺、CD8⁺和B cell在運動結束時亦顯現增加的趨勢，但運動後30 分鐘未回復到基礎值。類似的研究在Mooren等 (2001) 以強度 80﹪

‧OV 2max讓健康受試者跑至衰竭，受試者平均衰竭運動時間為 30.5±2.8 分鐘。所得結果與Vider研究類似，但Mooren研究恢復期採血點為運動後 1 小時。

Fry讓 8 位受過訓練的受試者，以漸增負荷的方式跑至衰竭，結果發現運動結束時總白血球、淋巴細胞、CD3⁺、CD8⁺、CD56⁺數目顯著上升；嗜中性球、

CD4⁺、CD20⁺運動結束時也增加但未達顯著。運動後2 小時總白血球、嗜中性球、

淋巴細胞、CD3⁺、CD4⁺、CD8⁺、CD20⁺、CD56⁺數目皆與運動前值無顯著差異。

由以上文獻，可以發現從事單次衰竭運動會誘發白血球、嗜中性球和淋巴細胞及其亞群數目增加，在運動恢復期發現淋巴細胞及亞群數目低於正常值的現象，但運動後2 小時減少的細胞數目可回復到運動前值。

二、運動訓練對恢復期白血球數目影響

Buyukyazi (2004) 以 11 位長期接受訓練的男性中長距離選手為對象，與 11 位坐式生活者比較安靜時總白血球、嗜中性球、淋巴細胞數目，發現兩組安靜值沒有顯著差異。至於兩組淋巴亞群百分比CD3⁺、CD4⁺、CD8⁺、CD19⁺、CD4/CD8 比率均無顯著差異。類似的研究在Imrich等 (2004) 對 10 名健康男性（平均年齡 34±1 歲）接受 6 週強度為 70~80﹪V‧O2max越野賽跑訓練。在訓練前、後分別進行20 分鐘強度 80﹪V‧O₂max跑步測驗，結果發現訓練後攝氧量顯著增加，基礎值白血球、顆粒球、淋巴細胞的數目於訓練前後無顯著差異。至於運動誘發白血球、

顆粒球和淋巴細胞數目增多，細胞數目的變化在運動後1 小時會回到運動前值，

前述的變化在訓練前、後均呈現一致的結果。

由上述研究可看出，長期訓練不會對基礎值淋巴細胞數目產生影響，但訓練有助於心肺功能的提升，相比之下訓練後是在更大或更高強度的負荷下工作，一

(5)

般來說運動強度愈高所誘發的免疫反應也會愈大，但經過訓練後卻沒有這樣的現象出現，顯示人體的免疫系統在訓練後產生適應。

第三節動態恢復對體內生理值與免疫功能之影響

一、動態恢復對體內生理值之影響

Bond等 (1991) 讓 5 名男性受試者進行兩次強度為 150﹪V‧O2max持續 60 秒的腳踏車運動。超最大工作 (supramaximal work) 後接著 20 分鐘強度為 30﹪

‧OV 2max的動態恢復 (active recovery, AR) 或 20 分鐘靜態恢復 (rest recovery, RR) 。結果顯示乳酸在運動結束時兩組無差異，20 分鐘之後，動態恢復組 (3.5 mM) 乳酸消失的速率顯著快於靜態恢復組 (7.2 mM) 。另外在Dodd, Powers, Callender, and Brooks (1984) 實驗中，7 位受試者進行 50 秒最大工作後，立即接著動態恢復

（強度35﹪V‧O2max或 65﹪V‧O2max）或靜態恢復 40 分鐘，結果顯示乳酸消失的速率，低強度動態恢復組顯著快於靜態恢復組和中強度動態恢復組 (65﹪

‧OV 2max)。

在單次短時間高強度運動後，乳酸值反應疲勞的程度，上述實驗證實動態恢復能加速乳酸的移除。至於在動態恢復強度的選擇上，低強度恢復對乳酸移除的效果優於中強度恢復。

Wigernaes等 (2001) 讓 13 名耐力運動員重複進行 60 分鐘強度 83﹪

‧OV ₂max、坡度 6°上坡跑運動，在運動完之後，分別接受 15 分鐘動態恢復（強度為50﹪V‧O2max）或 15 分鐘休息恢復。結果顯示腎上腺素和正腎上腺素在 60 分鐘上坡跑之後顯著增加，在運動後15 分鐘，動態恢復組腎上腺素和正腎上腺素濃度比靜態恢復組來的高，但在運動後30 分鐘之後，兩組腎上腺素和正腎上腺素濃度無顯著差異。

二、動態恢復對體內免疫功能之影響

Wigernaes等 (2000) 以 14 名大學耐力運動員，平均年齡 23.4±2.4 歲，分高強度（強度80﹪V‧O2max跑 30 分鐘）和中強度（強度 70﹪V‧O2max跑 60 分鐘）

兩組，兩組運動完均進行15 分鐘動態恢復（強度 50﹪V‧O₂max跑 15 分鐘）和 15 分鐘靜態恢復，高強度組在15 分鐘AR後白血球無顯著改變，反觀 15 分鐘RR後，

比運動結束時白血球減少35﹪，運動後 2 小時，兩種恢復方式白血球數目無差異，

很可惜的在運動後15~120 分鐘沒有血液的樣本，無法瞭解白血球在這段時間的

(6)

變化。因此Wigernaes等 (2001) 做了進一步的研究，讓 13 名耐力運動員完成 60 分鐘強度83﹪V‧O2max、坡度 6°上坡跑運動，結果顯示，動態恢復 15 分鐘 (50

﹪V‧O₂max) ，能阻止恢復期總白血球數目下降。AR組嗜中性球數目在運動後未減少，在整個觀察階段細胞數目均高於基礎值。至於循環淋巴細胞，運動後15 分鐘兩組細胞數目均減少，兩組間無顯著差異 (p> .05) ，但RR組相對於AR組下降曲線的斜率有較陡峭的趨勢。運動後30 分AR組和RR組淋巴細胞數目分別低於基礎值13﹪和 17﹪，兩組在運動後 30~120 分鐘淋巴細胞數目低於基礎值 13~28

﹪。

由上述研究可知，單次長時間激烈運動後給予動態恢復能維持白血球數目在很高的量，更重要的是能緩和淋巴細胞數目減少的趨勢。

目前有關於動態恢復對於免疫功能影響的研究是有限的，但激烈運動或訓練後，給予適當強度的動態恢復，能防止白血球數目的持續下降在前述兩篇研究中以獲得證實。至於動態恢復為什麼可以減緩白血球持續降低？Wigernaes 等 (2000) 在其研究中提到，運動後白血球的增加可能與運動誘發腎上腺素活化有關，立即中止腎上腺素的活化，可能是解釋白血球下降的重要因素。因此在運動後給予持續中強度運動，如：在運動之後逐漸去活化的方式取代完全的休息，可能防止白血球立即的下降。上述的說法在Wigernaes 等 (2001) 研究中獲得證實，與靜態恢復比較，動態恢復導致腎上腺素、正腎上腺素濃度較慢回到基礎值。因此兩組細胞數目的差異來自動態恢復維持兒茶酚胺的量。除外，皮質固醇 (cortisol) 會影響淋巴細胞離開循環系統，因此恢復期（運動後30~120 分鐘）皮質固醇濃度持續下降至低於基礎值，與緩和淋巴細胞減少的趨勢可能也有關，但 Wigernaes 解釋皮質固醇濃度的改變，可能歸因於是自然晝夜變化，造成恢復期皮質固醇濃度降低。

第四節　影響白血球數目的相關機制

一、淋巴細胞的遷移

運動中循環淋巴細胞來自脾臟、淋巴結和腸道，因為細胞動員至血液的距離很短，所以不大可能動員自骨髓和胸腺的細胞。進入循環的細胞數目取決於運動強度的刺激，假如運動持續長時間或非常劇烈，總淋巴細胞濃度會下降，對於這機制，可能是由於淋巴細胞從循環系統移到組織中進行再分配時，缺乏成熟的細

(7)

胞可被招募 (Pedersen & Hoffman-Goetz, 2000)。

二、賀爾蒙的影響

　體內賀爾蒙的分泌會造成循環白血球的重新分配，像運動中白血球立即增多的反應是由於提升兒茶酚胺的量，隨後嗜中性球的增加是由於皮質醇 (cortisol) 的提升。不像兒茶酚胺，皮質固醇要延遲數個小時才能發揮他的影響 (Pedersen &

Hoffman-Goetz, 2000) 。Pedersen 假設在長時間激烈的馬拉松競賽，皮質固醇扮演維持嗜中性球增多和淋巴球減少的角色，然而在Lancaster 等 (2005) 及

Wigernaes 等 (2001)實驗中，發現運動結束時皮質醇濃度上升，在恢復期運動後 2 小時皮質醇濃度會下降比基礎值低。但皮質醇濃度下降的同時，嗜中性球仍顯著高於基礎值，而淋巴細胞稍低於基礎值，因此除賀爾蒙外另有影響細胞遷移的機制。

三、嗜中性球和淋巴球的外滲作用

激烈或長時間運動會誘發局部肌肉損傷，造成發炎反應，各種細胞激素和其他的發炎介質都會作用在局部的血管上，誘發內皮細胞黏附分子 (cell-adhesion molecules ; CAMs) 的表現。嗜中性球通常是最先結合到發炎內皮及外滲進入組織的細胞，嗜中性球的外滲作用可分成四個連續的步驟： (1) 滾動 (2) 化學趨化物刺激的活化作用 (3) 停止及黏附 (4) 穿透內皮的移行作用。各種不同的淋巴細胞在發炎部位及次級淋巴器官等處皆有外滲作用，淋巴細胞外滲的整個過程與嗜中性球類似，也包括了四個步驟：接觸和滾動、活化、停止和黏附，最後則是穿透內皮的移行（王政光等，2004）。

嗜中性球和淋巴細胞均有外滲的作用，然而只有淋巴細胞在恢復期產生數目減少的現象，這或許是黏著分子在運動前、後的表現有關。運動過程中，顆粒球、

CD4⁺、CD8⁺、CD16⁺ 的CD62L (L-selectin，選擇素)表現會降低 (Kurokawa, Shinkai, Torii, Hino, & Shek, 1995) ，而這似乎是造成運動中循環白血球數目增加的重要原因。至於恢復期顆粒球數目持續增加，Kurokawa等 (1995) 認為骨髓可能是細胞的來源，因為恢復期的顆粒球表現CD62L^high。這點已獲得van Eeden, Kitagawa, Klut, Lawrence, & Hogg (1997) 證實，van Eeden發現剛從骨髓釋出的未成熟嗜中性球比成熟的嗜中性球帶有較高CD62L表現量。反觀淋巴細胞亞群CD62L表現在運動後恢復期與控制組（未運動時）比較並無顯著差異，這或許可以解釋運動後恢復期嗜中性球和淋巴細胞數目變化不一致的原因。

(8)

第五節　本章總結

綜合上述文獻歸納出以下三點：

一、從事單次運動，不論強度均會誘發嗜中性球的增加，增加的現象會持續至運動恢復期，恢復期增加的嗜中性球可能來自骨髓。而淋巴亞群在長時間和激烈運動中會增加，運動後恢復期細胞數目低於運動前值，取決於運動時間和強度，恢復期淋巴細胞低於正常值的可能原因，是由於細胞離開循環進入組織而造成細胞數目的減少。

二、長期訓練不會改變基礎值淋巴細胞數目，但長期訓練後個體心肺耐力或肌力獲得提升，顯示免疫系統適應更高強度運動負荷。

三、在激烈運動和訓練後進行中強度的動態恢復，能維持白血球數目及緩和淋巴細胞數目減少，此與動態恢復減緩腎上腺素和正腎上腺素濃度迅速回到正常值有關。