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运动能提高免疫力吗?

scottwebb / CC0

孙悦礼,临床医生 | 生物医学工程师 | 科普作者

太长不看的可以只看摘要——

免疫力不是提高得越高越好的,可能用「调节」这个词更好一点。
运动过度会让免疫力不足,运动过度会让免疫力不足。
适当的运动加上合理的营养补给,才能促进身体的合成代谢,而这个过程当中,会引发免疫调节的一系列信号通路,让免疫力随着新陈代谢的更新而一起升级变好。

众所周知,生命在于运动。

对于一般人来说,经常进行中等强度的运动锻炼不仅有助于降低未来各种慢病的发病风险,而且在短期也可以直接调节昏沉萎靡的精神状态和身体感受。

同样宅在家,每天流汗和不流汗的两类人,表现出来的是截然不同两种精神面貌。

但大家也都知道,凡事过犹不及,专业运动员长时间进行高强度的体育锻炼却更容易受到过量运动的“反噬”。这些影响包括高比例的蛋白质分解代谢、促炎症反应,同时伴有肌肉损伤、肌肉酸痛、氧化应激减慢[1]和免疫抑制[2]

这些高强度运动的影响最终会反过来影响到健康,大量研究也报道了这些因为高强度体育锻炼而引起的过度训练综合症,其中尤其提到了上呼吸道感染风险的增加[3][4][5]

那么,怎么算是适度运动,怎么算是运动过量呢?

于是,负荷管理就被引入现代体能训练,有的篮球运动员因为主动要求轮休,被外界质疑太矫情,事实上合理科学的训练负荷调整正是运动寿命更长久的保障。(名宿:卡哇伊的负荷管理非常成功 但球迷会失望

其实,对于运动员的身体健康和运动寿命,我个人也更支持负荷管理的。

无论无氧抗阻训练,还是有氧耐力训练,都可以通过一些训练指标(重量、频数、步频、功率)来量化训练量,并通过人的生理指标(心率、最大摄氧量 VO2max、肌肉酸痛感)来量化耐受程度,将两部分参数进行整合,就可以获得单次训练对人的负荷程度(Training Stress Score,TSS)以及训练强度因子(Intensity Factor,IF)。

以自行车运动为例,训练量强度的参考系就是功能性输出功率阈值 (FTP, Functional Threshold Power),评价单次训练输出功率占 FTP 的百分之多少,以及持续时间,可以精确评价单次训练的强度。IF 强度因子作为单位时间的训练强度,乘以总共训练的时长,再乘以实际输出的功率值,就获得了 TSS。

TSS = (训练时长(秒) x NP x IF) / (FTP x 3600) x 100

每次训练都会产生一个 TSS。

把 7 天的 TSS 加起来,取个平均值,就是短期训练负荷(Acute Training Load, ATL),代表一段较短时间内训练的积累量;

把 42 天的 TSS 加起来,取个平均值,就是长期训练负荷(Chronic Training Load, CTL),代表了一段较长时间段中训练的积累量,一定程度也反映了我们对特定有氧训练的适应程度。

ATL、CTL 和 TSB 的简单示意图

看图会觉得和股票的 K 线图特别像,两者的原理其实也是一样的,都通过移动平均线反映不同时间段的趋势。

根据原理,把短期训练负荷减去长期训练负荷,得到的就是近期我们无法适应的训练量,也就是疲劳值(Training Stress Balance, TSB)。

根据公式 TSB=CTL-ATL,可以发现:

当 CTL(体能)很高时,你的 TSB(训练适应程度)为正,你就会产生良好的状态。 当 CTL(体能)并不高,而 ATL 过高,就会引起 TSB(训练适应程度)为负,这时候训练的状态就未必是最好的。
我自己最近 90 天的训练负荷管理图

这是我近期的训练负荷图表,黄色的柱子是 TSB 疲劳指数,往下表示负值。对于我自身来说,当我的 TSB 低于 -20,可能会出现一点感冒症状,偶尔也会有点牙疼,这就是所谓的免疫抑制症状,这时候即使并不疲劳,也要努力忍住好好休息一天,让 TSB 降回 -10 到 -15 之间,再继续训练计划。

进一步聚焦 TSB,可以得到疲劳耐受图

11 月底和 12 月初,连着三周完成了上海马拉松和大阪马拉松,单次 42 公里的长跑可以直接把疲劳感从“满血”打到“残血”,当达到红色的临界值,就一定要停止继续训练了。因此,我一般会维持在一个比较窄的疲劳感区间,结合自身感受和负荷管理图表综合来管理。

如果想给自己的训练量加码,一般以不超过上周训练量 20%的比例逐渐增加。


那么就来到第二个问题,身体的疲劳感怎么消除呢?

促进疲劳感消失的方法主要分为两种:

要么欺骗神经大脑,让他们接受不到生理心理疲劳的信号;

要么就是充足的休息和营养,从根源上消灭那些造成疲劳的代谢产物。

说到怎么欺骗大脑,让身体暂时忘记疲劳感,首先想到的就是咖啡。咖啡因的确是提神的利器,从中枢层面就抑制了疲劳感的产生。

众所周知,我们日常生活、工作、运动都需要大量的能量,都知道“人是铁,饭是钢”,我们大部分的能量都是从食物中的脂类和糖类中获取,这些物质在体内被消化后转化为葡萄糖进入血液,被细胞吸收,通过细胞分解,把他们变成一种“能量货币”——ATP 中(Adenosine triphosphate 三磷酸腺苷)。直接使用葡萄糖效率比较低,而通过转化成 ATP,需要用的时候可以直接用。(妈妈在家擀皮儿做馅儿包了一大堆饺子,塞在冰箱以备不时之需,这个原理就和葡萄糖转化为 ATP 供能差不多)

身体为我们包的能量“速冻饺子”,随用随取,通过释放磷酸提供能量

神经元活动和神经系统通过放电来调节全身,放电需要 ATP 提供能量。

运动时,肌肉收缩舒张的基础功能在于肌钙蛋白,钙离子的吸收和输布,同样也需要 ATP 提供能量。

为了把 ATP 用到极致,一般 ATP 会分为 3 次水解,ATP-ADP-AMP,每次水解失去一个磷酸,最终三磷酸腺苷只剩下一个无法提供能量的腺苷,腺苷就是能量货币用完之后剩下的尾料。

当使用过多能量后,体内能量货币的“尾料”腺苷就会越来越多,神经上的神经元广泛分布着的腺苷受体,腺苷受体和这些腺苷结合,会大大抑制神经的兴奋性,人就容易犯困和感到疲倦。

咖啡因的结构和腺苷类似,它们也可以和腺苷受体结合,但却不会抑制神经的兴奋性,咖啡因对腺苷的“竞争性抑制”,就是它提神的原理。然而,因为喝了咖啡,那些无法正常与腺苷受体结合的腺苷就会在体内越积越多,当腺苷浓度到达咖啡无法阻滞的程度,咖啡就没有效果了。毒品的效应同理,但阻滞效果强于咖啡百倍,所以会使人异常兴奋。

然而,欺骗毕竟是欺骗,这次传染病防疫工作我们也看到了,当决策中心被一些瞒报蒙在鼓里,短短的一周就会产生不可控的后果。

如果身体明明很疲劳,但神经不知疲惫,还在一个劲 push 身体继续坚持自律的话,身体在“能!”“明白!”中,一根弦也很容易被拉断,免疫功能的崩盘、肌肉代谢的破坏,到头来还是得不偿失。

因此,第二种尽快消除疲劳源头的方法就更能解决问根本题。充足睡眠和高质量营养补充就可以起到促进训练恢复的作用。

讲到训练恢复,就不得不提肌肉。

骨骼肌主要由两种纤维类型组成(快肌纤维和慢肌纤维),两种肌纤维类型在力量强度和抗疲劳能力上各有千秋。

不同运动类型需要不同种类的肌纤维

I 型慢肌纤维表现出较低的收缩反应,但却有更高的抗疲劳能力,在这些肌纤维中含有大量的线粒体,依靠脂肪酸产生能量。由于线粒体功能依赖于氧的供应,这些肌纤维和毛细血管紧密缠绕,在长时间运动中,可以保证足够的摄氧量和能量供给。

而与之相反,II 型快肌纤维具有更快速的收缩反应,但抗疲劳能力较低。这些纤维的线粒体含量较低,因此需要通过细胞内的葡萄糖代谢来产生能量。非氧化性葡萄糖代谢每个葡萄糖分子释放两个 ATP 分子、两个丙酮酸以及两个还原性 NAD 分子。为了维持糖酵解通量,丙酮酸分子被转化为乳酸,释放一个非还原性 NAD 分子。

蓝色是 II 型快肌纤维,红色为 I 型慢肌纤维,两者形态功能都各不相同

相比 I 型慢肌纤维中,一个脂肪酸分子在线粒体氧化,整个氧化磷酸化过程中提供 100 多个 ATP 分子作为电池,更适合长时间的耐久运动;而 II 型快纤维中的糖酵解以较快的速度释放能量,但 ATP 的产量较低,所以 II 型快肌纤维爆发力够强,但不能维持很长久的时间。

肌肉中两种肌纤维的数量比例取决于先天个体差异,以及训练种类的后天刺激。随着有侧重的训练,I 型 /II 型肌纤维的比例也会互相转化主导地位。

通过抗阻的力量训练,可以通过增加肌纤维的横截面积来提高肌肉中葡萄糖的储备(肌糖原),外观看起来肌肉的维度更大,此时快肌纤维占主导,肌肉更擅长做爆发力为主的运动。

更适合短距离爆发的冲刺手

通过长时间的耐久有氧训练,可以通过增加其肌肉中线粒体含量来“教会”肌肉从快速糖酵解纤维转变为脂肪酸供能,从而从快肌纤维转变为慢肌纤维,外观看起来这种肌肉更细长,此时慢肌纤维占主导,肌肉更擅长持久的中幅度收缩的运动[6]

更适合长距离有氧耐久比赛的爬坡手

随着训练的消耗和肌纤维的再生,我们没有被杀死,反而变得更强。

抗阻 / 耐力训练累积让肌肉变强的原理(增加肌肉体积 / 增加肌肉摄氧量)

侧重抗阻训练(A)的,肌纤维损伤和修复会不断增加快肌纤维的截面积,使其可以携带更多糖原用于爆发,外观上看肌肉围度和体积都会增加。

侧重耐力训练(B)的,肌纤维损伤和修复会不断增加慢肌纤维周围的毛细血管分布密度,以及线粒体数量,使其具有更大的摄氧量,保证在肌糖原储备用完之后,可以高效的燃烧脂肪酸来供能。

无论抗阻训练还是有氧耐力训练,只要训练过度都会引起肌纤维断裂损伤,都会释放出局部炎症,修复肌纤维需要额外占用蛋白质或必需氨基酸,身体在“拆东墙补西墙”的过程中,不可避免的会影响到原先免疫功能和生理代谢的正常节奏。

肌纤维损伤与修复的过程,带来的肌肉进化

正如之前所说,肌肉酸痛就是疲劳累积可能影响到生理免疫功能的预警信号。

神经系统也会因为和 ATP 消耗后的产物腺苷结合,而产生困倦的感受,此时睡眠质量会很好,充足优质的睡眠可以从多方面促进身体的合成代谢,让身体尽快开工修复损伤的肌纤维。

光靠睡眠其实还远远不够,造房子不仅需要工期,还需要原料和工人,针对训练过量恢复,最重要的营养原料就是蛋白质和氨基酸。其中,蛋白质是用于肌纤维修复的原料,而可以直接进入肌肉参与代谢的必需氨基酸(支链氨基酸 BCAA)就是促进充分激活肌纤维修复的工人。

三者缺一不可。

回到过量训练导致的免疫力下降的问题,必需氨基酸作用在局部损伤的肌纤维中,不仅可以“敦促”肌纤维修复工程尽快竣工,还可以作用到周边的巨噬细胞等免疫细胞上,把自身免疫调节回正常的状态,不防御过度,也不防御放水。

乳清蛋白可以通过营养补给来从脂质代谢、肌肉蛋白合成 / 分解、抗氧化系统等不同层面来调节免疫,这个过程主要由支链氨基酸(Branch Chains Amino Acid, BCAA) 来介导。

相关蛋白质补剂的内容可以参考之前的一篇回答,

健身吃蛋白粉对身体是否有损害?

自从骨骼肌合成代谢的整个过程被解释清楚以来,BCAA 补充剂就越来越受欢迎。多项研究表明,BCAA 激活骨骼肌合成代谢,通过促进蛋白翻译从而增加肌蛋白。

可以直接进入肌肉代谢的必需氨基酸就是 BCAA,它们是调节肌纤维修复和改善免疫的重要信号

其他证据也表明,不仅是直接进入肌肉代谢的 BCAA,其他几种进入肝脏代谢的必需氨基酸也具有同样的效果,但前提是必须有足够的摄入量(3500-4000mg),才能充分激活骨骼肌合成代谢运动,同时维持身体正常的免疫功能,避免运动过量对身体的不良影响。

通过营养来改善免疫、促进训练恢复是一个很前沿的健康医学领域,尤其是蛋白质和氨基酸补剂方面,近两年也是特别火,相比咖啡因的类似兴奋剂作用,BCAA 和蛋白质补剂可能更安全也更健康。


综上所述,无论你是业余运动爱好者,还是半职业的运动员,每个人都有自己运动量的“天花板”,因此都会碰到运动过量的问题。

只有做好“循序渐进”来规划好自己的运动计划,同时通过“科学膳食”来管理疲劳的恢复,我们再来谈“曼巴精神”的自律和执行力。