Scientific journal

Fundamental research

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

Интенсивные физические нагрузки, превышающие адаптационные возможности организма, нередко приводят к метаболическим нарушениям в организме спортсменов с последующим развитием утомления и снижением спортивных результатов [6, 10]. Механизмы развития их до конца не изучены, что лимитирует разработку новых методов диагностики и коррекции этого явления [3, 5, 9]. Оно может быть связано с острым нарушением метаболизма пуринов, ранее описанным нами на модели клинической смерти и реанимации [2].

В настоящей работе предпринята попытка объяснения механизмов развития утомления, развивающегося при интенсивных физических нагрузках, с позиций теории острого нарушения метаболизма пуринов и проведения коррекции этого состояния.

Материал и методы исследования

Эксперимент проводили на базе Центральной научно-исследовательской лаборатории ГОУ ВПО «Омская государственная медицинская академия» на 55 белых аутбредных крысах-самцах массой 240 ± 20 г. Исследования проводились в соответствии с требованиями Европейской конвенции по защите экспериментальных животных (86/609 ЕЕС). Исследуемые животные были разделены на 4 группы. Первую из них составляли интактные крысы (И, n = 10). Во вторую группу вошли животные с оптимальным режимом физической нагрузки (ОН, n = 15), подвергавшиеся принудительному плаванию с грузом, равным 10 % от массы тела в течение пяти недель эксперимента через день. На крысах третьей группы (ИН, n = 15) моделировали интенсивные физические нагрузки принудительным плаванием с грузом, равным 10 % от массы тела, в течение первых трех недель эксперимента через день, последние две недели - ежедневно. Крысы четвертой группы (ИН + С, n = 15) подвергались плаванию по схеме ИН, но на последней неделе эксперимента они получали перорально селенит натрия ежедневно в дозе 30 мкг/кг массы тела до принудительного плавания с грузом. Критерием ограничения времени плавания у крыс второй, третьей и четвертой экспериментальных групп служило опускание животного на дно бассейна, после которого оно не могло самостоятельно подняться на поверхность.

Плавание крыс проводили в бассейне диаметром 45 см, глубиной 60 см, с температурой воды 28-30 °С, а воздуха в виварии - 19-21 °С. По окончании эксперимента у них забирали кровь, в плазме которой определяли концентрацию лактата, урата, пирувата, β-гидроксибутирата, мочевины, свободных жирных кислот (СЖК) унифицированными методами исследования, а в эритроцитах - содержание малонового диальдегида (МДА) - по реакции с тиобарбитуровой кислотой, глутатиона (G-SH) - реакцией с 5,5 - дитио-бис-(2-нитробензойной) кислотой, активность супероксиддисмутазы (СОД) - по Т.В. Сирота [7], каталазы (КАТ) - по М.А. Королюк с соавт. [4], глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (Г-6-ФДГ) - по Д.В. Черданцеву [8], глутатионредуктазы (ГлР) и глутатионпероксидазы (ГлПО) - по С.Н.Власовой с соавт. [1].

Для биохимических исследований использовали реактивы фирм «Ольвекс» (Россия), «Hospitex» (Швейцария), «Randox» (Великобритания). Результаты исследования обработаны статистически с помощью программы «SPSS 13.0». Статистическая обработка осуществлялась с использованием t-критерия и непараметрического критерия Манна-Уитни. Достаточным считался уровень значимости р < 0,05.

Результаты исследования и их обсуждение

Приведенные в табл. 1 данные свидетельствуют о том, что даже оптимальные физические нагрузки приводят к усилению анаэробного гликолиза, что выражается в нарастании лакцидемии. Уровень лактата в крови крыс группы ОН превышает соответствующий показатель у интактных крыс на 40,0 % (Р = 0,002). Должно быть, у животных группы ОН лактат успешно реутилизируется в углеводы в реакциях глюконеогенеза, что препятствует резкому закислению тканей, сопряженному с усиленным катаболизмом пуриновых мононуклеотидов. Повышенный уровень лактата в крови крыс группы ОН сопряжен с некоторым увеличением в ней концентрации пировиноградной кислоты, которая на 17,2 % превышает аналогичный показатель у интактных животных (Р = 0,059).

Из-за повышенного расхода углеводов, вызванного интенсификацией анаэробного гликолиза в условиях ОН, развивается их дефицит. Следствием этого является интенсификация процессов кетогенеза, о чем свидетельствует повышенная концентрация β-гидроксибутирата в плазме крови крыс группы ОН по отношению к аналогичному параметру у интактных животных [на 29,6 %; Р = 0,010)]. На вовлечение в окислительный процесс липидов и аминокислот указывает также повышенная концентрация СЖК и мочевины в плазме крови крыс группы ОН, содержание которых превышает аналогичные показатели у интактных животных соответственно на 14,9 % (Р = 0,035) и 23,0 % (Р = 0,035).

Таблица 1

Показатели, характеризующие окислительные процессы в крови крыс интактных (И), подвергнутых оптимальным нагрузкам (ОН), интенсивным нагрузкам (ИН) и введению селенита натрия (ИН + С), М ± m, n = 10-15

Примечание: и - различия статистически значимы по сравнению с крысами интактными, он - с подвергнутыми ОН, ин - с подвергнутыми ИН.

Вместе с тем в организме крыс, плавающих по схеме ОН, не происходит резкого усиления катаболизма АТФ и АМФ до урата. Отмечается лишь тенденция к увеличению уровня последнего в крови данных животных [на 38,1 % по сравнению с аналогичным параметром у крыс группы И (Р = 0,061)]. Вследствие этого в условиях ОН генерирование ксантиноксидазой активных кислородных метаболитов не протекает с большой интенсивностью, на что указывает отсутствие статистически значимых изменений со стороны показателей состояния перекисного окисления липидов и антиоксидантной системы у крыс этой группы. Исключением является торможение в эритроцитах активности КАТ, которая снижена на 63,2 % по сравнению с аналогичным параметром у крыс интактной группы ((Р = 0,001), табл. 2).

Интенсивные физические нагрузки сопровождаются еще большей интенсификацией реакций анаэробного гликолиза, что приводит к значительному возрастанию в плазме крови крыс этой группы концентрации лактата [на 83,5 % (Р = 0,0001) и 31,1 % (Р = 0,003) по сравнению с аналогичными параметрами у животных групп И и ОН соответственно]. В условиях ИН лимитируется, вероятно, превращение пирувата в щавелевоуксусную кислоту. Его концентрация в крови превышает аналогичный параметр у животных групп И и ОН соответственно на 37,9 % (Р = 0,001) и 17,6 % (Р = 0,045). У крыс группы ИН отмечается еще большая интенсификация кетогенеза. Концентрация β-гидроксибутирата в плазме крови крыс группы ИН превышает уровень этого показателя у животных группы И и ОН соответственно на 39,5 % (Р = 0,01) и 7,6 % (Р = 0,62). Торможение реакций цикла Кребса, вызванное снижением генерации щавелевоуксусной кислоты, приводит к недостаточно эффективному окислению СЖК в организме крыс группы ИН. Их концентрация в крови данных животных превышает аналогичный параметр у животных групп И и ОН соответственно на 15,4 % (Р = 0,024) и 0,4 % (Р = 0,82). Следствием этого является, вероятно, развитие в тканях кетоацидоза, который совместно с лактоацидозом приводит к интенсивному катаболизму пуриновых мононуклеотидов до гипоксантина и ксантина с последующим окислением этих метаболитов ксантиноксидазой до урата. Уровень урикемии в крови крыс группы ИН превышает аналогичный показатель у животных группы И и ОН соответственно на 97,9 % (Р = 0,0001) и 43,3 % (Р = 0,011).

Таблица 2

Изменение показателей, характеризующих перекисное окисление липидов и антиоксидантную защиту в эритроцитах крыс интактных (И), подвергнутых оптимальным нагрузкам (ОН), интенсивным нагрузкам (ИН) и введению селенита натрия (ИН+С), М ± m, n = 10-15

Примечание: и - различия статистически значимы по сравнению с крысами интактными, он - с подвергнутыми ОН, ин - с подвергнутыми ИН.

Катаболизм пуринов сопряжен с усиленной генерацией ксантиноксидазой активных кислородных метаболитов, усиливающих липопероксидацию ненасыщенных жирных кислот фосфолипидов мембран эритроцитов. Этому способствует торможение функции системы антиперекисной защиты. Активность СОД в эритроцитах крыс группы ИН снижена по сравнению с аналогичным показателем у животных групп И и ОН соответственно на 31,6 % (Р = 0,001) и 20,8 % (Р = 0,004). Образующаяся в супероксиддисмутазной реакции перекись водорода инактивируется недостаточно эффективно вследствие торможения КАТ. Активность последней в эритроцитах крыс группы ИН ниже аналогичного показателя у животных групп И и ОН соответственно на 71,0 % (Р = 0,001) и 21,3 % (Р = 0,045). Все это способствует повреждению мембран эритроцитов, на что указывает увеличение в них уровня МДА, промежуточного продукта перекисного окисления липидов. Содержание этого метаболита в эритроцитах крыс группы ИН превышает аналогичный показатель у животных групп И и ОН на 22,3 % (Р = 0,003) и 14,3 % (Р = 0,019) соответственно.

В реакции инактивации гидроперекисей липидов, образовавшихся в результате интенсификации свободнорадикальных процессов, принимает участие G-SH. Усиленное вовлечение этого трипептида в глутатионпероксидазную реакцию приводит к развитию его дефицита. Содержание G-SH в эритроцитах крыс, подвергшихся ИН, снижается на 14,6 % (Р = 0,008) и 13,7 % (Р = 0,041) по сравнению с уровнем этого показателя у крыс группы И и ОН соответственно. Определенный вклад в развитие дефицита G-SH вносит, вероятно, и торможение функции ГлПО и ГлР. Так, в эритроцитах крыс группы ИН активность первого из названных энзимов, снижена на 23,6 % (Р = 0,002) и 13,2 % (Р = 0,025) относительно аналогичного показателя у животных групп И и ОН соответственно, а активность ГлР - на 36,5 % (Р = 0,001) и 31,3 % (Р = 0,018) относительно активности данного фермента в крови крыс вышеупомянутых групп соответственно.

При этом также, вероятно, тормозится и генерация НАДФН2, необходимого для функционирования ГлР. Этому способствует снижение в эритроцитах крыс группы ИН активности Г-6-ФДГ - ключевого фермента пентозофосфатного пути окисления глюкозы [на 57,2 % (Р = 0,002) и 53,1 % (Р = 0,004) по сравнению с аналогичными показателями в группах И и ОН соответственно].

О развитии у животных группы ИН утомления свидетельствует статистически значимое снижение времени активного плавания к окончанию эксперимента по сравнению с крысами группы ОН. Крысы, подвергнутые ИН, на пятой неделе эксперимента отличались более пассивным поведением и снижением двигательной активности в периоды отдыха.

Введение крысам, подвергнутым ИН, селенита натрия сглаживает описанные выше метаболические нарушения, в частности, уменьшает степень гипоксии. Концентрация молочной кислоты в плазме крови крыс группы ИН+C снижена на 28,8 % (Р = 0,001) по сравнению с аналогичным показателем у животных группы ИН, а содержание пирувата - на 15,0 % (Р = 0,025). Это связано, вероятно, с более интенсивным вовлечением пирувата в пируватдегидрогеназную реакцию и окислением образовавшегося ацетил-КоА в цикле Кребса. Интенсификация этого метаболического пути способствует более эффективному окислению СЖК. Концентрация последних в плазме крови крыс группы ИН + С статистически значимо не отличается от аналогичного параметра у животных интактной группы, она на 12,3 % ниже, чем у крыс группы ИН (Р = 0,045). Снижение интенсивности процессов кетогенеза подтверждается также отсутствием выраженного повышения концентрации β-гидроксибутирата в плазме крови крыс группы ИН + С. Она на 8,0 % (Р = 0,86) ниже по сравнению с аналогичным показателем у животных группы ИН.

Введение крысам группы ИН+С селенита натрия снижает также интенсивность окисления аминокислот, что подтверждается уменьшением содержания мочевины в плазме крови крыс группы ИН + С [на 17,4 % (Р = 0,014) и 19,0 % (Р = 0,011) по сравнению с аналогичным параметром у животных групп ОН и ИН соответственно]. Снижение степени лакто- и кетоацидоза способствует уменьшению катаболизма пуриновых мононуклеотидов до урата. Концентрация последнего в плазме крови крыс, получавших селенит натрия хотя и превышает аналогичный показатель у крыс интактной группы [на 41,6 % (Р = 0,006)], но она на 28,4 % ниже, чем у животных группы ИН (Р = 0,018).

Введение крысам селенита натрия способствует восстановлению активности селензависимого фермента антиоксидантной защиты ГлПО. Активность последней в эритроцитах крыс группы ИН+С статистически значимо не отличается от аналогичного параметра у интактных крыс. При этом в эритроцитах крыс первой из названных групп активность ГлПО и ГлР выше аналогичного показателя у животных группы ИН [на 30,0 % (Р = 0,001) и 48,5 % (Р = 0,009) соответственно]. Функционированию ГлПО в эритроцитах крыс, получавших селенит натрия, способствует также восстановление у них содержания G-SH. Оно превышает аналогичный показатель у крыс группы ИН на 15,9 % (Р = 0,036). Развившееся вследствие этого снижение интенсивности процессов перекисного окисления липидов подтверждается снижением содержания МДА в эритроцитах крыс группы ИН + С [на 13,7 % по сравнению с аналогичным параметром у животных группы ИН (Р = 0,032)].

Более эффективной инактивации активных кислородных метаболитов, образующихся при ИН, способствует повышение активности СОД. В эритроцитах крыс группы ИН + С она превышает аналогичный показатель у животных группы ИН на 23,4 % (Р = 0,042). Достаточно эффективному обезвреживанию образующейся перекиси водорода способствует восстановление активности КАТ в эритроцитах крыс группы ИН + С. Она на 15,1 % превышает аналогичный показатель у животных группы ИН (Р = 0,037). Можно полагать, что введение селенита натрия предотвращает не только интенсификацию анаэробного гликолиза, но и развившейся при ней дефицит глюкозы. Это способствует более эффективной генерации из такого моносахарида как рибозо-5-фосфата, необходимого для реутилизации гипоксантина в АМФ, так и НАДФН2, участвующего в поддержании в клетках фонда G-SH. Этому благоприятствует также увеличение в эритроцитах крыс группы ИН + С активности Г-6-ФДГ [на 89,7 % по сравнению с аналогичным показателем у животных группы ИН (Р = 0,012)].

Применение селенита натрия способствует повышению физической работоспособности животных, что выражается в увеличении времени активного плавания на 57,8 % (Р = 0,037) относительно группы крыс, подвергнутых ИН. Это свидетельствует о снижении у животных группы ИН + С степени утомления.

Таким образом, интенсивные физические нагрузки приводят к интенсификации анаэробного гликолиза и, как следствие, - к развитию лакто- и кетоацидоза, инициирующих усиленный катаболизм пуринов с последующим усилением свободнорадикального окисления и истощением функции антиоксидантной системы. Введение селенита натрия способствует более эффективному протеканию окислительных процессов, повышению эффективности системы антиоксидантной защиты и снижению интенсивности липопероксидации мембран эритроцитов в организме крыс, подвергнутых интенсивным физическим нагрузкам. Это способствует увеличению резистентности организма животных к интенсивным физическим нагрузкам. Полученные в данном исследовании данные могут быть положены в основу новых способов диагностики и коррекции метаболических нарушений, развившихся при интенсивных физических нагрузках.

Рецензенты:

Зуева О.М., д.м.н., профессор, профессор кафедры безопасности жизнедеятельности ГОУ ВПО Омского государственного технического университета, г. Омск;

Калинина И.Н., д.б.н., профессор, профессор кафедры медико-биологических основ физической культуры и спорта ФГБОУ ВПО Сибирского государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Сибирского государственного университета физической культуры и спорта, г. Омск.

Работа поступила в редакцию 28.11.2011.