Научная статья на тему 'Нарушение метаболизма пуринов у спортсменов, испытывающих интенсивные физические нагрузки, и его коррекция'

Нарушение метаболизма пуринов у спортсменов, испытывающих интенсивные физические нагрузки, и его коррекция Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

CC BY
4029
191
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ФИЗИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ / ЭРИТРОЦИТЫ / РИБОЗА / АНТИОКСИДАНТНАЯ СИСТЕМА / INTENSE EXERCISE / ERYTHROCYTES / RIBOSE / ANTIOXIDANT SYSTEM

Аннотация научной статьи по фундаментальной медицине, автор научной работы — Корнякова Вера Валерьевна, Конвай Владимир Дмитриевич

Интенсивные физические нагрузки у спортсменов-пловцов нередко приводят к развитию утомления, снижающего эффективность тренировочного процесса. Это явление связано с чрезмерным накоплением в тканях лактата, способствующего усиленному катаболизму пуриновых нуклеотидов до гипоксантина. Дальнейшее окисление последнего ксантиноксдазой до урата сопряжено с чрезмерной продукцией этим энзимом активных кислородных метаболитов, истощающей фонд антиоксидантов, снижающей эффективность ферментов антиперекисной защиты и приводящей к повреждениям мембранных структур различных клеток, в том числе эритроцитов. Важную роль в развитии этого процесса играет недостаточно эффективная реутилизация гипоксантина в пуриновые нуклеотиды, связанная с недостаточной генерацией в пентозном цикле рибозо-5-фосфата. Прием спортсменами рибозы способствует снижению интенсивности катаболизма пуринов и сопряженной с ним липоперокси- дации мембранных структур.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по фундаментальной медицине , автор научной работы — Корнякова Вера Валерьевна, Конвай Владимир Дмитриевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Violation of purine metabolism in athletes experiencing intense exercise and its correction

Intense exercise in athletes swimmers often leads to the development of fatigue, reduces the effectiveness of the training process. This phenomenon is due to the excessive accumulation of lactate in the tissues, promote catabolism of purine nucleotides to hypoxanthine. Further oxidation of the last xanthine oxidase to urate is associated with excessive production of this enzyme active oxygen metabolites, depleting fund antioxidants, that reduce the effectiveness of enzymes antiperoxidant protect and leads to damage of membrane structures of various cells, including red blood cells. The important role in the development of this process is played by the lack of effective reutilization of hypoxanthine in purine nucleotides, associated with a lack of generation in the pentose cycle ribose-5-phosphate. Reception of athletes ribose contributes to lower the intensity of catabolism of purines and its associated lipid peroxidation of membrane structures.

Текст научной работы на тему «Нарушение метаболизма пуринов у спортсменов, испытывающих интенсивные физические нагрузки, и его коррекция»

УДК 616-008.9:546.171.6+796

В. В. КОРНЯКОВА В. Д. КОНВАЙ

Омская государственная медицинская академия Омский государственный аграрный университет им. П. А. Столыпина

НАРУШЕНИЕ МЕТАБОЛИЗМА ПУРИНОВ У СПОРТСМЕНОВ, ИСПЫТЫВАЮЩИХ ИНТЕНСИВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ, И ЕГО КОРРЕКЦИЯ_

Интенсивные физические нагрузки у спортсменов-пловцов нередко приводят к развитию утомления, снижающего эффективность тренировочного процесса. Это явление связано с чрезмерным накоплением в тканях лактата, способствующего усиленному катаболизму пуриновых нуклеотидов до гипоксанти-на. Дальнейшее окисление последнего ксантиноксдазой до урата сопряжено с чрезмерной продукцией этим энзимом активных кислородных метаболитов, истощающей фонд антиоксидантов, снижающей эффективность ферментов антиперекисной защиты и приводящей к повреждениям мембранных структур различных клеток, в том числе эритроцитов. Важную роль в развитии этого процесса играет недостаточно эффективная реутилизация гипоксантина в пуриновые нуклеотиды, связанная с недостаточной генерацией в пентозном цикле рибозо-5-фосфата. Прием спортсменами рибозы способствует снижению интенсивности катаболизма пуринов и сопряженной с ним липоперокси-дации мембранных структур.

Ключевые слова: физические нагрузки, эритроциты, рибоза, антиоксидантная система.

Интенсивные физические нагрузки в спорте высших достижений нередко приводят к развитию утомления, нивелирующего эффективность тренировочного процесса [ 1 — 4]. Механизм этого явления до конца не изучен, что лимитирует разработку средств, предотвращающих его. Ранее в эксперименте на плавающих крысах нами было установлено, что пусковым механизмом утомления является резко выраженная гипоксия, приводящая к нарушению генерации в митохондриях АТФ. Это приводит к компенсаторной интенсификации анаэробного гликолиза, способствующей усиленному окислению углеводов до молочной кислоты с последующим развитием их дефицита. Развившееся в этих условиях закисление тканей способствует усиленному расщеплению АТФ до гипоксантина [5, 6]. Последний при достаточной обеспеченности клеток рибозо-5-фосфатом, генерируемым из глюкозы в пентозном цикле, способен реутилизироаваться в пуриновые нуклеотиды в результате реакции, катализируемой гуанин-гипоксантинфосфорибозилтрансферазой. В условиях дефицита углеводов реутилизация ги-поксантина нарушается, и это вещество начинает усиленно окисляться до мочевой кислоты в результате реакции, катализируемой ксантиноксидазой. Данный фермент при этом усиленно генерирует активные кислородные метаболиты (АКМ), которые, истощив антиоксидантную систему, начинают

повреждать ненасыщенные жирные кислоты мембранных структур различных клеток, в частности эритроцитов. Представляло интерес доказать, что по такому же механизму развивается утомление и у спортсменов-пловцов. Дополнительным аргументом в пользу данного предположения явился бы положительный эффект принимаемой спортсменами рибозы, способной превращаться в клетках в рибозо-5-фосфат в результате реакции, катализируемой рибокиназой.

В настоящей работе предпринята попытка сглаживания отрицательного эффекта интенсивных физических нагрузок на организм спортсменов-пловцов при помощи экзогенной рибозы.

Материалы и методы исследования. Было проведено исследование на 20 мужчинах в возрасте 17 — 20 лет. Контрольную группу (К) составили 30 человек того же возраста, не занимающихся спортом. В группу ИН вошли спортсмены, имеющие разряды первый спортивный, кандидата в мастера спорта или мастера спорта, испытывающие интенсивные физические нагрузки и имеющие по данным физиологических и биохимических исследований признаки утомления. Они были обследованы в подготовительном периоде тренировочного процесса. Группу ИН + Р составили 20 таких же спортсменов, принимающих перорально рибозу производства БаРй (США) в дозе 0,03 г/кг массы

Таблица 1

Показатели, характеризующие пуриновый обмен и окислительные процессы в крови лиц, не занимающихся спортом (К), спортсменов с признаками утомления, не принимавших рибозу (ИН) и принимавших ее (ИН+Р), М+ш

Показатели К, п = 30 ИН, п = 20 ИН + Р, п = 20

В плазме крови

Глюкоза, ммоль/л 5,22±0,17 3,79±0,24к 4,91 ±0,25ин

Лактат, ммоль/л 2,19 ±0,15 5,98±0,48к 4,42±0,31к,ин

Урат, мкмоль/л 345±12 487 ±20к 344±13ин

АсАТ, МЕ/л 22,3±1,1 30,0±1,9к 27,9±1,4

В эритроцитах

Глутатион, ммоль/л 1,043±0,08 0,850±0,03к 0,943±0,03ин

Малоновый диальдегид, мкмоль/л 274±16 354±29к 277±27ин

Глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназа, МЕ/л 99,2±7,7 71,1 ±8,3к 100±8ин

Примечание: К — различие статистически значимо по сравнению с контролем, ИН — со спортсменами с признаками утомления.

до и после тренировочных нагрузок высокой интенсивности в течение семи дней, после чего были обследованы. При проведении исследования соблюдались требования Хельсинской декларации «Этические принципы проведения научных медицинских исследований с участием человека».

Забор крови у спортсменов проводили через

5—10 минут после завершения тренировки. В крови лиц контрольной группы и спортсменов определяли концентрацию молочной и мочевой кислот, глюкозы и активность аспартатаминотрансферазы (АсАТ) унифицированными методами лабораторной диагностики, а в эритроцитах — активность глюкозо-

6-фосфатдегидрогеназы, содержание малонового диальдегида (МДА) и глутатиона методами, описанными в работе [7]. При проведении биохимических исследований использовали реактивы фирм «Ольвекс» (Россия), Но8рИех (Швейцария, Италия), ЯапсЗох (Великобритания).

Результаты исследования обработаны статистически с использованием критерия Стьюдента и непараметрических методов математического анализа.

Результаты исследования и их обсуждение. Из представленных в табл. 1 данных видно, что у спортсменов группы ИН концентрация молочной кислоты в крови на 173 % превышает аналогичный показатель в контроле (Р<0,0001), что можно связать как с недостаточно эффективным поступлением кислорода в клетки, так и с развитием гистотокси-ческой гипоксии вследствие повреждения митохондрий продуктами перекисного окисления липидов, о чём пойдёт речь ниже. Это приводит к торможению генерации АТФ с последующим компенсаторной интенсификацией реакций анаэробного гликолиза, что выражается в развитии гиперлакцидемии. Развившееся в результате этого закисление тканей способствует усиленному катаболизму АТФ до ги-поксантина. Известно, что участвующие в этом процессе аденилатдезаминаза и аденозиндезаминаза активируются при сдвиге рН в кислую сторону [8].

Поскольку анаэробный гликолиз энергетически недостаточно эффективен, интенсификация приводит и к усиленному окислению углеводов с последующим развитием дефицита их в организме. Об этом свидетельствует снижение концентрация глюкозы в крови спортсменов группы ИН (на 27,4 % по сравнению с аналогичным показателем в контроле; Р = 0,001). Вследствие этого тормозится генерация в реакциях пентозного цикла из глюко-

зы рибозо-5-фосфата. Последний является предшественником в биосинтезе фосфорибозилдифосфа-та, необходимого для реутилизация гипоксантина в инозинмонофосфат и аденозинмонофосфат. В этих условиях уровень гипоксантина в тканях, по всей вероятности возрастает, и это вещество усиленно окисляется ксантиноксидазой до мочевой кислоты. Концентрация последней в крови спортсменов группы ИН увеличена на 41,2 % по сравнению с контролем (Р<0,0001).

Генерация данным ферментом мочевой кислоты сопряжена с усиленной выработкой АКМ, истощающих фонд клеточных антиоксидантов, в частности глутатиона (С-БН). Содержание последнего в эритроцитах спортсменов группы ИН снижено по сравнению с аналогичным показателем в контроле на 18,5 % (Р = 0,033). Повышенный контакт некоторых ферментов, в частности, Г-6-ФДГ с АКМ в условиях недостаточно эффективной защиты суль-фгидрильных групп С-БН-м приводит к повреждению их молекул. Активность данного энзима в эритроцитах спортсменов группы ИН снижена соответственно на 28,3 % (Р = 0,029) по сравнению с контролем. В этих условиях АКМ усиливают липо-пероксидацию мембранных структур клеток различных органов. О повреждении их свидетельствует более высокий уровень МДА в эритроцитах и активности АсАТ в сыворотке крови [соответственно на 29,2 % (Р = 0,042) и 34,5 % (Р = 0,001) по сравнению с аналогичными показателями в контроле] (табл. 1).

Прием спортсменами, испытывающими интенсивные физические нагрузки, рибозы сглаживает описанные выше метаболические нарушения, прежде всего явления гипоксии. Концентрации лакта-та в крови лиц группы ИН + Р снижена на 26,1 % по сравнению со спортсменами, не принимавшими рибозу (Р = 0,03). Можно полагать, что у спортсменов первой из названных групп образующаяся в мышцах молочная кислота более активно вовлекается в реакции глюконеогенеза и успешно превращается в глюкозу. Концентрация этого углевода в крови лиц группы ИН + Р на 29,6 % выше по сравнению с аналогичными показателем у спортсменов группы ИН (Р = 0,004). Это можно объяснить меньшей степенью нарушения функции клеток печени, почек и слизистой оболочки тонкого кишечника, в которых протекает глюконеогенез. Нельзя исключить, что у лиц группы ИН + Р клетки коркового

слоя надпочечников более эффективно инкрети-руют глюкокортикоиды, усиливающие биосинтез ключевых энзимов глюконеогенеза.

Увеличение концентрации глюкозы в тканях спортсменов, принимавших рибозу, способствует более эффективной генерации из нее рибозо-5-фосфата в реакциях пентозного цикла. Функционированию этого метаболического пути, наряду с лучшей обеспеченностью клеток глюкозой, способствует лучшая сохранность его ключевых энзимов. Активность Г-6-ФДГ в эритроцитах спортсменов группы ИН + Р на 40,6 % превышает аналогичный показатель у лиц группы ИН (Р = 0,028). Эффективная генерация рибозо-5-фосфата, в свою очередь, способствует выработке из него количества фосфо-рибозилдифосфата, достаточного для реутилизации гипоксантина, образующегося в процессе катаболизма пуриновых мононуклеотидов, предотвращая, таким образом, усиленное окисление его ксанти-ноксидазой. Концентрация мочевой кислоты в крови лиц группы ИН + Р снижена на 29,4 % по сравнению с аналогичным показателем у спортсменов, не принимавших рибозу (Р<0,0001) и статистически значимо не отличается от аналогичного показателя в контроле.

Эффективная реутилизация гипоксантина в пу-риновые нуклеотиды в организме спортсменов группы ИН + Р предотвращает интенсификацию ксантиноксидазной реакции и сопряженную с ней чрезмерную продукцию активных кислородных метаболитов. Это выражается в лучшей сохранности у данных спортсменов фонда С-БИ. Уровень последнего в эритроцитах группы ИН + Р на 10,9 % выше по сравнению с аналогичным показателем в группе ИН (Р = 0,030). Снижение продукции АКМ на фоне лучшей сохранности тканевых антиокси-дантов предотвращает чрезмерную липоперокси-дацию мембранных структур. Содержание МДА в эритроцитах спортсменов группы ИН + Р снижено по сравнению с аналогичным показателем у спортсменов группы ИН на 21,8 % (Р = 0,034). Снижение липопероксидации мембранных структур клеток спортсменов первой из названных групп уменьшает степень их деструкции. Это выражается в более низкой активности активность АсАТ в плазме крови лиц группы ИН + Р (на 7,0 % по сравнению со спортсменами группы ИН; Р = 0,46).

Ни один из показателей, характеризующих состояние антиоксидантной системы и перекисно-го окисления липидов в эритроцитах спортсменов группы ИН + Р, статистически значимо не отличался от аналогичных значений у лиц, не занимающихся спортом.

У всех спортсменов, принимавших рибозу, отмечалось повышение работоспособности и рост спортивных результатов. До приема препарата 65 % спортсменов отмечали наступление утомления в процессе тренировки уже на этапе выполнения основного задания и 35 % в конце тренировочного занятия. После приема рибозы лишь 20 % спортсменов отмечали утомление после окончания тренировочного занятия.

Таким образом, проведенное исследование показало, что метаболические нарушения, развивающиеся у спортсменов, испытывающих интенсивные физические нагрузки, развиваются по тем же механизмам, что у экспериментальных крыс, подвергнутых принудительному плаванию. Они запускаются тяжелым гипоксическим состоянием, приводящим к интенсификации анаэробного гликолиза, при-

водящей к лактоацидозу и дефициту углеводов. В этих условиях усиливается катаболизм пурино-вых мононуклеотидов до гипоксантина на фоне недостаточно эффективной реутилизации последнего в аденозинмонофосфат, вызванной снижением выработки в пентозном цикле рибозо-5-фосфата. Накопление в тканях гипоксантина приводит к усиленному окислению его до урата в результате реакции, катализируемой ксантиноксидазой, сопряженному с чрезмерной генерацией активных кислородных метаболитов, истощающих антиоксидантную систему и повреждающих мембранные структуры клеток. Прием спортсменами, испытывающими интенсивные физические нагрузки, рибозы способствует не только более эффективной реутилизации тканями лактата, снижению интенсивности катаболизма пуринов и сопряженной с ним липопероксидации мембранных структур клеток, но и повышает их резистентность к гипоксическому повреждению.

Библиографический список

1. Макарова, Г. А. Лабораторные показатели в практике спортивного врача / Г. А. Макарова, Ю. А. Холявко. — М. : Советский спорт, 2006. — 200 с.

2. Роженцов, В. В. Утомление при занятиях физической культурой и спортом: проблемы, методы исследования : мо-ногр. / В. В. Роженцов, М. М. Полевщиков. — М. : Советский спорт, 2006. - 280 с.

3. Харгривз, М. Углеводный метаболизм в скелетных мышцах при физических нагрузках / М. Харгривз // Метаболизм в процессе физической деятельности. — Киев : Олимп. лит., 1998. — С. 52 — 83.

4. Bakanychev, A. Interval hypoxic training / A. Bakanychev, M. Zakusilo, A. Kolchinskaya [et al.] // Hypoxia Med. J. — 1993. — № 1. — P. 27 — 37.

5. Конвай, В. Д. Роль острого нарушения метаболизма пуринов в развитии повреждений, вызванных криодеструкцией ворот печени / В. Д. Конвай, О. Э. Воронов // Омский научный вестник. Сер. Ресурсы земли. Человек. — 2007. — № 2 (57), 3 (61). — С. 19 — 23.

6. Корнякова, В. В. Антиоксидантный статус крови при физических нагрузках и его коррекция / В. В. Корнякова, В. Д. Конвай, Е. В. Фомина // Фундаментальные исследования. — 2012. — № 1. — С. 47 — 51.

7. Корнякова, В. В. Нарушение пуринового обмена в кардиомиоцитах крыс при интенсивных физических нагрузках и его коррекция селенитом натрия / В. В. Корнякова, В. Д. Конвай // Омский научный вестник. Сер. Ресурсы земли. Человек. — 2013. — № 1 (118). — С. 163—165.

8. Arch, J.R.S. Activities and some properties of 5'-nucleotidase, adenosine kinase and" adenosine deaminase in tissue from vertebrates and invertebrates in relation to the control of the concentration and the physiological role of adenosine / J.R.S. Arch, E. A. Newsholme // Biochem. J. — 1978. — Vol. 174. — № 3. — P. 965 — 977.

КОРНЯКОВА Вера Валерьевна, кандидат биологических наук, доцент (Россия), доцент кафедры безопасности жизнедеятельности, медицины катастроф Омской государственной медицинской академии. КОНВАЙ Владимир Дмитриевич, доктор медицинских наук, профессор (Россия), профессор кафедры математических и естественнонаучных дисциплин Омского государственного аграрного университета имени А. П. Столыпина. Адрес для переписки: bbk_2007@inbox.ru

Статья поступила в редакцию 27.03.2015 г. © В. В. Корнякова, В. Д. Конвай

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.