CC BY
74
УДК 612.766.1:612.015.33-092.6-092.9
В. В. КОРНЯКОВА В. Д. КОНВАЙ В. А. МУРАТОВ
Омский государственный медицинский университет
Омский государственный аграрный университет им. П. А. Столыпина
НАРУШЕНИЕ
МЕТАБОЛИЗМА ПУРИНОВ В ОРГАНИЗМЕ ЛЮДЕЙ И КРЫС ПРИ УТОМЛЕНИИ ПРИ ИНТЕНСИВНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ НАГРУЗКАХ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ЭТОГО СОСТОЯНИЯ_
Развитие утомления при интенсивных физических нагрузках сопровождается гипер-лакцидемией, приводящей к катаболизму пуринов, истощению ферментов анти-оксидантной системы и активации процессов перекисного окисления липидов. Данные процессы протекают однонаправленно как в организме экспериментальных животных, так и у спортсменов. Это позволяет предложить изученные в данной работе биохимические показатели в качестве тестов для прогнозирования развития утомления у спортсменов.
Ключевые слова: физические нагрузки, кровь, печень, утомление, антиоксидантная система.
Утомление, развившееся у спортсменов, испытывающих интенсивные физические нагрузки, снижает эффективность тренировочного процесса, особенно в условиях несвоевременного распознавания его развития [1—3]. Существующие методы, позволяющие распознавать это состояние, недостаточно эффективны. Поэтому нами в эксперименте на крысах, подвергшихся принудительному плаванию, изучалась взаимосвязь между нарушением окислительных процессов в печени и изменением уровня ряда биохимических показателей в крови. Это позволило не только расшифровать молекулярные механизмы развития утомления у данных животных, но и разработать тесты для распознавания и оценки тяжести этого состояния [4, 5].
Целью настоящего исследования явилось выяснение, развивается ли утомление у спортсменов-пловцов по таким же механизмам, как у крыс, и пригодны ли биохимические показатели, разработанные для оценки этого состояния у животных, для распознавания утомления у людей.
Материалы и методы исследования. Исследование проводили на белых аутбредных крысах-самцах массой 240+20 г и спортсменах-пловцах. Исследуемые животные были разделены на три группы. Первую из них составляли контрольные крысы (Ккр, п=10), подвергавшиеся плаванию без груза по усредненному времени (3 — 7 мин) через день в течение пяти недель эксперимента. Во вторую группу вошли животные с оптимальным режимом интенсивной физической нагрузки (ИОкр; п=10— 15), подвергавшиеся принудительному плаванию с грузом, равным
10 % от массы тела, в течение пяти недель эксперимента через день. На крысах третьей группы (ИУк, п=10—15) в течение первых трех недель моделировали интенсивные физические нагрузки таким же образом, как и на крысах группы ИОкр, а последние две недели подвергали животных ежедневному принудительному плаванию с грузом. Это приводило к развитию у них утомления. Критерием ограничения времени плавания у крыс второй и третьей экспериментальной групп служило опускание животного на дно бассейна, после чего 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. Исследования проводились в соответствии с требованиями Европейской конвенции по защите экспериментальных животных (86/609 ЕЕС). По окончании эксперимента проводили забор крови и печени. Из последней в стеклянном гомогенизаторе Поттера на 0,15 М растворе хлорида калия при температуре 0 — 2 °С готовили 10 % гомогенаты, которые центрифугировали при 2000 д в течение 20 мин. Исследовали надосадочную жидкость.
В выборку вошел 81 спортсмен мужского пола, занимающийся плаванием в возрасте от 17 до 20 лет. Обследуемые спортсмены имели первый спортивный разряд, разряд кандидата в мастера спорта или мастера спорта. Они были обследованы в подготовительном периоде тренировочного процесса, отличающемся интенсивными физическими нагрузками. Первую группу испытуемых составили спортсмены,
не имеющие по данным анамнеза, физиологических и биохимических исследований признаки утомления (ИОсп, n = 61). Во вторую группу вошли спортсмены, имеющие по данным тех же исследований признаки утомления (ИУсп, n = 20). Забор крови у спортсменов проводили через 5—10 минут после завершения тренировки.
Контрольную группу (Кс) составили 30 человек, не занимающихся спортом, того же возраста и пола. При проведении исследования соблюдались требования Хельсинской декларации «Этические принципы проведения научных медицинских исследований с участием человека».
По окончании эксперимента в крови крыс, спортсменов и лиц контрольной группы определяли концентрацию молочной и мочевой кислот, активность аспартатаминотрансферазы (АсАТ) унифицированными методами лабораторной диагностики. В эритроцитах и гомогенатах печени исследовали активность глутатионредуктазы (ГлР), содержание малонового диальдегида (МДА), глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназы (Г-6-ФДГ) и глутатиона методами, описанными в работе [6]. Для биохимического исследования крови использовали реактивы фирм «Ольвекс» (Россия), «Hospitex» (Швейцария, Италия), «Randox» (Великобритания).
Результаты исследования обработаны статистически с использованием компьютерной программы SPSS 13.0 for Windows. Статистическая обработка осуществлялась при помощи непараметрического U-кри-терия Манна —Уитни. Измерение связи между переменными проводили при помощи корреляционного анализа по Спирмену (rs).
Результаты исследования и их обсуждение. Из приведенных в табл. 1 и 2 данных следует, что как у экспериментальных крыс, так и у спортсменов-пловцов интенсивные физические нагрузки приводят к развитию гипоксии, что выражается в увеличении концентрации лактата в крови. У крыс группы ИУкр последняя превышает значение аналогичного показателя в группах Ккр и ИОкр соответственно на 33,3% (Р = 0,0001) и 31,1% (Р = 0,003). У спортсменов группы ИУсп уровень лакцидемии на 173% и 24% выше по сравнению с группами Кс (Р = 0,0001) и ИОсп (Р = 0,041) соответственно.
И у подопытных животных, и у спортсменов-пловцов развившийся лактоацидоз способствует интенсивному катаболизму пуриновых мононукле-отидов до гипоксантина и ксантина с последующим окислением этих метаболитов ксантиноксидазой до урата. Концентрация последнего в крови крыс группы ИУкр превышает аналогичный показатель у животных группы Ккр и ИОкр соответственно на 89,6 % (Р = 0,0001) и 43,3 % (Р = 0,01). Аналогичная тенденция отмечена и у спортсменов группы ИУсп: уровень урикемии у них на 41,2 % выше, чем в контроле (Р = 0,0001), и на 42,4 % превышает аналогичный показатель в группе ИОсп (Р = 0,0001) (табл. 1, 2).
Ксантиноксидаза при этом продуцирует активные кислородные метаболиты (АКМ), которые повреждают мембранные структуры различных клеток и способствуют поступлению из них в кровь аспартатами-нотрансферазы (АсАТ), как у экспериментальных животных, так и у спортсменов-пловцов. Активность данного энзима в плазме крови крыс группы ИУкр превышает аналогичный показатель у крыс группы Ккр на 30,5 % (Р = 0,002), а у животных группы ИОкр — на 28,9 % (Р = 0,007). Увеличение этого показателя в крови крыс тесно коррелирует с повышением в их крови концентрации урата (rs = 0,509; Р = 0,026).
Одним из основных источников повышения активности АсАТ в крови крыс группы ИУкр является, по всей вероятности, печень. Повреждение ее в условиях развития утомления может происходить по различным механизмам. Неблагоприятное воздействие на нее способны оказывать АКМ, генерируемые ксантиноксидазой. Этот фермент в гепатоцитах обладает высокой активностью. Активации ксантин-оксидазы способствует то, что в условиях гипоксии в печени не только образуется повышенное количество ее субстрата — гипоксантина, но и с током крови в гепатоциты поступает определенное количество этого вещества, образующееся в других органах [7]. Свидетельством повреждения клеток печени у крыс группы ИУкр является повышенное содержание в них МДА [ на 32,2 % (Р = 0,04) и 18,5 % (Р = 0,22) по сравнению с аналогичными показателями у животных групп Ккр и ИОкр соответственно].
Наряду с усиленной продукцией АКМ, в повреждении печени важную роль играет недостаточно эффективная инактивация уже образующихся перекисных соединений в результате реакции, катализируемой глутатионпероксидазой. Этот процесс лимитируется недостаточной обеспеченностью гепатоцитов глутатионом. Содержание последнего в клетках печени крыс группы ИОкр не изменяется, а у животных группы ИУкр снижается на 15,3 % (Р = 0,04) по сравнению с аналогичным параметром у контрольных крыс. Это уменьшение отрицательно коррелирует с увеличением уровня урата в крови данных животных [га= —0,644; Р = 0,044)].
Существенный вклад в снижение содержания глутатиона в печени крыс группы ИУкр, наряду с усиленным вовлечением его в реакции инактивации перекисных соединений, вносит и недостаточно эффективное восстановление образовавшегося в результате этих реакций глутатиондисульфида. Активность ГлР, катализирующей восстановление последнего в печени крыс группы ИОкр даже возрастает (на 15,9%; Р= 0,022), что свидетельствует о повышенной потребности в глутатионе при интенсивных физических нагрузках.
У животных группы ИУкр этот показатель не возрастает, что может лимитировать восстановление глутатиодисульфида, а вслед за этим — и эффективность инактивации перекисных соединений. Предотвращать активацию ГлР in vivo может недостаточная обеспеченность этого фермента НАДФ'Н2, генерируемого в из глюкозы в реакциях пентозного цикла. Активность Г-6-ФДГ, ключевого энзима окислительной ветви этого метаболического пути, в печени крыс группы ИУкр на 27, 7% (Р = 0,02) ниже по сравнению с аналогичным параметром в контроле. Этот фактор, наряду с недостаточной обеспеченностью углеводами в условиях интенсификации анаэробного гликолиза, может лимитировать процесс инактивации перекисных соединений.
Интенсивные физические нагрузки у крыс группы ИУкр приводят к интенсификации анаэробного гликолиза и развитию лактоацидоза, инициирующих усиленный катаболизм пуринов. Это приводит к повреждению мембран эритроцитов, на что указывает нарастание в них уровня МДА, промежуточного продукта перекисного окисления липидов. Его содержание в эритроцитах крыс группы ИУкр превышает аналогичный показатель у животных групп К и ИН на 18,8 % (Р = 0,001) и 14,3 % (Р = 0,019) соответственно. Коэффициент корреляции между концентрацией мочевой кислоты в плазме крови и содержанием МДА в эритроцитах крыс составляет rs = 0,366
Таблица 1
Показатели окислительных процессов в крови экспериментальных крыс и спортсменов-пловцов групп контрольных (К), подвергшихся интенсивным физическим нагрузкам без развития утомления (И) и с его развитием (ИУ), М±т
Показатели Исследуемые группы
К И ИУ
У крыс
Лактат, ммоль/л 8,19±0,49 8,33 ±0,60 10,92 ±0,45 к,и
Урат, мкмоль/л 79,2±6,4 104,8±10,5 150,2±16,4 к, и
АсАТ, МЕ/л 239±8 242 ±8 312±22 к,и
У спортсменов-пловцов
Лактат, ммоль/л 2,19±0,15 4,82±0,18к 5,98±0,48 к,и
Урат, мкмоль/л 345±12 342±7 487±20 к,и
АсАТ, МЕ/л 22,3 ±1,1 23,7±0,7 30,0±1,9 к, и
Примечание: к — различие статистически значимо по сравнению с контролем, и — с группой И.
Таблица 2
Показатели окислительных процессов у экспериментальных крыс и спортсменов-пловцов групп: контрольных (К), подвергшихся интенсивным физическим нагрузкам без развития утомления (И) и с его развитием (ИУ), М±т
Показатели К И ИУ
В печени крыс
Малоновый диальдегид, мкмоль/мг белка 2,76±0,21 3,08±0,33 3,65±0,27 к
Глутатион, ммоль/г белка 14,4±0,6 14,0±1,1 12,2±0,5 к
Глутатионредуктаза, МЕ/г белка 145±5 168±7 к 140 ±8 и
Глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназа, МЕ/г белка 18,8±1,5 14,6±1,4к 13,6±1,2к
В эритроцитах крыс
Малоновый диальдегид, мкмоль/л 282±3 293±8 335±14 к, и
Глутатион, ммоль/л 1,01 ±0,02 1,02 ±0,04 0,88±0,04 к, и
Глутатионредуктаза, МЕ/мл 0,48±0,02 0,48±0,02 0,33±0,05 к, и
Глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназа, МЕ/л 712±76 663 ±80 311 ±53 к, и
В эритроцитах спортсменов-пловцов
Малоновый диальдегид, мкмоль/л 274±16 267±8 354 ±29 к, и
Глутатион, ммоль/л 1,043±0,08 0,956±0,02 0,850 ±0,03к, и
Глутатионредуктаза, МЕ/мл 4,26±0,16 4,14±0,11 3,48 ±0,21 к, и
Глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназа, МЕ/л 99,2±7,7 94,5±4,4 71,1 ±8,3 к, и
Примечание: к — различие статистически значимо по сравнению с контролем, и — с группой И.
(Р = 0,09). Это свидетельствует о взаимосвязи между катаболизмом пуринов и интенсификацией процессов ПОЛ. Повышение содержания МДА в эритроцитах спортсменов группы ИУсп [ на 29,2 % (Р = 0,042) и 32,6 % (Р = 0,003) по сравнению с группами Ксп и ИОсп соответственно] указывает на развившуюся у них липопероксидацию мембранных структур этих клеток.
Усиление липопероксидации мембранных структур у спортсменов первой из названных групп приводит, как и у крыс, к истощению фонда глутатиона. Содержание этого трипептида в эритроцитах последних снижено на 18,5 % (Р = 0,033) и 11,1% (Р = 0,017)
по отношению к контролю и спортсменам группы ИОсп соответственно. Существенный вклад в развитие дефицита глутатиона в организме спортсменов группы ИУсп вносит, вероятно, также торможение активности ГлР. Активность последней в эритроцитах спортсменов группы ИУсп снижена по отношению к аналогичному показателю в группах Ксп и ИОсп на 18,3 % (Р = 0,024) и 15,9 % (Р = 0,017) соответственно. Снижение активности ГлР, по-видимому, имеет место и in vivo вследствие недостаточной обеспеченностью данного энзима НАДФН2, генерируемого из глюкозы в реакциях пентозного цикла. Торможение последнего возможно в условиях раз-
вившегося в тканях снижения активности Г-6-ФДГ. Активность последней в эритроцитах данных спортсменов снижена соответственно на 28,3 % (Р = 0,029) и 24,8 % (Р = 0,022) по сравнению с аналогичными показателями в группах Ксп и ИОсп.
Таким образом, утомление, развившееся вследствие интенсивных физических нагрузок, как у крыс, так и у спортсменов-пловцов, приводит к интенсификации анаэробного гликолиза с последующим развитием гиперлакцидемии, инициирующей усиление катаболизма пуринов, сопряженного с истощением антиоксидантной системы и чрезмерной липопер-оксидацией мембранных структур. Данные процессы протекают однонаправленно, что подтверждается наличием корреляционной взаимосвязи между изменением показателей энергетического обмена и пере-кисного окисления липидов у крыс и спортсменов-пловцов. Это позволяет предложить вышеописанные показатели в качестве биохимических тестов для прогнозирования развития утомления у спортсменов.
Библиографический список
1. Величко, Т. И. Свободнорадикальные процессы и бактерицидная система нейтрофилов периферической крови при физических нагрузках [Электронный ресурс] / Т. И. Величко // Современные проблемы науки и образования. — 2015. — № 3. — Режим обращения: www.science-education.ru/123-19462 (дата обращения: 02.09.2015).
2. Оценка утомления при занятиях физической культурой и спортом / М. М. Полевщиков, А. М. Шрага, В. Е. Афоньшин, В. В. Роженцов // Теория и практика физ. культуры. — 2014. — № 7. - С. 75-78.
3. Солодков, А. С. Особенности утомления и восстановления спортсменов / А. С. Солодков // Ученые записки университета им. П. Ф. Лесгафта. - 2013. - № 6 (100). - С. 131-143.
4. Корнякова, В. В. Антиоксидантный статус гепатоцитов при физических нагрузках и его коррекция селенитом натрия / В. В. Корнякова, В. Д. Конвай // Естественные и технические науки. - 2011. - № 4 (54). - С. 115-118.
5. Корнякова, В. В. Роль нарушения метаболизма пуринов в повреждении кардиомиоцитов крыс при физических нагрузках / В. В. Корнякова, В. Д. Конвай // Омский научный вестник. Сер. Ресурсы Земли. Человек. - 2012. - № 1 (108). - С. 96-99.
6. Корнякова, В. В. Антиоксидантный статус крови при физических нагрузках и его коррекция / В. В. Корнякова,
B. Д. Конвай, Е. В. Фомина // Фундаментальные исследования. - 2012. - № 1. - С. 47-51.
7. 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. -
C. 19-23.
КОРНЯКОВА Вера Валерьевна, кандидат биологических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Безопасность жизнедеятельности, медицина катастроф» Омского государственного медицинского университета (ОмГМУ).
КОНВАЙ Владимир Дмитриевич, доктор медицинских наук, профессор (Россия), профессор кафедры математических и естественнонаучных дисциплин Омского государственного аграрного университета им. А. П. Столыпина.
МУРАТОВ Владимир Альбертович, старший преподаватель кафедры «Безопасность жизнедеятельности, медицина катастроф» ОмГМУ. Адрес для переписки: bbk_2007@inbox.ru
Статья поступила в редакцию 14.04.2015 г. © В. В. Корнякова, В. Д. Конвай, В. А. Муратов
Книжная полка
Тейлор, Д. Биология. В 3 т. / Д. Тейлор, Н. Грин, У. Стаут. - 5-е. изд. - М. : Мир, 2015. - 1340 с. -ISBN 978-5-9963-1803-2.
Современное руководство по общей биологии, написанное коллективом ученых из разных стран. По каждой из тем в книге представлены самые последние данные, но простота изложения и удачное расположение материала делают его доступным для неподготовленного читателя.
В т. 1 рассматриваются следующие темы: разнообразие жизни на Земле (вирусы, бактерии, растения и животные), а также основы биохимии, гистологии и экологии.
В т. 2 рассматриваются вопросы практической экологии, механизмы внутреннего транспорта и способы координации и регуляции жизненных процессов.
В т. 3 рассмотрены вопросы экскреции и осморегуляции; размножение, рост и развитие растений и животных; проблемы классической и прикладной генетики; эволюция жизни на Земле и механизмы видообразования. Для студентов-биологов, преподавателей биологии в школе, биологов всех специальностей, учащихся старших классов.
Основы молекулярной биологии клетки / Б. Альбертс [и др.]. - М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2015. - 768 с. - ISBN 978-5-9963-0542-1.
Многим поколениям биологов знаком пятитомник Альбертса «Молекулярная биология клетки», на русском языке впервые выпущенный в 1987 г. С тех пор вышло пять его изданий, каждое из которых вмещало самые последние достижения молекулярной биологии. Можно предполагать, что не в последнюю очередь именно увеличивающимся объемом книги обусловлено решение авторов написать ее сокращенный вариант. В книге поддержана традиция очень ясного и логичного изложения материала в виде красочных, понятных схем и интересных иллюстраций с подробными подписями к ним. Издание адресовано студентам младших курсов биологических и медицинских специальностей, школьным учителям и преподавателям вузов при подготовке лекций и семинаров, а также старшеклассникам, интересующимся предметом и изучающим его на профильном уровне.
