CC BY
66
Якимович Инесса Юрьевна,
канд. мед. наук, доцент, доцент каф. физической культуры и здоровья СибГМУ, г. Томск. E-mail: iness2501@yandex.ru Область научных интересов: эндокринология, патофизиология, биохимия, восстановительная медицина. Бородин Дмитрий Александрович, ст. преподаватель каф. физической культуры и здоровья СибГМУ, г. Томск. E-mail: bda1911@yandex.ru Область научных интересов: эндокринология, патофизиология, биохимия, восстановительная медицина. Подрезов Илья Константинович, ст. преподаватель каф. физической культуры и здоровья СибГМУ, г. Томск. E-mail: ksaru@yandex.ru Область научных интересов: физиология двигательной активности, биохимия.
Иванов Владимир Владимирович,
канд. биол. наук, доцент, доцент каф. биохимии и молекулярной биологии СибГМУ, г. Томск. E-mail: ivanovvv1953@gmail.com Область научных интересов: биохимия, патофизиология. Васильев Владимир Николаевич, д-р биол. наук, профессор, проф. каф. физического воспитания ИСГТ ТПУ. E-mail: vas11@yandex.ru Область научных интересов: двигательная активность, стресс, физиологические основы здоровья. Котловский Михаил Юрьевич, канд. мед. наук, зам. заведующего по науке Центральной научно-исследовательской лаборатории Красноярского государственного медицинского университета им. проф. В.Ф. Войно-Ясенецкого. E-mail: Misha11443@rambler.ru Область научных интересов: кардиология, биохимия, фармакология. Борисова Людмила Викторовна, студентка медико-биологического факультета СибГМУ, г. Томск. E-mail: LuciBor@yandex.ru Область научных интересов: морфология, патофизиология, биохимия. Колупаева Виктория Олеговна, студентка медико-биологического факультета СибГМУ, г. Томск. E-mail: vikakolupaeva@mail.ru Область научных интересов: морфология, биохимия.
УДК 615.37:612.428
ВЛИЯНИЕ ВЫСОКОЖИРОВОЙ ДИЕТЫ И ФИЗИЧЕСКИХ УПРАЖНЕНИЙ НА СОДЕРЖАНИЕ ТРИАЦИЛГЛИЦЕРОЛОВ В ПЕЧЕНИ И СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦАХ КРЫС
И.Ю. Якимович1, Д.А. Бородин1, И.К. Подрезов1, В.В. Иванов1, В Н. Васильев2, М.Ю. Котловский3, Л.В. Борисова1, В.О. Колупаева1
1 Сибирский государственный медицинский университет (СибГМУ) г. Томск, 2 Томский политехнический университет, 3 Красноярский государственный медицинский университет им. профессора В.Ф. Войно-Ясенецкого E-mail: iness2501@yandex.ru, bda1911@yandex.ru, ksaru@yandex.ru, ivanovvv 1953@gmail.com, vas11@yandex.ru, Misha11443@rambler.ru, LuciBor@yandex.ru, vikakolupaeva@mail.ru
По-прежнему актуальными остаются вопросы взаимоотношения между мобилизацией и утилизацией внутримышечных и жировых запасов триацилглицеролов и их метаболитов. Цель настоящего исследования - выявить различия в содержании триацилг-лицеролов в печени и мышечной ткани крыс в зависимости от типа кормления и режима физических нагрузок. В рамках исследования 48 самцов крыс Wistar были разделены на две группы -24 животных получали стандартный корм, другие 24 содержались на высокожировой диете. Спустя 8 недель начались физические тренировки в виде плавания с отягощением, которые длились ещё 6 недель. Каждая из групп была разделена ещё на три (по 8 крыс в каждой): нетренированные животные, анаэробная тренировка и аэробная тренировка. Отягощение подбирали, используя метод максимального стабильного содержания лактата (MLSS). В конце эксперимента определили содержание триацилглицеролов в печени и скелетной мышце (m. soleus), используя ферментативные методы. По результатам эксперимента содержание ТАГ у тучных нетренированных крыс было больше на 70 % в мышцах и на 71 % в печени по сравнению с группой нетренированных животных со стандартным питанием. У тучных крыс в результате анаэробных и аэробных тренировок содержание ТАГ в мышцах было ниже на 41 и 23 %, в печени - ниже на 42 и 21 % соответственно по сравнению с группой нетренированных тучных животных. У крыс, получавших стандартный корм, в результате анаэробных и аэробных тренировок содержание ТАГ в мышцах крыс было выше на 52 и на 46 %, в печени -выше на 57 и 37 % соответственно по сравнению с группой нетренированных животных. Сделан вывод, что высокожировая диета приводит к накоплению ТАГ в печени и скелетных мышцах крыс, физические тренировки у тучных крыс - к уменьшению содержания ТАГ. Однако тренировки крыс, получавших стандартный корм, приводили к накоплению ТАГ, что, видимо, является адаптивной реакцией на повышенный расход энергии.
Ключевые слова: Физические нагрузки, ожирение, триа-цилглицеролы, печень, скелетные мышцы.
Введение
Жировая ткань долгое время рассматривалась только как энергетический запас в виде депо триацилглицеролов. Работы последних лет показали участие жировой ткани в координации различных биологических функций, включая обеспечение энергетических процессов, ней-роэндокринную и иммунную функции. Выделяют два основных депо жировой ткани: висцеральное и подкожное, имеющие различия в спектре секретируемых биологически активных соединений, распределение рецепторного аппарата, прогностического значения развития патологических процессов [1, 6].
В настоящее время в литературе накоплен значительный материал, в котором представлено влияние увеличения висцеральной жировой ткани в патогенезе развития ее воспаления и системных метаболических нарушений, ведущих к липотоксичности эктопических органов и инсулинорезистентности [1, 7, 8].
Профилактика заболеваний, ассоциированных с избыточной массой тела, сводится в первую очередь к профилактике и лечению ожирения. На сегодняшний день поиски комплексной терапии ожирения продолжаются, и на первом месте - диетотерапия и рациональная двигательная активность.
Во многих исследованиях подчеркивается и демонстрируется положительное влияние физической нагрузки на течение ожирения, сахарного диабета и формирование инсулинорези-стентности [2-5]. Однако механизмы влияния систематических физических тренировок аэробного и анаэробного характера на распределение и метаболические процессы в разных видах жировой ткани, взаимоотношения между мобилизацией и утилизацией внутримышечных и жировых запасов триацилглицеролов и их метаболитов остаются в процессе исследования.
Цель данного исследования - на модели животных с ожирением, индуцированным высокожировой диетой, изучить влияние высокожировой диеты и физических тренировок аэробного и анаэробного характера на содержание триацилглицеролов в печени и мышечной ткани.
Материалы и методы
Исследования проводили на 48 белых крысах самцах Wistar. Содержание и все манипуляции, которым подвергались животные во время карантина и исследования, соответствовали правилам лабораторной практики, утвержденным приказом министра здравоохранения и социального развития от 23 августа 2010 г. N 708н «Об утверждении правил лабораторной практики», а также с соблюдением конвенции по защите позвоночных животных, используемых для экспериментальных и других научных целей, принятой Европейским союзом в 1986 году, и директивы 86/609 ЕЭС, основанной на тексте соглашения "Dr. RobertHubrecht, Current EU Legislation Controlling Animal Experiments".
Животные были разделены на шесть групп по восемь в каждой: 1 - животные, находящиеся на стандартной диете без физических нагрузок; 2 - животные, находящиеся на высокожировой диете без физических нагрузок; 3 и 5 - физические нагрузки в виде плавания в аэробном режиме; 4 и 6 - физические нагрузки в виде плавания в анаэробного режиме. Животные 1, 3 и 4-й групп принимали стандартную пищу «ПроКорм» для лабораторных крыс фирмы ЗАО «БиоПро» (г. Новосибирск) и воду ad libitum. Животные 2, 5 и 6-й групп в течение 12 недель находились на высокожировой диете (жир - 29,6 %, белок - 14,8 %, углеводы - 55,6 %) и принимали воду ad libitum.
Адаптация к водной среде проходилась в течение 15 дней в цилиндрической емкости с гладкой поверхностью. Диаметр емкости 60 см, глубина - 120 см, температура воды 31 ± 1 °C. Цель адаптационного периода заключалась в том, чтобы уменьшить стрессовые реакции животных, которые могли возникнуть без физических тренировок. Аэробный характер физической нагрузки был определен методом максимального стабильного содержания лактата (Maximal Lactate Stable State) в сыворотке крови крыс [11, 12]. Плавание с отягощением, равным 4 % от массы тела крысы, приводило к повышению уровня лактата в сыворотке крови крыс с последующей его стабилизацией, что свидетельствовало о преобладании процессов аэробного энергообеспечения. Данный режим тренировок определен как «аэробная нагрузка». Плавание с отягощением 8 % от массы тела крысы приводило к нарастающему накоплению лактата в сыворотке крови крыс, что указывало на преобладание процессов анаэробного гликолиза; данный режим тренировок определен как «анаэробная нагрузка».
В 3-й и 5-й группах проводилась аэробная тренировка через день в течение 1 часа с отягощением 4 % от массы тела. В 4-й и 6-й группах проводилась анаэробная тренировка через день в течение 80 секунд с 8%-м отягощением от массы тела в три подхода с 5-минутными периодами отдыха между подходами. Продолжительность занятий составила 6 недель.
Спустя 6 недель тренировок через 24 часа после последнего занятия животных выводили из эксперимента СО2-асфиксией.
Для определения содержания триацилглицеролов (ТАГ) в скелетных мышцах (m. soleus) из навески мышц (250 мг) и печени из навески (500 мг) экстрагировали липиды по методу J. Folch (1957) смесью хлороформ-метанол (2:1). Перед проведением анализа к хлоформной фазе был добавлен 20%-й раствор детергента Thesit® (Sigma Aldrich) в хлороформе [9, 10]. Хлороформ был удален потоком азота, и эмульгированные липиды были растворены в дистиллированной воде. Определение содержания ТАГ в экстрагированных липидах проводили ферментативным методом с помощью наборов фирмы Chronolab. Измерения оптической плотности проводили на спектрофотометре СФ-2000 (Россия). Содержание триглицеролов выражали в мг на г ткани.
Полученные результаты выражены в виде медианы (Ме), верхнего и нижнего квартилей (Q1-Q3). Статистическую обработку данных проводили с использованием программного пакета SPSS 17.0. Различия считали статистически значимыми при p < 0,05.
Результаты и обсуждение
Высокожировая диета приводила к существенному увеличению содержания триацилг-лицеролов в мышцах и печени. Их содержание в скелетных мышцах повышалось на 70 % (p < 0,01) и на 71 % в печени по сравнению с группой со стандартным питанием. В работах [15] было показано, что накопление ТАГ в скелетных мышцах при ожирении идет путем повышения не только их синтеза, но и увеличения количества транспортеров жирных кислот. Физические нагрузки в группах животных с высокожировой диетой приводили к существенному снижению содержания триацилглицеролов в скелетных мышцах. При этом анаэробные нагрузки вызывали наиболее выраженное снижение уровня ТАГ в скелетных мышцах (на 41 %, p < 0,01), аэробные нагрузки - на 23 % (p < 0,05) по сравнению с группой нетренированных животных, находящихся на высокожировой диете. В печени отмечено снижение уровня ТАГ при анаэробных физических нагрузках на 42 % (p < 0,01) и физических нагрузках аэробного характера на 21 % (p < 0,05), по сравнению с нетренированной группой, находящейся на высокожировой диете (табл. 1).
Таблица 1. Влияние высокожировой диеты и физических нагрузок на содержание триацилглицеролов (ТАГ) в печени и скелетных мышцах крыс (п - число животных в группе; р - степень статистической значимости)
Экспериментальные группы Содержание ТАГ, мг/г печени Содержание ТАГ, мг/г мышц
Me (Q1-Q3) изменения в % P Me (Q1-Q3) изменения в % P
1. Стандартная диета без нагрузок (п = 8) 2,75 (2,23-2,97) 15,89 (14,13-18,54)
2. Высокожировая диета без нагрузок (п = 8) 4,71 (4,05-5,58) Т 71 (2-1) p2-i < 0,01 27,16 (25,4-34,2) Т 70 (2-1) p2-1 < 0,01
3. Стандартная диета, аэробные нагрузки (п = 8) 2,92 (2,22-3,69) Т 6 (3-1) ps-i > 0,05 23,27 (19,22-25,2) Т 46 (3-1) p3-i < 0,01
4. Стандартная диета, анаэробные нагрузки (п = 8) 3,92 (3,57-4,45) Т 42 (4-1) p4-i < 0,05 24,26 (19,62-28,67) Т 52 (4-1) p4-i < 0,05
5. Высокожировая диета, аэробные нагрузки (п = 8) 3,71 (3,19-4,06) 121 (5-2) p5-2 < 0,05 20,94 (19,79-22,38) 1 23 (5-2) p5-2 < 0,05
6. Высокожировая диета, анаэробные нагрузки (п = 8) 2,72 (2,46-3,27) 1 42 (6-2) p6-2 < 0,01 16,13 (13,36-18,9) 141(6-2) p6-2 < 0,01
Интересные результаты получены в группах животных с физическими нагрузками, находящихся на стандартной диете. При анаэробных и аэробных нагрузках отмечалось повышение содержание ТАГ в скелетных мышцах крыс на 52 % (p < 0,05) и на 46 % (p < 0,01), в печени - на 57 % (p < 0,05) и 37 % (p < 0,01) соответственно по сравнению с группой нетренированных, находящихся на стандартном питании животных (табл. 1).
Таким образом, физические упражнения снижают содержание триацилглицеролов в мышцах и печени при ожирении и увеличивают накопление ТАГ у животных, находящихся на стандартной диете. Данный эффект более выражен при анаэробных физических нагрузках.
Жир является главным источником эндогенной энергии в организме человека и сохраняется в виде триацилглицеролов. Подавляющее большинство ТАГ в организме человека хранится в подкожной и висцеральной жировой ткани, в то же время в небольшом количестве они присутствуют в других тканях.
В исследованиях [16] было показано, что при продолжительных физических тренировках накопление триацилглицеролов в печени крыс зависит от поставки свободных жирных кислот, глюкозы и требует присутствия глюкокортикоидов.
В скелетных мышцах триацилглицеролы и свободные жирные кислоты являются субстратами для окисления, особенно в периоды повышенного расхода энергии. Было показано, что у высококвалифицированных спортсменов при работе на выносливость уровень ТАГ в тканях повышается и может быть выше, чем у людей с ожирением и сахарным диабетом типа 2 [13]. Накопление у тренированных спортсменов рассматривается как адаптивная реакция на повышенный расход энергии при длительных тренировках [14] .
Таким образом, высокожировая диета вызывает накопление триацилглицеролов в скелетных мышцах и печени у крыс. Физические нагрузки у животных с высокожировой диетой снижают содержание триацилглицеролов в скелетных мышцах и печени, наибольшее снижение уровня триацилглицеролов отмечается при физических тренировках анаэробного характера. Физические нагрузки у животных, находящихся на стандартной диете, повышают содержание триацилглицеролов в скелетных мышцах и печени, что, возможно, является адаптивной реакцией на повышенный расход энергии.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Сундукова Е.Л., Миняйлова Н.Н., Ровда Ю.И. Физиологические и эндокринологические аспекты жировой ткани, количественные и топографические методы ее диагностики в клинической практике // Мать и дитя в Кузбассе. - 2009. - № 3 (38). - С. 3-8.
2. Magkos F. Basal very low-density lipoprotein metabolism in response to exercise: mechanisms of hypotriacylglycerolemia // Progress in Lipid Research. - 2009. - V. 48 (3-4). - P. 171-190.
3. Magkos F. Exercise and fat accumulation in the human liver // Current Opinion in Lipidology. -2010. - V. 21 (6). - P. 507-517.
4. Gerhard Smekal, Serge P. von Duvillard, Rochus Pokan, Harald Tschan, Ramon Baron, Peter Hofmann, Manfred Wonisch, Norbert Bachl Effect of Endurance Training on Muscle Fat Metabolism During Prolonged Exercise: Agreements and Disagreements // Nutrition. - 2003. - V. 19 (10). - P. 891-900.
5. Gollisch KS, Brandauer J, Jessen N, Toyoda T, Nayer A, Hirshman MF, Goodyear L. J. Effects of exercise training on subcutaneous and visceral adipose tissue in normal- and high-fat diet-fed rats // Am J Physiol Endocrinol Metab. - 2009/ - V. 297 (2). - P. 495-504.
6. Шварц В. Жировая ткань как эндокринный орган // Проблемы эндокринологии. - 2009. - Т. 55, № 1. - С. 38-44.
7. Гриневич В.Б., Сас Е.И., Кравчук Ю.А., Ефимов О.И. Абдоминальное ожирение: клинико-социальные аспекты проблемы // Ожирение и метаболизм. - 2012. - № 2. - С. 28-32.
8. Ожирение: молекулярные механизмы и оптимизация таргетной терапии / М.А. Пальцев и др. // Молекулярная медицина. - 2013. - № 2. - С. 3-12.
9. Folch J. A simple method for the isolation and purification of total lipides from animal tissues // J. Biol. Chem. - 1957. - V. 226 (1). - P. 497-509.
10. Van Veldhoven P.P. Lipase-based quntitation of triacylglycerols in cellular lipid extracts: requirement for presence of detergent and prior separation by thin-layer chromatography // Lipids. -1997. - V. 32 (12). - P. 1297-1300.
11. Gobatto C.A., Mello MAR, Sibuya C.Y., Azevedo JRM, dos Santos L.A., Kokubun E.Maximal lactate steady state in rats submitted to swimming exercise // Comp Biochem Physiol A Mol Integr Physiol. - 2001. - V. 130 (suppl. 1). - Р. 21-27.
12. Araujo GG, Araujo M.B, D'Angelo RA, Machado FB, Mota CSA., Ribeiro C, et al. Maximal lactate steady state in obese rats of both genders // Brasilian Journal of Sports Medicine. - 2009. - V. 15 (1). - P. 46-49.
13. Van Loon L.J., Koopman R.,Stegen J.H., Wagenmakers A.J., Keizer H.A., Saris W.H. Intramyocellular lipids form an important substrate source during moderate intensity exercise in endurance trained males in a fasted state // J Physiol. - 2003. - V. 553 (Pr). - P. 611-625.
14. Van Veldhoven P.P. Lipase-based quntitation of triacylglycerols in cellular lipid extracts: requirement for presence of detergent and prior separation by thin-layer chromatography // Lipids. -1997. - V. 32 (12). - P. 1297-1300.
15. Li M, Paran C, Wolins N.E, Horowitz J.F. High muscle lipid content in obesity is not due to enhanced activation of key triglyceride esterification enzymes or the suppression of lipolytic proteins // Am J Physiol Endocrinol Metab. - 2011. - V. 300 (4). - P. 699-707
16. Gorski J, Nowacka M, Namiot Z, Puch U. Effect of prolonged exercise on the level of triglycerides in the rat liver // Eur J Appl Physiol Occup Physiol. - 1988. - V. 57 (5). - P. 554-557.
Поступила 11.11.2014.
