CC BY
429
ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ЗНАЧЕНИЯ АКТИВНОСТИ КРЕАТИНФОСФОКИНАЗЫ У ВЫСОКОКВАЛИФИЦИРОВАННЫХ СПОРТСМЕНОВ ЦИКЛИЧЕСКИХ ВИДОВ СПОРТА
И.Л. РЫБИНА,
Республиканский научно-практический центр спорта,
Минск, Беларусь
Аннотация
Статья посвящена исследованию активности креатинфосфокиназы у спортсменов высокой квалификации, специализирующихся в циклических видах спорта. Показано, что активность фермента КФК в сыворотке крови является одним из информативных маркеров функционального состояния мышечной ткани, данный показатель широко используется в мониторинге тренировочного процесса. В процессе исследований выявлена большая вариация активности сывороточной КФК. Коэффициент вариации активности энзима находится в интервале 65,0-102,9% для мужчин и 44,0-128,8% для женщин. Интенсивность элиминации КФК из мышц в сосудистое русло является индивидуальной характеристикой, а динамика концентрации данного фермента служит интегральным показателем отставленного эффекта физических нагрузок.
Ключевые слова: биохимия мышечной деятельности, активность креатинфосфокиназы, спорт высших достижений.
Abstract
The article is devoted to the study of activity
of creatinephosphokinase in highly skilled athletes
specializing in cyclic sports. It is shown that the activity
of the enzyme CPK in the serum is one
of the informative markers of the functional state
of muscle tissue, this index is widely used
in the monitoring of the training process.
The research revealed great variation in the activity
of serum CPK. The coefficient of variation of activity
of the enzyme is in the range of 65.0-102.9% for men
and 44.0-128.8% for women. The intensity
of the elimination of CPK from muscle to bloodstream
is an individual, and the dynamics of the concentration
of this enzyme serves as an integral index of delayed
effect of physical activity.
Keywords: muscle biochemistry, creatinephosphokinase activity, elite sports.
Введение
Одной из проблем в спортивной биохимии является разработка объективных критериев для оценки адекватности реакции организма спортсмена на физическую нагрузку, а также для диагностики нормы и патологии. Основная задача данной работы - определение тесноты корреляции клинико-лабораторных показателей с неадекватными ответами на физическую нагрузку. Важнейшим шагом в этом направлении является разработка биологически обоснованных количественных ориентиров результатов лабораторного обследования, которые используются для оценки тренировочных нагрузок, состояния перетренированности, здоровья и патологических процессов.
Активность фермента креатинфосфокиназы (КФК) в сыворотке крови является информативным маркером функционального состояния мышечной ткани и широко используется в мониторинге тренировочного процесса [1-6, 15]. На активность фермента оказывают влияние такие факторы, как уровень подготовки спортсмена, пол, группы мышц, участвующих в выполнении упражнения, а также объем нагрузок силового характера [5]. Активность общей креатинфосфокиназы зависит также от возраста, гендерной принадлежности, расы, мышечной
массы, направленности физической нагрузки и климатических условий [3, 7].
Выявлено, что у высоко тренированных спортсменов болезненность мышц не всегда ассоциируется с повышением активности КФК [1]. Определение активности КФК в сыворотке крови при высокоинтенсивных физических нагрузках имеет большое диагностическое значение для оценки появления мышечных микротравм или растяжений мышц [2, 3]. Высокие уровни КФК наблюдали после марафонского и полумарафонского бега [6], силовых упражнений и бега вниз с горы, вследствие больших нагрузок уступающего характера [3]. В экспериментальном исследовании [5] было показано, что активность этого фермента возрастает примерно на 100% через 8 часов после нагрузки, а пиковые значения могут быть достигнуты в интервале от 24 до 96 часов в зависимости от вида упражнений и индивидуальных особенностей организма спортсменов [4, 8, 9].
Целью данного исследования являлось изучение активности КФК у спортсменов высокой квалификации циклических видов спорта.
Методы исследования
В исследовании приняли участие 311 спортсменов высокой квалификации циклических видов спорта
в возрасте 20-29лет (180 мужчин и 131 женщина). Спортсмены имели квалификацию мастер спорта (мс) (74,6%) и мастер спорта международного класса (мсмк) (25,4%). Многократное обследование проводилось в рамках текущего клинико-лабораторного мониторинга на учебно-тренировочных сборах на этапах многолетней подготовки (2004-2014 гг.). Всего обработаны данные 6950 исследований активности КФК в капиллярной крови. Забор крови проводили утром натощак в начале микроцикла. Исследование проводилось с применением фотометра РМ 2111 производства ЗАО «Солар» (Республика Беларусь) и реагентов производства «Витал Диагностикс» (Россия), а также портатив-
ного биохимического анализатора PICCOLO Xpress (ABAXIS, США).
Статистическая обработка полученных данных проводилась с использованием прикладного пакета компьютерных программ обработки данных Statistika for Windows. Применялись методы описательной статистики и сравнительного анализа с использованием U-критерия Манна-Уитни для независимых переменных.
Результаты и обсуждение
В таблицах 1-2 представлены результаты изучения активности КФК у представителей циклических видов спорта.
Таблица 1
Активность КФК (ед./л) в сыворотке крови у спортсменов циклических видов спорта
(мужчины)
Вид спорта N X ± SD Sx CV, % Минимальное значение Максимальное значение
Биатлон 116 286,4 ± 202,5 18,8 70,7 37 1412
Велоспорт 135 252,1 ± 168,5 14,5 66,8 70 1316
Гребля академическая 1089 209,7 ± 136,4 4,13 65,0 45 1520
Гребля на байдарках и каноэ 2938 312,5 ± 284,8 5,28 91,1 42 4536
Лыжные гонки 112 288,7 ± 184,1 17,4 63,8 48 1105
Плавание 581 276,7 ± 284,6 11,8 102,9 35 3739
Обозначения:
N - количество (испытуемых);
X ± ББ - среднее плюс-минус стандартное отклонение; Бх - среднеквадратичное отклонение; СУ - коэффициент вариации.
Таблица 2
Активность КФК (ед./л) в сыворотке крови у спортсменов циклических видов спорта
(женщины)
Вид спорта N X ± SD Sx CV, % Минимальное значение Максимальное значение
Биатлон 617 202,9 ± 173,3 6,98 85,4 35 2511
Велоспорт 85 181,1 ± 79,6 8,63 44,0 51 451
Гребля академическая 233 134,5 ± 60,5 3,96 45,0 40 350
Гребля на байдарках и каноэ 472 187,6 ± 125,0 5,75 66,6 30 1240
Лыжные гонки 122 200,1 ± 103,9 9,41 51,9 58 581
Плавание 450 171,1 ± 220,3 10,4 128,8 29 3479
Как видно из представленных данных, существует большая вариация показателей активности сывороточной КФК. Коэффициент вариации активности данного энзима находится в интервале 65,0-102,9% для мужчин и 44,0-128,8% для женщин. Наибольшие коэффициенты вариации и максимальные значения величины КФК у представителей мужского пола отмечены в плавании и гребле на байдарках и каноэ, у женщин -в плавании и биатлоне. Представители мужского пола в гребле на байдарках и каноэ характеризуются достоверно более высокими значениями активности КФК
по сравнению с велоспортом и академической греблей (р < 0,05). Среди женщин достоверно более низкая активность КФК отмечена у представительниц академической гребли по сравнению биатлоном, греблей на байдарках и каноэ, лыжных гонках и велоспортом (р < 0,05).
Сравнительный анализ активности КФК в гендерном аспекте (рис. 1) выявил достоверное превышение активности энзима у представителей мужского пола по сравнению с женщинами для всех исследуемых циклических дисциплин (р < 0,05).
Медико-биологические проблемы спорта
Гребля на байдарках и каноэ Гребля академическая Велоспорт Биатлон
171,1
Плавание
Лыжные гонки 200,1
187,6
276,7 | 288,7
134,5
209,7
181,1
202,9
252,1
312,5
286,4 I
□ Женщины ■ Мужчины
Рис.1. Сравнительный анализ среднегрупповых данных активности КФК (ед./л) у представителей циклических видов спорта в гендерном аспекте
У представителей мужского пола циклических видов спорта отмечается тенденция к снижению среднегруппо-вых данных КФК при переходе от общеподготовительного к специально-подготовительному (в академической гребле различия достоверны, р < 0,05), и соревнователь-
ному периодам (в гребле на байдарках и каноэ различия достоверны, р < 0,05). Противоречит данной тенденции только достоверное возрастание КФК в специально-подготовительным периоде по сравнению с общеподготовительным у гребцов на байдарках и каноэ (р < 0,05).
Таблица 3
Активность КФК (ед./л) в сыворотке крови у спортсменов циклических видов спорта на различных этапах подготовки (мужчины)
Вид спорта Общеподготовительный период Специально-подготовительный период Соревновательный период
N X ± SD Sx N X ± SD Sx N X ± SD Sx
Биатлон - - - 102 275,5 ± 168,1 14,5 - - -
Велоспорт 98 257,3 ± 147,6 14,8 35 246,3 ± 220,8 37,3 - - -
Гребля академическая 338 227,6 ± 145,4* 7,90 322 196,6 ± 101,1 5,63 429 205,4 ± 150,2 7,25
Гребля на байдарках и каноэ 739 293,1 ± 333,2*, + 12,3 450 351,4 ± 282,0 7,35 706 251,9 ± 214,8 8,09
Лыжные гонки 35 303,8 ± 165,7 28,0 52 258,4 ± 168,6 23,4 - - -
Плавание 191 294,1 ± 325,3 23,5 349 271,7 ± 271,2 14,5 41 237,7 ± 168,4 26,3
Примечание:
* - различия достоверны со специально-подготовительным периодом (р < 0,05); + - различия достоверны по сравнению с соревновательным периодом (р < 0,05).
У представителей женского пола в биатлоне и велоспорте величины КФК в специально-подготовительном периоде достоверно выше, чем в обще-подготовительном
(р < 0,05). В академической гребле активность данного фермента в соревновательном периоде достоверно ниже, чем в обще- и специально-подготовительном (р < 0,05).
Таблица 4
Активность КФК (ед./л) в сыворотке крови у спортсменов циклических видов спорта на различных этапах подготовки (женщины)
Вид спорта Общеподготовительный период Специально-подготовительный период Соревновательный период
N X ± SD Sx N X ± SD Sx N X ± SD Sx
Биатлон 245 223,5 ± 208,2* 13,3 372 188,0 ± 144,4 7,48 - - -
Велоспорт 45 215,2 ± 81,2* 12,1 28 143,0 ± 60,8 11,5 - - -
Гребля академическая 104 148,5 ± 69,4+ 6,80 55 154,4 ± 49,3+ 6,64 74 100,0 ± 35,5 4,14
Гребля на байдарках и каноэ 79 190,3 ± 166,7 18,8 250 194,5 ± 118,7 7,50 143 174,0 ± 107,6 9,00
Лыжные гонки - - - 61 201,2 ± 100,0 12,8 61 199,1 ± 108,5 13,9
Плавание 119 175,6 ± 153,8 14,1 283 175,8 ± 254,9 15,2 48 132,0 ± 112,7 16,2
Примечание:
* - различия достоверны со специально-подготовительным периодом (р < 0,05); + - различия достоверны по сравнению с соревновательным периодом (р < 0,05).
Обсуждение
Значительная вариация активности креатинфосфо-киназы обусловлена различиями в скорости выхода фермента в кровь, которая зависит от состояния клеточных мембран и изменения их проницаемости под воздействием физических нагрузок. В зависимости от направленности тренировочных нагрузок выход фермента в кровь из клетки может быть обусловлен различными причинами, главными из которых являются механические повреждения мышц, индуцированные физической нагрузкой, и, возможно, метаболический стресс, обусловленный образованием свободных радикалов в процессе тренировки.
Анализ активности КФК у представителей различных циклических дисциплин показал, что существуют особенности накопления, а также скорости оборота фермента энзима в зависимости от вида спорта и характера тренировочных нагрузок для развития ведущих механизмов энергообеспечения. Более высокие среднегрупповые значения, коэффициенты вариации и максимальные значения величины КФК в гребле на байдарках и каноэ и в плавании, возможно, обусловлены большим объемом силовой работы, направленной на развитие креатин-киназного механизма энергообеспечения у представителей спринтерских специализаций этих дисциплин.
Несмотря на то, что в специальной литературе существуют противоречивые мнения о наличии положительной взаимосвязи между объемом силовой нагрузки и активностью КФК, ряд авторов придерживается мнения о наличии такой зависимости [13-14]. При выполнении тренировок силовой направленности образование энергии в алактатной системе энергообеспечения происходит при расщеплении богатых энергией фосфатных соединений - АТФ и креатинфосфата. Реакция расщепления креатинфосфата стимулируется ферментом креатинфосфокиназой.
С другой стороны, различия в активности КФК в разных видах спорта могут быть отражением степе-
ни вовлечения различных групп мышц в выполнение упражнений в зависимости от вида спорта. Например, в гребле на байдарках и каноэ в выполнение упражнений вовлечены главным образом мышцы верхней части тела. В специальной литературе имеются данные в большей степени возрастания активности КФК после упражнений, вовлекающих мышцы верхней части тела, по сравнению с упражнениями для нижних конечностей [16-19]. Природа данного явления может быть объяснена тем, что нижние конечности в большей степени активируются в повседневной жизни и менее подвержены изменениям по сравнению с верхними конечностями [17].
Вместе с тем на различия в активности КФК могут в определенной степени накладывать отпечаток особенности системы построения тренировочных циклов с учетом различных тренировочных методик и субъективных факторов, связанных с квалификацией тренерского состава. Однако, по нашему мнению, проводимое исследование охватывает значительный временной отрезок наблюдений и включает мониторинг различных тренировочных подходов, что позволяет объективно судить об исследуемых процессах.
Выявленные различия в величинах КФК в гендерном аспекте связаны, по-видимому, с различной мышечной массой испытуемых различных групп и особенностями компонентного состава тела представителей мужского и женского пола. Влияние половых различий на активность КФК может быть в определенной степени обусловлена особенностями гормонального статуса обследуемых контингентов и положительным влиянием эстрогенов на состояние мышц [10]. Специальные исследования показали противоречивые результаты влияния эстрогенов на мышечный метаболизм [11-12].
Повышенная напряженность энергообмена в мышцах в общеподготовительном периоде подготовки может быть связана с большими объемами тренировочных нагрузок, а также с различной скоростью адаптации организма спортсменов к тренировочным нагрузкам. Высокие значе-
ния активности КФК у спортсменов на фоне отдыха дают основание для полного диагностического обследования состояния мышц для выявления скрытых мышечных проблем, вызванных тренировочными нагрузками на фоне пролонгированного утомления. Это также является основанием для снижения интенсивности тренировочных нагрузок с целью обеспечения адекватного восстановления мышечной системы.
Практическая ценность мониторинга активности КФК в тренировочном процессе заключается в том, что используя динамику данного фермента под влиянием физических нагрузок, можно подобрать упражнения различного характера и интенсивности, не вызывающие негативных процессов в мышечной ткани.
Выводы
Скорость элиминации КФК из мышц в сосудистое русло является индивидуальной характеристикой, и динамика концентрации данного фермента может быть интегральным отражением отставленного эффекта физических нагрузок. Существует достоверная зависимость активности КФК от принадлежности к гендерной группе, что требует учета данного аспекта и разработки референтных значений для представителей мужского и женского пола. Адекватная интерпретация результатов мониторинга показателей КФК позволяет корректировать нагрузки в соответствии с этапом подготовки спортсменов высокой квалификации.
Литература
1. Gleeson M. Biochemical and immunological markers of overtraining // Journal of Sport Science and Medicine. - 2002. - No. 1. - Pp. 31-41.
2. Brancaccio P., Lippi G, Mafulli N. Biochemical markers of muscular damage // Clin. Chem. Lab. Med. - 2010. -No 48 (6). - Pp. 757-67.
3. Brancaccio P., Maffulli N, Limongelli F.M. Creatine kinase monitoring in sport medicine // Br. Med. Bull. -2007. - No. 81-82. - Pp. 209-30.
4. Brancaccio P., Maffulli N, Buonauro R, Limongelli F.M. Serum enzyme monitoring in sports medicine / Clin. Sports Med. - 2008. - No. 27 (1). - Pp. 1-18.
5. Koch A.]., Pereira R, Machado M. The creatine kinase response to resistance exercise // J. Musculoskelet Neuronal Interact. - 2014. - No. 14 (1). - Pp. 68-77.
6. Lippi G, Schena F, Salvagno G.L., Montagnana M, Gelati M, Tarperi C, Banfi G, Guidi G.C. Acute variation of biochemical markers of muscle damage following a 21-km, half-marathon run // Scand. J. Clin. Lab. Invest. - 2008. -No. 68 (7). - Pp. 667-72.
7. Mougios V. Reference intervals for serum creatine kinase in athletes // Br. J. Sports Med. - 2007. - No. 41 (10). -Pp. 674-678.
8. Carmo F.C., Pereira R, Machado M. Variability in resistance exercise induced hyperCKemia // Isok. Exerc. Sci. - 2011. - No. 19. - Pp. 191-197.
9. Machado M, Koch A.]., Willardson ].M, Pereira L.S., Cardoso M.I., Motta M.K., Pereira R, Monteiro A.N. Effect of varying rest intervals between sets of assistance exercises on creatine kinase and lactate dehydrogenase responses // J. Strength. Cond. Res. - 2011. - No. 25. - Pp. 1339-1345.
10. Tiidus P.M. Influence of estrogen on muscle plasticity // Braz. J. Biomotricity. - 2011. - No. 4. - Pp. 143-155.
11. Clarkson P.M., Hubal M.]. Are women less susceptible to exercise-induced muscle damage? // Curr Opin Clin Nutr Metab Care 2001; 4: 527-531.
12. Machado M, Koch A.]., Willardson J.M., Pereira L.S., Cardoso M.I., Motta M.K., Pereira R, Monteiro A.N. Effect of varying rest intervals between sets of assistance exercises on creatine kinase and lactate dehydrogenase responses // J. Strength. Cond. Res. - 2011. - No. 25. - Pp. 1339-1345.
13. Machado M, Willardson J.M., Silva D.P., Frigulha I.C., Koch A.J., Souza S.C. Creatinekinase activity weakly correlates to volume completed following upper body resistance exercise // Res Q Exerc Sport. - 2012. - No. 83. -Pp. 276-281.
14. Nosaka K., Clarkson P.M. Relationship between post-exercise plasma CK elevation and muscle mass involved in the exercise // Int J Sports Med. - 1992. - No. 13. -Pp. 471-475.
15. Ширковец Е.А., Титлов А.Ю., Луньков С.М. Критерии и механизмы управления подготовкой спортсменов в циклических видах спорта // Вестник спортивной науки. - 2013. - № 5. - С. 44-48.
16. Chen T.C., Lin K.Y., Chen H.L., Lin MJ, Nosaka K. Comparison in eccentric exercise-induced muscle damage among four limb muscles // Eur J Appl Physiol. - 2011. -No. 111. - Pp. 211-223.
17. Jamurtas A.Z., Theocharis V., To fas T, Tsiokanos A., Yfanti C, Paschalis V., Koutedakis Y., Nosaka K. Comparison between leg and arm eccentric exercises of the same relative intensity on indices of muscle damage // Eur J Appl Physiol. -2005. - No. 95. - Pp. 179-185.
18. Saka T, Bedrettin A., Yazici Z, Sekir U, Gur H, Ozarda Y.. Differences in the magnitude of muscle damage between elbow flexors and knee extensors eccentric exercises // J Sports Sci Med. - 2009. - No. 8. - Pp. 107-115.
19. Machado M, Brown L.E., Augusto-Silva P., Pereira R. Is exercise-induced muscle damage susceptibility body segment dependent? Evidence for whole body susceptibility // J Musculoskelet Neuronal Interact. - 2013. - No. 13. -Pp. 105-110.
References
1. Gleeson M. Biochemical and immunological markers 2. Brancaccio P., Lippi G, Mafulli N. Biochemical markers
of overtraining // Journal of Sport Science and Medi- of muscular damage // Clin. Chem. Lab. Med. - 2010. -cine. - 2002. - No. 1. - Pp. 31-41. No. 48 (6). - Pp. 757-67.
3. Brancaccio P., Maffulli N, Limongelli F.M. Creatine kinase monitoring in sport medicine // Br. Med. Bull. -2007. - No. 81-82. - Pp. 209-30.
4. Brancaccio P., Maffulli N, Buonauro R, Limongelli F.M. Serum enzyme monitoring in sports medicine / Clin. Sports Med. - 2008. - No. 27 (1). - Pp. 1-18.
5. Koch A.]., Pereira R, Machado M. The creatine kinase response to resistance exercise // J. Musculoskelet Neuronal Interact. - 2014. - No. 14(1). - Pp. 68-77.
6. Lippi G, Schena F, Salvagno G.L., Montagnana M, Gelati M, Tarperi C, Banfi G, Guidi G.C. Acute variation of biochemical markers of muscle damage following a 21-km, half-marathon run // Scand. J. Clin. Lab. Invest. - 2008. -No. 68 (7). - Pp. 667-72.
7. Mougios V. Reference intervals for serum creatine kinase in athletes // Br. J. Sports Med. - 2007. - No. 41 (10). -Pp. 674-678.
8. Carmo F.C., Pereira R., Machado M. Variability in resistance exercise induced hyperCKemia // Isok. Exerc. Sci. - 2011. - No. 19. - Pp. 191-197.
9. Machado M, Koch A.]., Willardson ].M, Pereira L.S., Cardoso M.I., Motta M.K., Pereira R, Monteiro A.N. Effect of varying rest intervals between sets of assistance exercises on creatine kinase and lactate dehydrogenase responses // J. Strength. Cond. Res. - 2011. - No. 25. - Pp. 1339-1345.
10. Tiidus P.M. Influence of estrogen on muscle plasticity // Braz. J. Biomotricity. - 2011. - No. 4. - Pp. 143-155.
11. Clarkson P.M., Hubal M.]. Are women less susceptible to exercise-induced muscle damage? // Curr Opin Clin Nutr Metab Care 2001; 4: 527-531.
12. Machado M, Koch A.]., Willardson].M, Pereira L.S., Cardoso M.I., Motta M.K., Pereira R, Monteiro A.N. Effect of varying rest intervals between sets of assistance exercises
on creatine kinase and lactate dehydrogenase responses // J. Strength. Cond. Res. - 2011. - No. 25. - Pp. 1339-1345.
13. Machado M, Willardson J.M., Silva D.P., Frigulha I.C., Koch A.J., Souza S.C. Creatinekinase activity weakly correlates to volume completed following upper body resistance exercise // Res Q Exerc Sport. - 2012. - No. 83. -Pp. 276-281.
14. Nosaka K, Clarkson P.M. Relationship between postexercise plasma CK elevation and muscle mass involved in the exercise // Int J Sports Med. - 1992. - No. 13. -Pp. 471-475.
15. Shirkovetz E.A., Titlov A.Yu, Lun'kov S.M. Criteria and mechanisms for athletic training management in cyclic sports // Vestnik sportivnoy nauki. - 2013. - No. 5. -Pp. 44-48.
16. Chen T.C., Lin K.Y., Chen H.L, Lin MJ, Nosaka K. Comparison in eccentric exercise-induced muscle damage among four limb muscles // Eur J Appl Physiol. - 2011. -No. 111. - Pp. 211-223.
17. Jamurtas AZ, Theocharis V., Tofas T, Tsiokanos A., Yfanti C, Paschalis V., Koutedakis Y, Nosaka K. Comparison between leg and arm eccentric exercises of the same relative intensity on indices of muscle damage // Eur J Appl Phy-siol. - 2005. - No. 95. - Pp. 179-185.
18. Saka T, Bedrettin A, Yazici Z, Sekir U, Gur H, Ozarda Y.. Differences in the magnitude of muscle damage between elbow flexors and knee extensors eccentric exercises // J Sports Sci Med. - 2009. - No. 8. - Pp. 107-115.
19. Machado M., Brown L.E., Augusto-Silva P., Pereira R. Is exercise-induced muscle damage susceptibility body segment dependent? Evidence for whole body susceptibility // J Musculoskelet Neuronal Interact. - 2013. - No. 13. -Pp. 105-110.
