CC BY
79ЗМІНИ ПОКАЗНИКІВ ПЕРЕКИСНОГО ОКИСНЕННЯ ЛІПІДІВ ТА АКТИВНОСТІ ФЕРМЕНТІВ АНТИОКСИДАНТНОЇ СИСТЕМИ ПРОТЯГОМ РІЧНОГО ЦИКЛУ ОЗДОРОВЧИХ ТРЕНУВАНЬ
Мусієнко О.В.1, Крапівіна К.О., Павлишин О.Ф., Козак І.В., Савка І.В.
1 Львівський інститут економіки і туризму Львівський національний університет імені Івана Франка
Анотація. Вивчено вплив оздоровчих тренувань на інтенсивність процесів перекисного окиснення ліпідів та стан системи антиоксидантного захисту організму на різних етапах тренувань. Представлено результати досліджень на початковому етапі тренувань і етапі високих функціональних можливостей. Результати досліджень показали, що оздоровчі тренування за запропонованою нами системою позитивно впливають на процеси перекисного окиснення ліпідів і баланс антиоксидантної системи.
Ключові слова: оздоровчі тренування, перекисне окиснення ліпідів, малоновий диальдегід,
супероксиддисмутаза, глутатіонпероксидаза, глутатіонредуктаза, каталаза.
Аннотация. Мусиенко Е.В., Крапивина Е.А., Павлышин О.Ф., Козак И.В., Савка И.В. Изменения показателей перекисного окисления липидов и активности ферментов антиоксидантной системы в годичном цикле оздоровительных тренировок. Изучено влияние оздоровительных тренировок на интенсивность процессов перекисного окисления липидов и состояние системы антиоксидантной защиты организма на разных этапах тренировки. Представлены результаты исследований на начальном этапе тренировок и этапе высоких функциональных возможностей. Результаты исследований показали, что оздоровительные тренировки по предложенной нами системе положительно влияют на процессы перекисного окисления липидов и баланс антиоксидантной системы.
Ключевые слова: оздоровительные тренировки, перекисное окисление липидов, малоновый диальдегид, супероксиддисмутаза, глутатионпероксидаза, глутатионредуктаза, каталаза.
Annotation. Musiyenko O.V., Krapivina K.O., Pavlyshyn O.F., Kozak I.V., Savka I.V. Changes in level of lipid peroxidation and antioxydant system enzymes activity on annual cycle of conditional training. Influence of the health trainings is studied on intensity of processes of lipid peroxidation and state of the system of antioxidant defence of organism on the different stages of training. Outcomes of examinations on a pioneering stage of agings and a stage of high functionalities are introduced. The results of researches rotined that the health trainings on the system offered by us positively influenced on the processes of lipid peroxidation and balance of the antioxidant system.
Key words: conditional training, lipid peroxidation, malonic dialdehyde, superoxide dismutase, glutathione peroxidase, glutathione reductase, cathalase.
Вступ.
Перекисне окиснення ліпідів (ПОЛ) є первинною реакцією в ланцюзі фізико-хімічних перетворень, які призводять до деструкції ліпопротеїдного комплексу мембран і порушують їх транспортні функції, а також пригнічують процеси генерації енергії, що в кінцевому результаті знижує життєдіяльність клітин [3]. В той же час ці процеси є найбільш суттєвими і значимими в адаптивному оновленні та репарації функціонуючих структур, ліпопротеїдних мембран, зростанні потужності та буферної ємності редокс-системи, а, значить, підвищенні ефективності ферментативного та неферментативного антиоксидантного захисту (АО-захисту) та в тонкій регламентації реакцій ПОЛ у мембранних структурах за рахунок функціонування механізмів контролю за вмістом активних кисневих радикалів, ліпідних перекисів і каталізаторів пероксидазних реакцій [3, 11]. Індукція ПОЛ відбувається під час найрізноманітніших порушень функцій організму за умов патології і стресу [1].
У разі надмірного накопичення продуктів ПОЛ в організмі розвивається синдром ліпідної пероксидації, який включає такі патологічні компоненти як пошкодження мембранних ліпідів, ліпопротеїдів і білків, інактивацію ферментів, порушення клітинного поділу і фагоцитозу [1, 11], зниження реактивності ендокринних та імунних систем [2], що призводить до зміни структурно-функціональної організації мембран.
У разі виснажливих фізичних навантажень в організмі значно активізуються процеси ПОЛ, продукти яких можуть накопичуватися в крові і негативно впливати на різні органи [6, 14, 20]. Інтенсивність процесів ПОЛ може зростати у нетренованих людей і тварин під впливом фізичних навантажень невеликої потужності, які для них все ж є стресовими. Вивчення впливу фізичних навантажень на процеси ПОЛ в організмі є дуже важливим завданням, оскільки людина піддається їх впливові під час фізичної праці, занять фізкультурою і спортом, особливо у спорті найвищих досягнень. Проблема підвищення ефективності тренувальної і змагальної діяльності в спорті найвищих досягнень у даний час набула особливої актуальності в зв’язку з ростом спортивних результатів, посиленням конкуренції на міжнародній спортивній арені і невпинно зростаючими фізичними навантаженнями. Їх виконання часто пов’язане із граничною мобілізацією функціональних можливостей організму спортсмена і ймовірністю виникнення патологічних станів, що іноді призводять до летального кінця [14, 28]. Активація вільнорадикального окиснення ліпідів мембран може бути показником первинної метаболічної відповіді організму на різноманітні екстремальні чинники.
У спортсменів, що тренуються на витривалість, у відповідь на тренувальні навантаження збільшується вміст небілкових антиоксидантів і активність каталази, глутатіонпероксидази в плазмі крові, і вміст а-токоферолу в еритроцитах, знижується вміст малонового диальдегіду (МДА) та вільних радикалів у плазмі
крові [13]. Подібні результати отримані й на тваринах. Так, у щурів при фізичному тренуванні в крові зростає активність супероксиддисмутази (СОД) і каталази, вміст глутатіону [19, 21], знижується вміст МДА [15]. У разі тривалих тренувань невисокої інтенсивності базальний рівень АО-здатності крові може зростати. У тренованих щурів ефект дефіциту вітаміну В6 на вільнорадикальний метаболізм є менш вираженим, ніж у нетренованих [21, 23].
При систематично виконуваних протягом тривалого часу фізичних навантаженнях середньої потужності зростає антиоксидантний статус організму. Тренування на витривалість знижують чутливість скелетних м’язів до продуктів ПОЛ in vitro і збільшує їх резистентність до змін, спричинених ПОЛ [10], сприяють адаптації АО-системи, зокрема, зростає активність глутатіонпероксидази, глутатіонредуктази, каталази [5, 16]. Під час виконання фізичних вправ субмаксимальної потужності відбуваються значні зміни у чутливості системи крові до оксидативного і осмотичного стресу, знижується активність АО-ферментів, але тренування зменшує чутливість червонокрівців до пероксидативного гемолізу [27].
Систематичні заняття дозованим бігом більше 1 року сприяють обмеженню і стабілізації ПОЛ, зниженню рівня у крові тіобарбітурат-активних продуктів, що може бути обумовлене зростанням вмісту кортизолу (CORT) у крові [28].
Ці дані узгоджуються з тим, що в серцях тренованих тварин нижчий рівень ліпідів, здатних до перекисного окислення, вищий рівень активності антиоксидантних ферментів (глутатіонпероксидаза) [24], CuZn- і Mn-СОД, каталази, пероксидази - у лімфоїдних органах (тимус, селезінка, лімфатичні вузли) [26], мітохондрії серця витривалі до оксидативного стресу. У нетренованих тварин інтенсивність ПОЛ значно зростає під час фізичних навантажень. Однак, Л.Авелліні та ін. [17] стверджують, що в коней тренування знижують захисні можливості крові від пероксидативних ушкоджень. Автори пропонують додавати у їжу антиоксидантні речовини.
Спрямованість фізичних навантажень (аеробна чи анаеробна) визначає специфіку роботи АО-систем. Так, В.А.Колупаєв зі співавт. [8] показали, що у спортсменів, рухова діяльність яких здебільшого аеробна (лижники-гонщики), показники ПОЛ (спонтанної хемілюмінесценції) вищі, ніж у спортсменів, рухова діяльність яких носить яскраво виражену анаеробну спрямованість (борці), тоді як показники індукованої хемілюмінесценції нижчі.
Рівень інтенсивності процесів ПОЛ може бути використаний як показник роботи функціональних систем організму в клініці і при профілактиці деяких захворювань [4]. Так, відомо, що гіпертрофоване, але добре функціонуюче серце може бути більш резистентним до викликаних ішемією розладів його АО-системи [22]. Тренування на витривалість знижують чутливість тканин до дії вільних радикалів, причому роблять їх більш резистентними, ніж печінку, захищають від ішемічних ушкоджень [18, 25, 27]. Тренований м’яз з високим рівнем АО більш ефективно справляється з оксидативним стресом, ніж нетренований; потребує більше часу для ушкодження продуктами ПОЛ для унеможливлення його роботи.
Показано, що у спортсменів високої кваліфікації психоемоційний стрес проходить легше, не викликаючи значного зростання ПОЛ і “трибулінової” активності сечі порівняно з низькокваліфікованими спортсменами [7].
Фізичні навантаження в анаеробному режимі нормалізують вільнорадикальні процеси у постраждалих від радіоактивного опромінення під час аварії на ЧАЕС [12].
Отже, напружена фізична праця веде до посилення процесів ПОЛ у серці, печінці, м’язах. Його інтенсивність в значній мірі залежить від тренованості організму. В низькотренованих людей і тварин нижча ємність АО-системи, тому процеси ПОЛ проходять інтенсивніше, ніж у високотренованих. Треновані люди і тварини легше переносять оксидативний стрес, викликаний інтенсивною м’ язовою роботою, і адаптуються до фізичних навантажень, при чому при тренуванні на витривалість зростають функціональні можливості АО-системи, а при тренуванні на силу чи швидкість цього не відбувається. Оксидативний стрес викликає різні патологічні зміни в організмі (ішемічна хвороба серця, перевтома, порушення з боку статевої сфери).
Мета, завдання роботи.
Метою даної роботи було дослідити зміни рівня тіобарбітурат-активних продуктів ПОЛ і активності ферментів АО-системи (супероксиддисмутази, глутатіонпероксидази, глутатіонредуктази і каталази) під впливом оздоровчих тренувань, які включали фізичні навантаження в аеробному, аеробно-анаеробному режимах, статичні навнтаження асан Хатха-Йоги і релакспаузу.
В роботі були поставлені завдання: 1. встановити рівень ТБК-активних продуктів ПОЛ і активності названих ферментів на різних етапах тренувального процесу; 2. встановити залежність між ступенем кондиційної тренованості організму і досліджуваними показниками.
Нами було обстежено дві групи студенток (контрольна - 22 ос., експериментальна - 21 ос.) на предмет виявлення в них змін функціональної активності органів і систем організму під впливом оздоровчих тренувань за запропонованою нами методикою [9]. На кожному з трьох етапів тренувань ми провели біохімічне визначення концентрації продуктів ПОЛ і активності ферментів АО-системи у студенток обох груп. Студентки контрольної групи займались фізичним вихованням за Державною програмою, студентки експериментальної групи займались фізичним вихованням за методикою, викладеною у монографії [9]. У студенток, які займалися фізичним вихованням як за Державною програмою, так і за експериментальною, проводили забір крові натще на визначення в ній рівня активності ферментів АО-захисту та вмісту МДА. Забір крові проводили на початку навчального року (вересень), посередині навчального року (лютий) і наприкінці навчального року (червень) для
визначення динаміки ПОЛ і активності ферментів АО-системи.
Результати досліджень.
На початковому етапі тренувань було виявлено, що показники перекисного окиснення ліпідів і активності ферментів АО-захисту не мали суттєвих відмінностей у студенток контрольної і експериментальної груп, що вказує на однаковий фізичний стан обстежуваних студенток до початку експерименту (Рис. 1).
Отримані нами дані говорять про те, що усі визначені нами показники знаходяться в межах фізіологічної норми, хоча наближаються до її межі, що вказує на те, що організм обстежених студенток знаходиться на рівні низьких функціональних можливостей або, інакше кажучи, є низькотренованим.
Таким чином, рівень тіобарбітурат-активних продуктів ПОЛ (МДА) знаходиться на рівні 6,5±0,4 ум. од. (норма - 2,7-8,9 ум. од. флуоресценції). Активність усіх визначених ферментів-антиоксидантів знаходить на рівні нижньої межі нормальних значень «3-4 ум. од.
8
7 6
д
к
х
к
«
о
'Й
ю
о
2
1 0
і-
і
МДА СОД ГП ГР
□ контрольна група □ експериментальна група
КАТ
Рис. 1. Показники концентрації МДА та активності ферментів АО-захисту у плазмі крові на початковому етапі тренувань. Умовні позначення: МДА - малоновий диальдегід; СОД - супероксиддисмутаза; ГП -глутатіонпероксидаза; ГР - глутатіонредуктаза; КАТ - каталаза.
5
4
3
2
На етапі оздоровчих тренувань, який відповідає рівню середніх функціональних можливостей організму і припадає на кінець першого семестру [9], встановлено, що існує достовірна відмінність між концентрацією МДА у студенток контрольної і експериментальної груп (Р>0,95). У студенток контрольної групи немає відмінностей концентрації МДА між початковим і середнім етапами оздоровчих тренувань. Натомість, у студенток експериментальної групи відмічено достовірне (Р>0,95) зниження рівня МДА до 5,5±0,4 ум. од. (Рис. 2).
Вже на цьому етапі тренувань відмічено достовірне (Р>0,99) значне (на 50 %) зростання активності СОД у студенток експериментальної групи. У обстежених контрольної групи достовірних змін не виявлено.
Спостерігається зростання активності ГП в обстежених студенток обох груп. У студенток контрольної групи активність ГП зростає на 18,7 % (Р>0,95).
а
к
к
к
«
о
'ІЗ
и
о
2
і
*
т
і
*
і
МДА СОД ГП ГР
□ контрольна група □ експериментальна група
КАТ
Рис. 2. Показники концентрації МДА та активності ферментів АО-захисту у плазмі крові на середньому етапі
тренувань. Умовні позначення: див. Рис. 1.
У студенток експериментальної групи зростання активності ГП більш значне і складає 64,5 % (Р>0,99).
В активності ГР змін не спостерігається як у обстежених контрольної, так і експериментальної групи.
Стосовно активності каталази (КАТ) спостерігається її зростання в обох групах обстежених студенток, яке складає 22,8 % (Р>0,95).
Отже, можна стверджувати, що вже на етапі тренувань, який відповідає середнім функціональним можливостям організму, спостерігається зростання активності більшості ферментів АО-захисту, зниження рівня продуктів ПОЛ, що особливо яскраво видно у обстежених експериментальної групи.
На третьому етапі досліджень, який відповідає кінцю навачального року (травень), виявлено, що відбувається подальше зростання адаптаційного резерву організму обстежених студенток, особливо тих, які належали до експериментальної групи (Рис. 3).
и
н
и
«
о
’Й
и
о
м
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
і
МДА СОД ГП ГР
□ контрольна група □ експериментальна група
КАТ
Рис. 3. Показники концентрації МДА та активності ферментів АО-захисту у плазмі крові на кінцевому етапі
тренувань. Умовні позначення: див. Рис. 1.
7
6
5
4
3
2
1
0
0
Спостерігається зниження рівня МДА порівняно з попереднім етапом на 13,6 % у студенток контрольної групи (Р>0,95) і на 30,9 % у студенток експериментальної групи (Р>0,99).
Змін у активності ферментів АО-захисту у студенток контрольної групи порівняно з попереднім етапом не виявлено.
У студенток експериментальної групи спостерігається зростання активності усіх ферментів АО-захисту, які визначали. Так, активність СОД зросла на 36,6 % (Р>0,99), ГП - на 58,8 % (Р>0,99), ГР - на 45,2 % (Р>0,99) і КАТ - на 76,7 % (Р>0,99).
Таким чином, можна вважати, що функціональний стан організму студенток контрольної групи, які займались фізичним вихованням за Державною програмою, залишився на рівні другого етапу тренувань. Натомість адаптивні можливості організму студенток експериментальної групи значно підвищилися, про що свідчать результати значного зростання активності ферментів АО-захисту і зниження рівня МДА.
Наприкінці другого семестру, який відповідає етапові високих функціональних можливостей організму, ці зрушення ще більш яскраво виражені як у стані серцево-судинної і дихальної систем, робота яких є визначальною у пристосуванні організму до фізичних навантажень [9], так і у показниках ПОЛ і системи АО-захисту.
Висновки
1. На початковому етапі тренувань відсутнія різниця між показниками ТБК-активних продуктів перекисного окиснення ліпідів і активності ферментів АО-захисту у студенток контрольної і експериментальної груп.
2. На етапі тренувань, який припадає на середину тренувального циклу спостерігається різниця між дослідженими показниками: у студенток контрольної групи спостерігається вищий вміст МДА і дещо нижча активність СОД і ГП (Р>0,95).
3. На етапі високих функціональних можливостей, який припадає на кінець навчального року спостерігається достовірна різниця між показниками рівня продуктів ПОЛ і активністю ферментів АО-системи між контрольною і експериментальною групами студентів (Р>0,99). Результати свідчать про високу ефективність занять за запропонованою методикою по відношенню до вільнорадикальних процесів в організмі.
Подальші дослідження передбачається провести в напрямку вивчення інших проблем оздоровчих тренувань.
Список літератури
1. Барабой В. А., Сутковой Д.А. Окислительно-антиоксидантный гомеостаз в норме и при патологии. - К.: Чернобыльинтеринформ, 1997. - Ч. I. - 202 с.
2. Бойко Н.И., Макаренко Т.Н., Терлецкая О.И., Тимочко М.Ф., Ткаченко О.Р., Фомюк О.И. Активность процессов перекисного окисления липидов как критерий отбора групп повышенного риска при проведении хирургической коррекции // Тез. докл. науч.-практ. конф. “Актуальные вопросы клинической хирургии”. -Львов, 1989. - С. 153-154.
3. Владимиров Ю.А., Арчаков Р.М. Перекисное окисление липидов в биологических мембранах. - М.: Наука, 1972. - 252 с.
4. Гукасов В.М., Каплан Е.Я., Мотылянская Р.Е., Минаева Т.Д., Николаева С.П. Использование параметров кинетики перекисного окисления липидов для оценки функционального состояния организма спортсменов // Теор. и практ. физич. культ. - 1987. - № 5. - С.44-46.
5. Дорофеєва О.Е. Метаболічні особливості адаптації спортсменів циклічних видів спорту до фізичного навантаження // Фізіологічний журнал. - 2000. - Т. 46, № 1. - С. 89-93.
6. Дятлов Д.А., Волчегорский И.А., Львовская Е.И., Сашенков С.Л. Анализ содержания продуктов липопероксидации в крови лыжников-гонщиков различной спортивной квалификации // Теор. и практ. физич. культ. - 1997. - № 4. - С.16-18.
7. Дятлов Д.А., Львовская Е.И., Волчегорский И.А., Пушкарёв Е.Д., Янченко Н.А. Перекисное окисление липидов и “трибулиновая” активность мочи как показатели неинвазивного контроля стресс-устойчивости гандболистов в период соревнований // Теор. и практ. физич. культ. - 2000. - № 4. - С.39-41.
8. Колупаев В. А., Окишор А.В., Дятлов Д.А. Влияние интенсивной двигательной деятельности на показатели хемилюминесценции нейтрофилов периферической крови // Теор. и практ. физич. культ. - 2000. - № 4. -С.24-26.
9. Крапівіна К.О., Мусієнко О.В. Нетрадиційний підхід до традиційної фізичної культури. - Львів, 2006. - 300 с.
10. Логоша С.А., Морозов В.И., Рогозкин В.А. Действие углеводного рациона и физических нагрузок на активность супероксиддисмутазы и на концентрацию диеновых конъюгатов в крови и цитозоле скелетных мышц крыс // Физиол. журнал им. И.М.Сеченова. - 1996. - Т. 82, № 2. - С.55-60.
11. Метаболічні аспекти формування кисневого гомеостазу в екстремальних станах / Тимочко М.Ф., Єлісєєва О.П., Кобилянська Л.І., Тимочко І.Ф. - Львів, 1998. - 142 с.
12. Серебровська З.О. Особливості вільнорадикальних процесів у спермі і крові людини при зміні морфофункціональних характеристик сперми: Автореф. дис. ... канд. біол. наук: 03.00.13./ Інст. фізіол. ім. О.О. Богомольця НАН України. - К., 2000. - 20 с.
13. Суздальницкий Р.С., Меншиков И.В., Модера Е.А. Специфические изменения в метаболизме спортсменов, тренирующихся в разных биоэнергетических режимах, в ответ на стандартную физическую нагрузку // Теор. и практ. физич. культ. - 2000. - № 3. - С.16-20.
14. Трифонов О.Н. Роль перекисного окисления липидов в возникновении хронического перенапряжения
миокарда у спортсменов II Теор. и практ. физич. культ. - 19ВВ. - № 4. - С.47-49.
15. Alessio H.M., Goldfarb A.H. Lipid peroxidation and scavenger enzymes during exercise: adaptive response to training II J. Appl. Physiol. - 19ВВ. - Vol. 64, № 4. - P. 1333-1334.
16. Anuradha C.V., Balakrishnan S.D. Effect of training on lipid peroxidation, thiol status and antioxidant enzymes in tissues of rats II Indian J. Physiol. Pharmacol. - 199В. - Vol.42, № 1. - P.64-70.
17. Avellini L., Silvestrelli M., Gaiti A. Training-induced modifications in some biochemical defences against free radicals in equine erythrocytes II Vet. Res. Commun. - 1995. - Vol. 19, № 3. - P.179-184.
1В. Frankiewicz-Jozko A., Faff J., Sieradzan-Gabelska B. Changes in concentrations of tissue free radical marker and serum creatine kinase during the post-exercise period in rats II Eur. J. Appl. Physiol. -1996. - Vol. 74, № 5. -P.470-474.
19. Gul M., Demircan B., Taysi S. e. a. Effects of endurance training and acute exhaustive exercise on antioxidant defense mechanisms in rat heart II Comp. Biochem. A Mol. Integr. Physiol. - 2006. - V. 143, № 2. - P. 239-245.
20. Ishida N., Hobo S., Takahashi T., Nando Y., Sato F., Hasegawa T., Mukoyama H. Chronological changes in superoxide-scavenging ability and lipid peroxide concentration of equine serum due to stress from exercise and transport II Equine Vet. J. Suppl. - 1999, № 30. - P. 430-433.
21. Itoh H., Ohkuwa T., Yamamoto T., Sato Y., Miyamura M., Naoi M. Effects of endurance training on hydroxyl radical generation in rat tissues II Life Sci. - 199В. - Vol. 63, № 21. - P. 1921-1929.
22. Ji L.L., Fu R.G., Mitchell E.W., Griffiths M., Waldrop T.G., Swartz H.M. Cardiac hypertrophy alters myocardial response to ischaemia and reperfusion in vivo II Acta Physiol. Scand. - 1994. - Vol. 151, № 3. - P.279-290.
23. Karanth J., Jeevaratnam K. Oxidative stress and antioxidant status in rat blood, liver and muscle: effect of dietary lipid, carnitine and exercise II Int. J. Vitam. Nutr. Res. - 2005. - V. 75, № 5. - P. 333-339.
24. Khasky A.D., Smith J.C. Stress, relaxation states, and creativity II Percept. Mot. Skills. - 2000. - Vol. ВВ, № 22. -P.409-416.
25. Kihlstrom M. Lipid peroxidation capacities in the myocardium of endurance-trained rats and mice in vitro II Acta Physiol. Scand. - 1992. - Vol. 146, № 2. - P.177-183.
26. Pereira B., Costa Rosa L.F., Safi D.A., Medeiros M.H., Curi R., Bechara E.J. Superoxide dismutase, catalase, and glutathione peroxidase activities in muscle and lymphoid organs of sedentary and exercise-trained rats II Physiol. Behav. - 1994. - Vol. 56, № 5. - P.1095-1099.
27. Powers S.K., Lennon S.L. Analysis of cellular responses to free radicals: focus on exercise and skeletal muscle II Proc. Nutr. Soc. - 1999. - Vol. 5В, № 4. - P.1025-1033.
2В. Smith J.A. Exercise, training and red blood cell turnover II Sports Med. - 1995. - Vol. 19, № 1. - P.9-31.
Надійшла до редакції 10.02.2009р.
