CC BY
7
УДК 612.766.1-08:612.744.21
С. Л. Кузнецов, В. Р. Кучма
К ВОПРОСУ О МЕХАНИЗМАХ, ВЛИЯЮЩИХ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО МЕТАБОЛИЗМА МЫШЕЧНОГО ВОЛОКНА ЖИВОТНЫХ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ
I ММИ им. И. М. Сеченова
Максимальная эффективность использования энергетических ресурсов, извлекаемых из субстратов при их окислении, возможна только при оптимальных условиях работы ферментов, включенных в соответствующую метаболическую цепь. Однако известно, что некоторые ферменты участвуют в работе не одной, а нескольких метаболических реакций [2]. Кроме того, возможно, например, преобладающее использование одной из кислот, служащих субстратами в цикле Кребса, в зависимости от функционального состояния клетки [4]. Доля участия каждого фермента в энергетическом метаболизме при данном состоянии клетки, таким образом, может быть различной. Это не может не влиять на величины корреляционных связей активности ферментов, расчет которых будет, помимо абсолютных значений активности ферментов, служить показателем состояния энергетического метаболизма.
Определенную роль в механизме изменения ферментативной ■ активности в мышечной ткани при изменении условий ее деятельности играет закисление внутренней среды волокна [7]. Установлено, что после нагрузки до отказа концентрация молочной кислоты во всех тканях увеличивается по сравнению с исходным уровнем в 1,5—2 раза и восстанавливается в течение 15 мин отдыха [5]. Другие исследователи [9] также связывают изменения механических ответов мышцы с накоплением лактата и соответствующими изменениями рН в быстрых мышечных волокнах, что ухудшает условия выработки энергии и может приводить к более быстрому развитию утомления [8].
Проверка изложенных выше предположений и послужила целью данного исследования.
Работа выполнена на 58 белых беспородных крысах-самцах. Вид нагрузки — бег в тредбане с постоянной скоростью 4,3 м/мин. Контролем служили животные, не получавшие нагрузки. 1-ю и 2-ю экспериментальные группы составили животные, получавшие данную нагрузку в течение 4 и 8 ч непрерывно, 3-ю и 4-ю — животные, бегавшие дважды в течение 4 ч с перерывом соответственно 4 и 8 ч. Данный режим обусловлен принятой в гигиене труда в экспериментах на животных временной моделью воздействия различных производственных факторов. Животных декапитировали под эфирным наркозом через 5—7 мин после вы-
полнения нагрузки. Образцы двуглавой мышцы бедра быстро замораживали в жидком азоте, помещали в криостат и готовили из них серийные срезы толщиной 10 мкм. На срезах выявляли активность АТФазы миозина при рН преинкубационной среды 4,6 [6], НАД-Н-тетра-золий редуктазы (НАД-Н-ТР) как маркера общей интенсивности энергетических процессов, сукцинатдегидрогеназы (СДГ)—одного из ферментов цикла Кребса, гидрооксибутиратдегид-рогеназы (ГБДГ) как маркера пути утилизации жирных кислот и лактатдегидрогеназы (ЛДГ) как маркера гликолиза с применением полугелевых сред с добавлением феназинмета-сульфата тетразолиевыми методами [3]. Для определения рН-чувствительности НАД-Н-ТР и СДГ серийные срезы окрашивали в инкубационных средах с различными значениями рН (3,4 4,4, 5,4, 6,4, 7,4), при каждом значении определяли активность фермента и рассчитывали уравнения регрессии, на основании которых определяли наименьшее значение рН, при котором активность фермента исчезала (рН„,га). Об активности ферментов судили по оптической плотности окрашенного препарата, измеренной на сканирующем микрофотометре БМР-ОЗ фирмы «Оптон» (ФРГ). Статистическую обработку данных (множественный корреляционный анализ) проводили на ЭВМ Нр9825 (США). Достоверность различий коэффициентов корреляции рассчитывали на микрокалькуляторе «Электроника Б3-34» по оригинальной программе [1].
Величины коэффициентов корреляции активности ферментов и достоверность отличия их от значений у контрольных животных представлены в табл. 1.
Как видно из табл. 1, 4-часовая нагрузка вызывала статистически достоверное усиление связи активности АТФазы миозина с активностью НАД-Н-ТР и СДГ и некоторое снижение — с активностью ГБДГ. Координация активности АТФазы и ЛДГ не изменялась. Более длительная, 8-часовая, нагрузка возвращала значения коэффициентов корреляции активности АТФазы и НАД-Н-ТР, СДГ и ГБДГ к контрольным, коэффициент корреляции с ЛДГ также не изменялся. 4-часовая нагрузка после 4-часового перерыва оказывала на уровень связи активности АТФазы и остальных ферментов влияние, аналогичное таковому при однократной 4-часовой нагрузке. Повторная нагрузка после 8-часового
ностп НАД-Н-ТР и СДГ, еще более усиливающееся в результате повторной работы после перерыва, особенно 4-часового.
После 4- и 8-часовой нагрузки отсутствует изменение в координации активности ГБДГ с НАД-Н-ТР, но наблюдается значительное увеличение тесноты связи с активностью СДГ и ЛДГ. После повторной нагрузки с 4-часовым перерывом коэффициенты корреляции увеличиваются, как и после одноразовой нагрузки, после 8-часового перерыва — в значительно меньшей степени.
Связь активности ЛДГ и других ферментов во всех сериях опыта и в контроле отрицательна и усиливается в разной степени для разных ферментов после нагрузок, за исключением повторной нагрузки с 8-часовым перерывом, когда она исчезает с (АТФазой и ГБДГ) или становится слабоположительной (с НАД Н-ТР и СДГ).
Изменения рН-чувствительности представлены в табл. 2. Как видно из табл. 2, однократная 4-часовая нагрузка мало влияет на изменение рН-чувствительности НАД-Н-РТ и СДГ, более длительная нагрузка вызывает более существенные сдвиги, расширяя диапазон значений рН для СДГ и уменьшая — для НАД-Н-ТР (в кислой части значений рН). Повторная нагрузка и удлинением интервала между нагрузками существенно отражаются в основном на волокнах ПВ типа, сдвигая значения рНмин для СДГ в щелочную сторону (т. е. сужая диапазон
Таблица 2
Значение уравнений регрессии, описывающих кривые рН-чувствительности НАД-Н-ТР и СДГ в контроле и при различных
режимах нагрузки
НАД-Н-ТР СДГ
Тип волокна Группа живот-
ных значение х значение х
уравнение при У = 0 уравнение при У = 0
Контрольная У = — 0,082+0,041* 2,0 У = — 0,445+0,084* 5,3
1-я У = — 0,087+0,051* 1,7 у — — 1,317+0,224* 5,8
I 2-я к = — 0,133+0,046* 2,9 У = — 0,184+0,043* 4,3
3-я у - — 0,157+0,065* 2,4 У = — 0,671+0,132* 5,1
4-я У = — 0,054+0,027* 2,0 у — — 0,526+0,090* 5,8
Контрольная у - — 0,046+0,028* 1,6 у _ — 0,311+0,060* 5,2
ПА 1-я У - — 0,037+0,027* 1,3 у _ — 0,840+0,143* 5,8
2-я У = — 0'076+0,029* 2,6 У = — 0,119+0,028* 4,3
3-я У = — 0,078+0,043* 1.8 у — — 0,229+0,49* 4,7
4-я У = — 0,031+0,019* 1,6 У = — 2,748— ,356* 7,7
Контрольная У = — 0,009+0,014* 0,64 У = — 0,194+0,037* 5,2
ПВ 1-я У = — 0,008+0,013* л,62 У = — 0,347+0,060* 5,8
2-я У = — 0,С41+С',019* 2,2 У = — 0,069+0,018* 3,8
3-я к = — 0,008+0,019* 0,42 У = — 0,207—0,024* 8,6
4-я У = — 0,026+0,013* 2,0 У = — 0,258+0,045* 5,7
Примечание. Значение х при У = 0 — минимальное расчетное значение рН/рНмиц, при котором активность фермента не выявляется.
Таблица 1
Значение коэффициентов корреляции активности некоторых ферментов энергетического метаболизма скелетного мышечного волокна крысы при различных нагрузках
а
н
Группа животных Фермент м Л X
в и с{ и
н . ш с£
X и
Контрольная НАД-Н-ТР О.з
1-я 0,9***
2-я 0,4
3-я 0.9***
4-я 0.4
Контрольная СДГ 0 0,6
1-я 0,8* ** 0,9**
2-я 0.6"* 0.9"
3-я 0,9*** 0,98**
4-я 0,3 0.95**
Контрольная ГБДГ 0,0 0,6 0.3
1-я 0,6* О.в* 0.8**
2-я 0,9* 0.7* 0,9"*
3-я 0,8 0,9** 0,9**
4-я 0,84 0,8 0,64*
Контрольная ЛДГ —0.6 -0.6 -0.7 -0.5
1-я -0.7 —0.9** —0.9** —0,8**
2-я -0.6 -0.6 -0,7 —0.7
3-я -0,8* —0.9** —0,9** —0,85**
4-я 0** 0,3*** 0.4*** 0**
Примечание. Одна звездочка — достоверность различий при Р = 0,05, две —при Р<0.05, три —при Р<0,01.
перерыва не вызывала изменений связи активности АТФазы с активностью НАД-Н-ТР и ГБДГ, координация активности АТФазы и СДГ усиливалась, но в меньшей степени, чем во всех предыдущих сериях, а с ЛДГ—исчезала (г=0).
4- и 8-часовая однократная нагрузка вызывала одинаковое усиление координации актив-
рН-чувствительности) после 4-часового перерыва, а для НАД-Н-ТР — после 8-часового.
Высокая положительная или отрицательная координационная связь активности ферментов в волокне свидетельствует о сбалансированности процессов энергетического метаболизма, высокой их эффективности. Полученные нами данные свидетельствуют о том, что в процессе достаточно длительной физической нагрузки сбалансированность работы ферментов меняется, что, несомненно, отражается на эффективности энергетического метаболизма, а следовательно, и на физиологических возможностях мышцы.
4-часовая однократная нагрузка вызывает, как правило, усиление координации в работе ферментов. Это, в частности, касается активности АТФазы миозина, что свидетельствует о повышении скоординированное™ процессов использования и синтеза АТФ, используемой для сокращения. Некоторое ослабление связи активности АТФазы и ГБДГ после однократной 4-часовой нагрузки и усиление ее после 8-часовой говорит о том, что нарастание роли процессов утилизации жирных кислот происходит медленно и требует более длительной физической нагрузки, а в случае повторной нагрузки после 8-часового перерыва сочетание высокого коэффициента корреляции АТФаза — ГБДГ и отсутствие корреляции АТФаза — ЛДГ этот источник энергии становится преобладающим. Таким образом, усиление сбалансированности работы ферментов может считаться весьма эффективным резервным механизмом, обеспечивающим быструю адаптацию к длительной физической нагрузке скелетного мышечного волокна.
Схожесть реакции волокна на повторную нагрузку после 4-часового перерыва и однократную 4-часовую работу свидетельствует о том, что за данный интервал («отдых») в волокне происходят изменения, позволяющие полностью восстановить сократительную способность с помощью усиления координации работы ферментов и вновь эффективно ответить на предложенную нагрузку. Более длительный (8-часовой перерыв) снижает возможности волокна в этом плане. Усиление связи активности ГБДГ с остальными ферментами и противоположный процесс в отношении ЛДГ свидетельствуют, однако, что более длительные нагрузки и интервалы между ними оказывают благоприятное воздействие на процессы, связанные с использованием жирных кислот в качестве субстрата для получения энергии, снижая долю углеводов. Повышение координированное™ работы ферментов, выражающееся в усилении корреляционных связей их активности, может служить важным механизмом, обеспечивающим быструю адаптацию метаболизма скелетного мышечного волокна к повышению потребности в энергии. Результативность повторного включения
этого механизма зависит от времени, прошедшего с момента предыдущей нагрузки (т. е. от состояния волокна), и различна для разных элементов общего механизма получения энергии. На активность фермента существенное влияние оказывает закисление внутренней среды волокна, возникающее при физической нагрузке [7]. Поскольку каждый фермент функционирует в соответствующем микроокружении, которое может быть также подвержено воздействию pH и через это влиять на его активность, становится ясным, что сдвиги в pH-чувствительности могут играть большую роль в механизме изменения координированное™ активности ферментов, непосредственно ослабляя или усиливая эффект закисления среды волокна, pH-чувствительность обоих исследованных ферментов описывается уравнением линейной регрессии Y=a + bx. Коэффициент b и зависимый от него расчетный показатель pH мин свидетельствуют о теоретическом диапазоне, внутри которого возможна работа фермента. Полученные нами данные свидетельствуют о том, что такие сдвиги существуют и что различные ферменты по-разному реагируют на одни и те же воздействия. Более короткие нагрузки в большей степени ухудшают условия работы СДГ, более длительные — НАД-Н-ТР. Учитывая, что активность НАД-Н-ТР является более общим показателем энергетического метаболизма, можно предположить, что данный процесс играет существенную роль в развитии утомления при однократных нагрузках. Характер изменений при повторных нагрузках зависит от продолжительности интервала между ними, вида фермента и типа волокна. Более короткий «отдых» положительно сказывается на pH-чувствительности СДГ в волокнах I и IIA типов и резко ухудшает условия работы СДГ в волокнах IIB типа, 8-часовой интервал для данного фермента более благоприятен.
Таким образом, эффективность энергетического метаболизма скелетного мышечного волокна, связанная с активностью ферментов, зависит при достаточно кратковременных воздействиях, исключающих значительные изменения количества ферментов, от скоординированное™ активности ферментов и их рН-чувствительности в зависимости от режима нагрузки и типа волокна.
Литература
1. Кузнецов С. Л. Статистическая обработка данных с помощью микрокалькулятора «Электроника Б3-34». — , Москва; Львов, 1985.
2. Ленинджер А. Биохимия: Пер. с англ. — М., 1976.
3. Лойда 3., Госсрау Р., Шиблер Т. Гистохимия ферментов: Пер. с англ. — М., 1982.
4. Родионова М. А. // Митохондрии. Биохимические функции в системе клеточных органелл. — М., 1969. — С. 156— 157.
5. Gaesser G. А., Brooks G. A.// J. appl. Physiol. — 1980. — Vol. 49, —P. 722—728.
6. Guth L„ Samaha F. // Exp. Neurol.— 1970. —Vol. 28,— P. 665-667.
7. Sasilin A., Alvestrand A.. Bronclt R., Hultman E. // J. appl. Physio.— 1878.— Vol. 45. — P. 474—480
8. Steven E. D. //Canad. J. Physiol. Phermacol. — 1980. — Vol. 58. — P. 568—570.
9. Tesch P., Sjcdin В., Thorstensson A., Karlsson J. // Acta
physiol. scand. — 1978. — Vol. 103.— P. 413—420.
Поступила 07.07.86
Summary. The investigation of the activity of a number of enzymes under different physical loads showed that under relatively short-term effect (4 hours) the efficacy of energetic metabolism in skeletal muscular fiber depended on coordinated enzyme activity and its pH-sensibility. Recurrence of these mechanisms depended on the time period which followed the preceding load effect, i. e., on the fiber state, and for pH-sensibility it depended on the type of muscular fiber.
УДК 614.74/.77:613.164
О. Г. Орлов, Б. М. Столбун, И. Л. Карагодина
ВЛИЯНИЕ ШУМОВОГО РЕЖИМА РЕКРЕАЦИОННЫХ УЧРЕЖДЕНИЙ НА ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ ОРГАНИЗМА ОТДЫХАЮЩИХ
Куйбышевский НИИ гигиены; Московский НИИ гигиены им. Ф. Ф. Эрисмана
Отдых трудящихся, имеющий большое значение в охране здоровья, а также в повышении производительности труда, рассматривается в настоящее время не только с социальных, но и с медико-биологических позиций.
Анализ динамики развития рекреационной отрасли свидетельствует о том, что в ней происходят существенные структурные изменения. Постоянно растет удельный вес баз отдыха предприятий и организаций, составляющих 43 % всех рекреационных учреждений для практически здоровых людей [5]. Базы отдыха размещаются главным образом на берегах рек и озер, по которым курсируют маломерные суда, являющиеся источником интенсивного шума.
Важность изучения шумового режима рекреационных объектов состоит в том, что хотя производственные и другие неблагоприятные факторы окружающей среды на отдыхе отсутствуют, шум, нередко достигающих высоких уровней, и здесь преследует человека. В работах С. А. Солдаткиной [8] и других исследователей обоснованы допустимые уровни шума для лечебных и лечебно-профилактических учреждений, т. е. для больных.
Однако до сих пор нет гигиенически обоснованных норм допустимых уровней шума для рекреационных учреждений, предназначенных
Таблица 1
Характеристика шумового режима исследуемых без отдыха
Эквивалентные уровни звука. дБ А
дневной период ночной период
База отдыха щ J3 го .0 2 JX X J) ГО Z Л ГО
Ч о о. о О X. >х го 3 х X« = 3 X Pi ч> о. о о * »х Го з 2 X X X »х к 3 2 х
«Каменное озеро» «Чайка» 41 55 44 57 36 51 34 49 40 53 28 45
для здоровых лиц, например рабочих промышленных предприятий, и не разработаны методические подходы к изучению действия шума на организм в условиях отдыха.
Целью настоящего исследования являлась оценка влияния акустических условий рекреационных учреждений на динамику функционального состояния сердечно-сосудистой системы, ЦНС и органа слуха отдыхающих для обоснования допустимых уровней на территории рекреационных учреждений.
В результате гигиенического обследования 20 баз отдыха, расположенных на берегу Волги, на участке протяженностью около 40 км были выбраны для физиологических исследований 2 базы, идентичные по ряду характеристик (микроклимат, принцип организации отдыха, уровень комфортности, вместимость, отсутствие вредных факторов окружающей среды) и различающиеся только по шумовому режиму. Оценку акустической ситуации в рекреационных учреждениях и по месту работы исследуемых проводили согласно действующим ГОСТам с помощью шумоизмерительной аппаратуры фирмы «Брюль и Кьер» (Дания).
Установлено, что основным источником акустического дискомфорта на территории прибрежных баз отдыха являются суда маломерного флота, интенсивность движения которых достигает 212 ед/ч, а генерируемые эквивалентные уровни звука — 78 дБ А. Результаты" круглосуточных измерений эквивалентных уровней звука на территории баз, выбранных для физиологических исследований, представлены в табл. 1.
База отдыха «Каменное озеро» для удобства в дальнейшем будет называться «тихой», а база «Чайка» — «шумной». Разница уровней звука на территории достигала 14—15 дБ А. Это объясняется неодинаковой интенсивностью движения маломерного флота и различным удалением его от берега.
