CC BY
5КОРРИГИРУЮЩЕЕ ВЛИЯНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ НАГРУЗОК, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В РАЗЛИЧНОЕ ВРЕМЯ СУТОК, ПРИ МЕТАБОЛИЧЕСКИХ РАССТРОЙСТВАХ (ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ)
УДК/UDC 796.015.1
Информация для связи с автором: naffys@mail.ru
Поступила в редакцию 16.05.2023 г.
Кандидат биологических наук, доцент К.Г. Милованова1
Аспирант А.А. Орлова1
Аспирант О.В. Коллантай1
Аспирант И.Ю. Шувалов1
1Национальный исследовательский Томский государственный университет, Томск
CORRECTIVE EFFECT OF PHYSICAL LOADS USED AT DIFFERENT TIMES OF THE DAY IN METABOLIC DISORDERS (EXPERIMENTAL STUDY)
PhD, Associate Professor K.G. Milovanova1 Postgraduate student A.A. Orlova1 Postgraduate student O.V. Kollantay1 Postgraduate student I.Yu. Shuvalov1 1National Research Tomsk State University, Tomsk
Аннотация
Цель исследования - оценить влияние физических нагрузок, используемых в различное время суток, при метаболических расстройствах, в эксперименте на мышах с моделью сахарного диабета II типа. Методика и организация исследования. Изучено влияния физических нагрузок, используемых в различное время суток, при метаболических расстройствах, в эксперименте на мышах с моделью сахарного диабета II типа. Результаты исследования и выводы. Показано, что принудительная физическая нагрузка в виде ежедневного бега на тредмиле оказывает ряд выраженных эффектов на обмен веществ у мышей с сахарным диабетом II типа. Это проявляется в снижении массы тела, повышении скорости усвоения глюкозы. Все вышеперечисленное свидетельствует о нормализации углеводного обмена под влиянием регулярных физических нагрузок и инволюции изменений, характерных для сахарного диабета II типа. Полученные результаты раскрывают перспективный путь воздействия на метаболические процессы, что очень важно для поиска новых путей коррекции метаболических нарушений при сахарном диабете II типа.
Ключевые слова: беговые упражнения, сахарный диабет, ожирение.
Abstract
Objective of the study was to evaluate the effect of physical activity used at different times of the day on metabolic disorders in an experiment on mice with a model of type II diabetes mellitus.
Methods and structure of the study. The effect of physical activity used at different times of the day on metabolic disorders was studied in an experiment on mice with a model of type II diabetes mellitus.
Results and conclusions. It has been shown that forced physical activity in the form of daily treadmill running has a number of pronounced effects on the metabolism in mice with type II diabetes mellitus. This is manifested in a decrease in body weight, an increase in the rate of glucose uptake. All of the above indicates the normalization of carbohydrate metabolism under the influence of regular physical activity and the involution of changes characteristic of type II diabetes mellitus. It is also important that the physical effects depend on the time of day. A greater effect is the use of activity during the period of the day when the animals are passive (daylight hours), as well as shift training. The results obtained reveal a promising way of influencing metabolic processes, which is very important for finding new ways to correct metabolic disorders in type II diabetes mellitus.
Keywords: running exercises, diabetes, obesity.
□ и
£ г. CL
4—
О OJ и
CL ' -о с
га
^
О (U .с Н
Введение. Занятия оздоровительной физкультурой являются профилактикой многих заболеваний и поддержанием функционирования систем организма на должном уровне. В частности, показано, что физическая активность оказывает положительное влияние на нарушения обмена веществ [5]. Упражнения повышают чувствительность к инсулину и улучшают толерантность к глюкозе [6]. Также было показано, что суточные ритмы влияют на эффект физических упражнений [1-3].
Цель исследования - оценить влияние физических нагрузок, используемых в различное время суток, при метаболических расстройствах, в эксперименте на мышах с моделью сахарного диабета II типа.
Методика и организация исследования. В качестве объекта исследования использовали мышей-самцов возраста четыре недели линии С57Ы/6. Режим содержания животных: день/ночь,
12/12 часов, начало светового дня в 6 часов утра, свободный доступ к пище и воде, температура в помещении 24 °С.
Эксперимент длился 16 недель. До 12-й недели мышей делили на две подгруппы:
- животные на жировой диете - 28 мышей.
- животные, получавшие стандартный рацион, - 28 мышей.
Для формирования модели сахарного диабета II типа
(СД II) использовалась высокожировая диета в течение 12 недель, разработанная специально для данного эксперимента. Состав и энергетическая ценность корма подробно описаны в нашей предыдущей работе [4].
Начиная с 12-й недели, каждая группа животных была разделена на две подгруппы - подвергавшиеся (основная -21 животное) и не подвергавшиеся (контроль - 7 животных) беговым нагрузкам.
50
http://www.teoriya.ru
№8 • 2023 Август | August
Разные подгруппы мышей основной группы подвергались беговой нагрузке в разное время суток.
Группа А - подвергающиеся беговой нагрузке в светлое время суток (с 8-00 до 10-00 часов) - 7 животных;
Группа Б - подвергавшиеся беговой нагрузке в темное время суток (с 19-00 до 21-00 часов) - 7 животных;
Группа С - время беговой нагрузки чередовалось (посменный режим тренировок): первая и третья недели в темное время суток (с 19-00 до 21-00 часов), вторая и четвертая недели - в дневное время (с 8-00 до 10-00 часов) - 7 животных.
Для нагрузки использовали беговую дорожку для мышей BMELABSID-TM10 [7]. Принуждение к бегу осуществлялось электростимуляцией.
Принудительные беговые нагрузки проводились в течение четырех недель. Шесть раз в неделю продолжительность нагрузки постепенно увеличивалась в течение первых шести дней с 10 до 60 мин (увеличение на 10 мин в день) и более не менялась в течение последующих трех недель. Каждую неделю меняли угол подъема беговой дорожки (от 0 до 10°) и скорость ее вращения (от 15 до 18 м/мин). Раз в неделю нагрузку не выполняли (на седьмой день).
Массу тела измеряли с помощью лабораторных весов. Измерение концентрации глюкозы в крови осуществляли с помощью портативного глюкометра ПКГ-02.4 «Сателлит Плюс» (ООО «Компания «ЭЛТА», Россия). Образцы крови получали путем пункции хвостовой вены.
Результаты исследования и их обсуждение. В результате применения жировой диеты у мышей выявлено формирование избыточной массы тела. Статистически значимые различия с контрольной группой по массе наблюдаются с седьмой недели (р=0,02), к 16-й неделе разница приближается к 100% (р<0,001).
На 12-й неделе мыши начали тренироваться на беговой дорожке. Мыши, которых кормили жировым кормом и тренировали, начали терять вес по сравнению с мышами, которые не тренировались. На 13-й неделе разница составила 4%, на 16-й неделе - 19% (7,2 г). Масса тела мышей в контрольных группах с нагрузками и без нагрузок на 12-й неделе различалась на 2%, к концу эксперимента стала различаться на 3%. Обе группы имели нормальную для этого возраста массу тела. На 16-й неделе тренировок наблюдалось достоверное снижение массы тела во всех группах тренирующихся мышей.
Важно отметить определенные различия в эффектах физической нагрузки, применяемой в разное время суток. Достоверное снижение массы тела отмечено через две недели применения сменного режима физических нагрузок. Применение нагрузок в световую и темновую фазы приводило к снижению массы тела позже, только через 4 недели, достигая при этом тех же значений, что и в сменном режиме.
Всем животным периодически проводили тест на толерантность к глюкозе (GTT). На первой неделе эксперимента максимальный уровень глюкозы в крови был достигнут на отметке 15 мин и составил 12,35 ммоль/л в контрольной группе и 14,2 ммоль/л в опытной группе. На 30-й минуте уровень глюкозы был ниже, чем на 15-й минуте, а к 120-й минуте достиг значений, близких к исходному уровню.
К 8-й неделе эксперимента степень усвоения глюкозы снизилась в экспериментальной группе. Через 15 минут после углеводной нагрузки у мышей экспериментальной группы уровень глюкозы в крови достиг максимума - 123% от исходного значения. Через 30 минут уровень глюкозы в крови начал снижаться, упав до 93% от исходного значения. В контрольной группе глюкозный индекс достиг максимума к 30 мин, а к 120 мин был на 12% больше исходного значения, в отличие от глюкозного индекса на 120 мин в опытной группе - 22% от показателя натощак.
К 16-й неделе скорость усвоения глюкозы у мышей, не подвергавшихся физическим нагрузкам, увеличилась по сравнению с мышами, получавшими жировую диету и принудительный бег. Через 60 мин уровень глюкозы в крови у тренированных мышей снизился до 14,46 ммоль/л, в то время как у нетренированных мышей концентрация глюкозы осталась на уровне 17 ммоль/л. К 120-й мин у мышей, подвергнутых физической нагрузке, уровень глюкозы в крови приблизился к исходному значению (6,92 ммоль/л) и составил 8,35 ммоль/л. В группе без упражнений эта разница составила 45%. Физическая активность в значительной степени (но не полностью) устраняла эти нарушения.
Гипогликемическая фаза косвенно отражает скорость продукции инсулина и чувствительность тканей к этому гормону. Удлинение этой фазы характерно для сахарного диабета II типа, что наблюдалось у мышей экспериментальной группы в данном исследовании.
У мышей контрольной группы максимальное повышение концентрации глюкозы наблюдалось на 30-й мин и составило 15,46 ммоль/л (137% от нормы натощак). Затем уровень глюкозы в крови начинает снижаться (гипогликемическая фаза) и к концу второго часа наблюдения (к 120-й минуте) приближается к исходному уровню в контрольной группе (7,94 ммоль/л). У мышей, подвергавшихся физической нагрузке, гипогликемическая фаза начинается еще раньше - на 15-й мин уровень глюкозы начинает снижаться и к 120-й мин падает до уровня 7,11 ммоль/л (17% от значения натощак).
Выводы. Показано, что принудительная физическая нагрузка в виде ежедневного бега на тредмиле оказывает ряд выраженных эффектов на обмен веществ у мышей с сахарным диабетом II типа. Это проявляется в снижении массы тела, повышении скорости усвоения глюкозы. Все вышеперечисленное свидетельствует о нормализации углеводного обмена под влиянием регулярных физических нагрузок и инволюции изменений, характерных для сахарного диабета II типа. Немаловажно и то, что физические эффекты зависят от времени суток. Больший эффект дают использование активности в тот период суток, когда животные пассивны (световой день), а также посменная дрессировка.
Полученные результаты раскрывают перспективный путь воздействия на метаболические процессы, что очень важно для поиска новых путей коррекции метаболических нарушений при сахарном диабете II типа.
Работа выполнена при поддержке гранта РНФ № 19-1500118, https://rscf.ru/project/19-15-00118-r.
References
1. Boukelia B., Gomes E.C., Florida-James G.D. (2018) Diurnal Variation in Physiological and Immune Responses to Endurance Sport in Highly Trained Runners in a Hot and Humid Environment. Oxid Med Cell Longev. May 9;2018:3402143.
2. Brito LC, Rezende RA, Mendes C, Silva-Junior ND, Tinucci T, Cipolla-Neto J, de MoraesForjaz CL. (2018) Separate after effects of morning and evening exercise on ambulatory blood pressure in prehypertensivemen. J Sports Med Phys Fitness. Jan-Feb; 58(1-2):157-163.
3. Hutchison A.T., Wittert G.A., Heilbronn L.K. (2017) Matching Meals to Body Clocks-Impact on Weight and Glucose Metabolism. Nutrients. Mar 2;9(3). pii: E222.
4. Kapilevich, L.V., Zakharova, A.N., Dyakova, E.Yu., Kalinnikova, J.G., Chibalin, A.V. (2019) Mice experimental model of diabetes mellitus type ii based on high fat diet. Bull Siberian Med 18(3):53-61. https/doi. org:10.20538/1682-0363-2019-3-53-61
5. Karstoft K., Pedersen B.K. (2016) Exercise and type 2 diabetes: focus on metabolism and inflammation. Immunol Cell Biol 94:146-150.
6. Pedersen B.K., Saltin B. (2015) Exercise as medicine - evodence for prescribing exercise as therapy in 26 different chronic diseases. Scand J Med Sci Sports 25:1-72.
7. Zakharova, A.N., Kalinnikova, Y., Negodenko, E.S., Orlova, A.A., Kapilevich, L.V. (2020) Experimental simulation of cyclic training loads. Theory and practice of physical culture. 10:26-27.
№8 • 2023 Август | August
http://www.teoriya.ru
