CC BY
49
СПОРТИВНА МЕДИЦИНА
УДК 616.155.1+612.766.1+613.71/73 В.П. Корж
МОЛЕКУЛЯРНІ ПОРУШЕННЯ МЕМБРАН ЕРИТРОЦИТІВ У СПОРТСМЕНІВ ПРИ ФІЗИЧНИХ НАВАНТАЖЕННЯХ
Харківський національний медичний університет (м. Харків)
Обраний напрям досліджень виконувався у відповідності з темою науково-дослідної роботи кафедри фізичної реабілітації, спортивної медицини та валеології Дніпропетровської державної медичної академії: «Розробка та оптимізація методів лікарського контролю при фізичному вихованні, оздоровчому та спортивному тренуванні» (номер державної реєстрації 0100ио0о352).
Вступ. Тренувально-змагальна діяльність у спорті часто супроводжується збільшенням кисневого запиту тканинами, що посилено функціонують, тим самим підвищується навантаження на систему забезпечення організму киснем. На ефективність системи кисеньзабезпечення мають вплив чисельні чинники, одним з яких є порушення реологічних властивостей крові. Однією із патогенетичних ланок змін статусу реології крові є структурно-функціональна дестабілізація її клітинних компонентів. Клітинні мембрани являють собою дві щільно притиснуті одне до одного площини ліпідів (бішар) з окремими вкрапленнями білків, при цьому останні можуть пронизувати мембрану наскрізь, або бути прикріпленими до однієї із сторін за рахунок кальцієвих містків або якірних груп (залишки мірістинової, пальмітинової кислот або глікозілфосфатиділінозіту). Молекули ліпідів складаються із полярних голівок та з гідрофобних хвостів, які орієнтовані до центру мембрани. Таким чином, поверхні мембран, які спрямовані до цитоплазми та позаклітинного середовища є гідрофільними, а її центральна частина є гідрофобною. Важливо, що компоненти мембран пов’язані поміж собою не за рахунок ковалентних зв’язків, а гідрофобними та електростатичними силами, і тому мембрани є вельми гнучкими та здатні до активного обміну своїми елементами з оточуючим середовищем. Серед плазмових чинників, що впливають на метаболізм ліпідів мембран еритроцитів є фізичні та фізико-хімічні якості рідини крові, вміст
окремих продуктів метаболізму, тощо. Серед внутрішньоклітинних механізмів, для еритроциту - без'ядерної клітини, мають значення перш за все процеси вільно-радикального окислення ненасичених жирних кислот, фос-фоліполіз, транслокація ліпідних молекул у мембранах, порушення обміну електролітів, тощо.
Дослідження молекулярної організації мембран еритроцитів, спрямоване на формування нових уявлень щодо функціональних порушень цих клітин крові у спортсменів при виснажливих фізичних навантаженнях, дозволяє розробляти патогенетично обґрунтовані індивідуальні підходи щодо корекції порушень, коли оптимізація мікрореологіч-них властивостей клітин крові призводить до покращення фізичної працездатності та рівня здоров’я спортсмена.
Мета роботи полягала у вивченні порушень структурно-функціональних властивостей мембран еритроцитів при довготривалих фізичних навантаженнях у спортсменів футболістів на різних етапах їх тренувально-змагальної діяльності.
Об'єкт і методи дослідження. В обстеженні приймали участь 39 спортсменів, які професійно займаються футболом. Обстежені групі складали спортсмени у віці від 20 до 27 років.
Планове дослідження проводилося поетапно, на різні періоди тренувально-змагальної діяльності, у відповідності із затвердженою навчально-тренувальною програмою, а також календарем змагань.
Досліджували венозну і капілярну кров, стабілізовану 3,8% розчином цитрату натрію (9 : 1). Оцінювали морфологічні властивості еритроцитів, а також структурно-функціональний статус мембрани червоних клітин крові.
Аналіз мазків виконувався за допомогою мікроскопу Leica CME із подальшим переведенням зображення до цифрової форми
(відеокамера Sony ExwaveHad SSC-DC58AP). Для більш чіткого виявлення та покращення якості вимірів, еритроцити попередньо фарбували за оригінальною методикою [8]. Досліджували довжину кола, максимальний та мінімальний діаметри еритроцитів, підраховували відсоткове співвідношення морфологічних типів еритроцитів. Зображення аналізували із застосуванням пакетів програм NlHimage (Macintosh) та Scionlmage (РС).
Мембрани еритроцитів виділяли за методом Доджа [11]. Вміст білку у суспензії мембран визначали мікробіуретовим методом. Флюорофором піреном («Sigma»,США), що є ліпотропним зондом, проводили флюорис-центне зондування еритроцитарних мембран. Мікров'язкістні властивості ліпідної фази мембрани еритроциту та її гідрофобний об’єм оцінювали за допомогою спектрофлюориме-тру «Shimadzu-RF510» (Японія) відповідно визначення співвідношення інтенсивності флюоресценції ексимерної форми зонду до мономірної I470 / I370 при довжині хвилі збуджуючого світла Лв = 285 та 340 нм відповідно, а також I370 / I390 при Лв = 340 нм. Відсоток індуктивно-резонансного переносу енергії із триптофанових залишків до пірену, що дозволяє характеризувати білок-ліпідні взаємодії у мембрані, розраховували за методом Г.Є. Добрецова[2]. Активність Na+,K+-АТФази у мембранах еритроцитів визначали за методом О.М. Казєнова та співавт. [4] відповідно зростання вмісту неорганічного фосфору Pi у інкубаційному середовищі.
Математичну та статистичну обробку результатів проводили за допомогою комп’ютера з використанням програмних пакетів Statistica 6.0 (StatSoft Inc., США) та Ехсеї 2003 (Microsoft Corp., США).
Результати досліджень та їх обговорення. За результатом аналізу еритроцитограм спортсменів було розподілено на 2 групи. До складу 1 групи увійшли 27 осіб, що склало 69 % від загальної кількості спортсменів
футболістів, яких було досліджено. У наданій групі атлетів еритроцити були представлені дискоцитами-нормацитами. При цьому у більшості футболістів із наданої групи спостерігалося вірогідне збільшення максимального і мінімального діаметрів та довжини кола еритроциту. У іншої частини обстежених (8 спортсменів) зміни були невірогідними. Вірогідне зменшення вказаних параметрів спостерігали у 4 випадках.
Другу групу склали 12 осіб, 31 % від загальної кількості спортсменів футболістів, яких було обстежено, у яких реєструвалося суттєве зростання морфологічної неоднорідності пулу еритроцитів, на що свідчило достовірне у порівнянні із першою групою атлетів зниження вмісту двоввігнутих дис-коцитів та збільшення кількості перехідних, передгемолітичних й дегенеративних форм еритроцитів (рис.).
Підвищення в крові трансформованих еритроцитів та зростання поліморфізму популяції червоних клітин є віддзеркаленням порушень структури та метаболізму еритроциту. Адекватний газообмін можливий за умов оптимальної форми еритроцита у вигляді двоввігнутого диска [7]. Це можливо за умов стабільності стану катионтранспортних систем клітин та збалансованості молекулярної організації їхніх білкових і ліпідних компонентів мембрани [12]. Порушення поверхневої архітектоніки еритроцитів зменшує деформабельні властивості та порушує функціональні параметри червоних клітин, що, наприклад, серед спортсменів вкрай негативно відбивається на показниках фізичної працездатності та стані їхнього здоров’я [6].
Структурні властивості плазматичних мембран клітин крові відіграють важливу роль у визначенні їх функціонального статусу. Тому було проведено флюоресцентне зондування мембран еритроцитів та визначення активності Ма+,К+- АТФази (табл.).
Таблиця
Результати дослідження активності Na+,K+- АТФази та структурно-функціональний статусу мембрани червоних клітин крові спортсменів футболістів (М±m)
Спортсмени
1 группа (N=27) 2 группа (N=12)
Параметри флюоресценції (у.о): І470 А37(А=285нм) І470/І370(Лв= 340 нм) 1370 Лз00 (А„ = 340 НМ) 0,358 ± 0,016 0,436 ± 0,017 0,943 ± 0,04 0,293 ± 0,014 0,372 ± 0,017 0,956 ± 0,004
Величина міграції енергії з триптофану до пірену, R (%) 53,48 ± 2,01 52,27 ± 1,93
Активність №+,К+-АТФази (мкМ Р / год ■ мг білку) 0,063 ± 0,003 0,050 ± 0,004
Рис. Морфологічно змінені форми еритроцитів у крові спортсменів
Ступінь ексимерізації неполярного зонду пірену, що дифундує до гідрофобного ком-партменту мембрани, надає характеристику щодо рухливості вуглеводних ланцюгів ліпідів та дозволяє дослідити мікров’язкістні властивості ліпідної фази мембрани [1]. Визначення ступеня ексімерізації пірену при Лв =340 і 285 нм надає можливість диференційовано оцінювати молекулярні особливості упорядкованості інтегрального ліпідного бішару та анулярної ліпідної фракції відповідно [3].
За фізичною хімією визначають дві фази мембрани, а саме гель та рідинний кристал. У стані рідинного кристалу мембрани менш упорядковані та більш рухливі. У стані гелю гідрофобні хвости ліпідів високо упорядковані та максимально наближені одне до одного, рухливість мембрани суттєво обмежена, а гнучкість знижена. Зниження у спортсменів другої групи відповідно до показників першої групи коефіцієнту ексимерізації пі-рену при хвилях збуджуючого світла 340 та 285 нм відповідно на 15 % та 19 % (р<0,05), свідчило щодо зростання упорядкованості ліпідних молекул, підвищення мікров’язкості сумарної ліпідної фази та білябілкового ліпідного оточення у мембранах їхніх еритроцитів. Збільшення мікров’язкості ліпідно-
го матриксу мембрани свідчить на користь порушень латеральної дифузії білкових та ліпідних молекул та трансмембранного фліп-флоп-переносу ліпідів, екстерналізації окремих фосфоліпідів на поверхні клітин [10]. Слід зазначити, що латеральна рухливість молекул є надзвичайно важливою якістю мембран. Вона лежить у основі транспорту (при від’єднанні везикул від основного компартменту), проведенні сигналу за рахунок перегрупування рецепторів та генераторів вторинного сигналу у клітині, а також має вплив на рухливість клітин.
Тенденція до зниження відсотку індуктивно-резонансного транспорту енергії із триптофана до пірену, свідчило на користь порушень білково-ліпідних взаємодій. Структурна модифікація ліпідного компоненту клітинних мембран призводить до конформацію вбудованих до її складу білків [3]. Структурними особливостями ліпідного матриксу у значній мірі визначається активність транспортних АТФаз, які розташовані у глибині ліпідного шару мембран. У спортсменів, що увійшли до другої групи, було встановлено більш низькі показники активності мембраноасоційованого та іонотранспортно-го ензиму ^+,К+-АТФази на 21 % (р<0,05) по відношенню до показників першої групи спортсменів.
У ранніх роботах у спортсменів реєстрували метаболічні зміни, які призводять до зниження інтрацеллюлярного вмісту сполук з енергетично багатим фосфорним зв’язком, зростанню продукції в клітинах активних форм кисню, активації пентозофосфатного шляху окислення глюкози [6]. За наданих умов знижується активність АТФ-залежних амінофосфоліпідтранслоказ, що є одним із можливих механізмів порушень ліпідної асиметрії бішару плазматичних мембран та екс-терналізації фосфатидилсеріну на поверхні клетин [9].
У ригідних еритроцитів пошкоджується не тільки притаманна для них газотранспортна функція, але й гальмується швидкість проходження цих клітин вздовж мікроциркуляторного руслу. Наслідком наведеного є підвищення адгезії трансформованих еритроцитів на ендотелії, виникнення мікротромбів, підвищується в’язкість крові та виникають порушення її реологічних властивостей. Оскільки стан мембран еритроцитів визначає їх мікрореологічні особливості, виявлені зміни молекулярній організації мембрани еритроцитарних клітин можна розглядати як одну із ланок патогенетичну ланцюга розвитку мікроангіопатій [5].
Висновки.
Наведені дані свідчать щодо можливості впливу інтенсивних фізичних навантажень на розвиток дезінтеграційних порушень червоних клітин крові у спортсменів за ходом тривалого змагального періоду. У групи спортсменів із зниженими адаптаційними можливостями у крові реєструвалося суттєве зростання морфологічної неоднорідності пулу еритроцитів, на що свідчило достовірне зниження вмісту двоввігнутих дискоцитів та збільшення кількості перехідних, передге-молітичних й дегенеративних форм еритроцитів.
Серед спортсменів, у яких спостерігаються дезадаптаційні порушення змінюється хімічний склад мембранних утворень еритроцитів, зростає упорядкованість ліпідних молекул, підвищується мікров’язкість сумарної ліпідної фази та білябілкового ліпідного оточення у мембранах, що підтверджувалося зниженням у них коефіцієнту ексимерізації пірену при хвилях збуджуючого світла 340 та 285 нм відповідно на 15% та 19% (р<0,05).
У мембранах ригідних еритроцитів порушуються процеси білково-ліпідної взаємодії. Структурні порушення ліпідного матриксу мембран еритроцитів призводили до зниження активності транспортних АТФаз.
Активність мембраноасоційованого та іоно-транспортного ензиму Ыа+,К+-АТФази у еритроцитах спортсменів, у яких було зареєстровано збільшення вмісту в крові оборотньо і необоротньо змінених форм, на 21 % (p<0,05) було нижчою ніж у спортсменів, еритроцити яких були у своїй більшості представлені нормоцитами.
Перспективи подальших досліджень полягають у подальшому вивченні дезінтегра-ційних порушень червоних клітин крові при невідповідності рекомендованих фізичних навантажень до функціональних можливостей організму спортсменів, що надасть можливість розширити теоретичні уявлення щодо чинників, які лімітують працездатність, надасть наукове обґрунтування щодо розробки ефективних корекційних програм.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Владимиров Ю.А. Флуоресцентные зонды в исследовании биологических мембран / Ю.А. Владимиров, Г.Е. До-брецов . - М.: Наука, 1980. - з2о с.
2. Добрецов Г.Е. Флуоресцентные зонды в исследовании клеток, мембран и липопротеидов / Г.Е. Добрецов. - М.: Наука, 1989. - 277 с.
3. Древаль В.И. Изменения липидного и белкового компонентов плазматических мембран при перекисном окислении липидов / В.И. Древаль // Биохимия. - 1986.
- Т. 51. № 9.- С. 1562-1569.
4. Казеннов А.М. Исследование активности Na+,K+-АТФазы в эритроцитах млекопитающих /А.М. Казеннов , Маслова М.Н., Шалабодов А.Д. // Биохимия. - 1984. - № 7. -С. 1089-1094.
5. Кравец Е.Б. Молекулярные нарушения мембран эритроцитов и тромбоцитов при сосудистых осложнениях сахарного диабета типа 1 / Е.Б. Кравец, Н.В. Рязанцева, Н.М. Яковлева // Бюлл. сибирской медицины.
- 2006. - № 4. - С. 33-41.
6. Левченко Л.І. Якісні характеристики та метаболізм еритроцитів у спортсменів футболістів / Л.І. Левченко, В.П. Корж, І.М. Башкін // Актуальні питання медичної науки та практики. Зб. наук. пр. ЗМАПО, Вип 74, К1 - Запоріжжя., 2008. - С. 93-99.
7. Новицкий В.В. Физиология и патофизиология эритроцита / В.В.Новицкий, Н.В.Рязанцева , Е.А. Степовая. - Томск: Изд-во Том. ун-та, 2004. - 202 с.
8. Патент 61529A (Україна), МПК C27 G01N33/48. UA. Спосіб визначення морфологічних типів еритроцитів / Сорокін
B.О. та інші.; заявник і патентотримач Запорізький Державний університет - № 2003021602; заявл. 16.02.2003 ; друк. 24.02.2004, Бюл. № 11.
9. Banerjee T. Reactive oxygen species and phosphatidylser-ine externalization in murine sickle red cells / T. Banerjee , F.A. Kuypers // Br. J. Haematol. - 2004. - V. 124. № 3. - P. 391-402.
10. Catania A. The erythrocyte membrane: the interrelations between lipids, proteins and the dynamic properties / A. Catania , G. Caimi // Minerva Med. - 1992. - № 83. - Р. 187-192.
11. Dodge, J.T. Erythrocytes membranes isolation / J.T.Dodge,
C.Mitchell, D.J. Hanahan // Arch. Biochem. Biophys. - 1963.
- V.100. - P. 119-130.
12. Gimsa J. A possible molecular mechanism governing human erythrocyte shape / J. Gimsa // Biophys. J. - 1998. - Vol. 75, № 1. - P. 568-569.
УДК 616.155.1+612.766.1+613.71/73
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ НАРУШЕНИЯ МЕМБРАН ЭРИТРОЦИТОВ У СПОРТСМЕНОВ ПРИ ФИЗИЧЕСКИХ НАГРУЗКАХ Корж В.П.
Резюме. С целью изучения нарушений структурно функциональных свойств мембран эритроцитов при физических нагрузках продолжительного соревновательного периода было обследовано 39 спортсменов, которые профессионально занимаются футболом. Полученные результаты свидетельствовали о развитии существенных структурных и функциональных изменений мембран красных клеток крови при несоответствии рекомендованых физических нагрузок к функциональным возможностям организма спортсменов. Наблюдалось повышение в крови количества обратимо и необратимо измененных форм красных клеток крови, возрaстание микровязкости липидной фазы мембраны, угнетения активности Na+,K+-АТФазы. Поскольку состояние мембраны определяет реологические свойства клеток крови, изменения молекулярной организации мембран эритроцитов можно рассматривать как одного из звеньев патогенетической цепи развития нарушений микроциркуляции.
Ключевые слова: физические нагрузки, спортсмены, адаптация, эритроцит, флуоресцентное зондирование.
UDC 616.155.1+612.766.1+613.71/73
MOLECULAR VIOLATIONS of MEMBRANES of RED CORPUSCLES for SPORTSMEN at the PHYSICAL LOADINGS Korzh V.P.
Summary. With the purpose of study of violations structurally of functional properties of membranes of red corpuscles at the physical loadings of long competition period 39 sportsmen which are professionally engaged in football were inspected. The results have shown to development of substantial structural and functional changes of membranes of red cages of blood at disparity of the physical loadings to functional possibilities of organism of sportsmen. There was an increase in blood of amount convertible and the irreversibly changed forms of red cages of blood, increase of micro viscosity of lipid phase of membrane, inhibition of Na+,K+-ATPase activity. Since the rheologic properties of blood cells, particularly its microrheologic features, are determined by the membrane status, the detection of changes in the molecular organization of erythrocyte membranes can be consider as a pathogenic link of development of violations of microcirculations. Key words: physical loadings, sportsmens, adaptation, erythrocyte, fluorescent probe.
Стаття надійшла 8.02.2010 р.
УДК 612.13:612.17]- 072.7 -073.97:796.81:796.85:796.89 О. Б. Неханевич
ФІЗИЧНА ПРАЦЕЗДАТНІСТЬ СПОРТСМЕНОК, ЯКІ ЗАЙМАЮТЬСЯ ТХЕКВОНДО ТА ВАЖКОЮ АТЛЕТИКОЮ
Дніпропетровська державна медична академія (м. Дніпропетровськ)
Дана робота є фрагментом наукової теми кафедри фізичної реабілітації, спортивної медицини та валеології ДГМА «Розробка та оптимізація методів лікарського контролю при фізичному вихованні, оздоровчому та спортивному тренуванні» (номер державної реєстрації 0100и000352).
Вступ. При систематичному фізичному тренуванні відбуваються зміни в різних органах і системах організму. Змінюються й показники, які характеризують морфофункціо-нальний стан основних фізіологічних систем
організму [7,8]. Відомо, що в клініці для характеристики функціонального стану організму використовують показники загальної та спеціальної фізичної працездатності (ФП), величина яких часто-густо є визначальною для досягнення поставленого спортивного завдання [2,4,6,11].
Фізична працездатність, за думкою спеціалістів [4,6, 9, 15], залежить від ряду факторів: статі, віку, рівня розвитку опорно-рухового апарату, психологічного стану, умов оточуючого середовища, але, насамперед,
