CC BY
191
УДК 616-008.9:546.171.6+796
В. В. КОРНЯКОВА В. Д. КОНВАЙ
Омская государственная медицинская академия Омский государственный аграрный университет им. П. А. Столыпина
№
НАРУШЕНИЕ МЕТАБОЛИЗМА ПУРИНОВ У СПОРТСМЕНОВ, ИСПЫТЫВАЮЩИХ ИНТЕНСИВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ, И ЕГО КОРРЕКЦИЯ_
Интенсивные физические нагрузки у спортсменов-пловцов нередко приводят к развитию утомления, снижающего эффективность тренировочного процесса. Это явление связано с чрезмерным накоплением в тканях лактата, способствующего усиленному катаболизму пуриновых нуклеотидов до гипоксанти-на. Дальнейшее окисление последнего ксантиноксдазой до урата сопряжено с чрезмерной продукцией этим энзимом активных кислородных метаболитов, истощающей фонд антиоксидантов, снижающей эффективность ферментов антиперекисной защиты и приводящей к повреждениям мембранных структур различных клеток, в том числе эритроцитов. Важную роль в развитии этого процесса играет недостаточно эффективная реутилизация гипоксантина в пуриновые нуклеотиды, связанная с недостаточной генерацией в пентозном цикле рибозо-5-фосфата. Прием спортсменами рибозы способствует снижению интенсивности катаболизма пуринов и сопряженной с ним липоперокси-дации мембранных структур.
Ключевые слова: физические нагрузки, эритроциты, рибоза, антиоксидантная система.
Интенсивные физические нагрузки в спорте высших достижений нередко приводят к развитию утомления, нивелирующего эффективность тренировочного процесса [ 1 — 4]. Механизм этого явления до конца не изучен, что лимитирует разработку средств, предотвращающих его. Ранее в эксперименте на плавающих крысах нами было установлено, что пусковым механизмом утомления является резко выраженная гипоксия, приводящая к нарушению генерации в митохондриях АТФ. Это приводит к компенсаторной интенсификации анаэробного гликолиза, способствующей усиленному окислению углеводов до молочной кислоты с последующим развитием их дефицита. Развившееся в этих условиях закисление тканей способствует усиленному расщеплению АТФ до гипоксантина [5, 6]. Последний при достаточной обеспеченности клеток рибозо-5-фосфатом, генерируемым из глюкозы в пентозном цикле, способен реутилизироаваться в пуриновые нуклеотиды в результате реакции, катализируемой гуанин-гипоксантинфосфорибозилтрансферазой. В условиях дефицита углеводов реутилизация ги-поксантина нарушается, и это вещество начинает усиленно окисляться до мочевой кислоты в результате реакции, катализируемой ксантиноксидазой. Данный фермент при этом усиленно генерирует активные кислородные метаболиты (АКМ), которые, истощив антиоксидантную систему, начинают
повреждать ненасыщенные жирные кислоты мембранных структур различных клеток, в частности эритроцитов. Представляло интерес доказать, что по такому же механизму развивается утомление и у спортсменов-пловцов. Дополнительным аргументом в пользу данного предположения явился бы положительный эффект принимаемой спортсменами рибозы, способной превращаться в клетках в рибозо-5-фосфат в результате реакции, катализируемой рибокиназой.
В настоящей работе предпринята попытка сглаживания отрицательного эффекта интенсивных физических нагрузок на организм спортсменов-пловцов при помощи экзогенной рибозы.
Материалы и методы исследования. Было проведено исследование на 20 мужчинах в возрасте 17 — 20 лет. Контрольную группу (К) составили 30 человек того же возраста, не занимающихся спортом. В группу ИН вошли спортсмены, имеющие разряды первый спортивный, кандидата в мастера спорта или мастера спорта, испытывающие интенсивные физические нагрузки и имеющие по данным физиологических и биохимических исследований признаки утомления. Они были обследованы в подготовительном периоде тренировочного процесса. Группу ИН + Р составили 20 таких же спортсменов, принимающих перорально рибозу производства БаРй (США) в дозе 0,03 г/кг массы
Таблица 1
Показатели, характеризующие пуриновый обмен и окислительные процессы в крови лиц, не занимающихся спортом (К), спортсменов с признаками утомления, не принимавших рибозу (ИН) и принимавших ее (ИН+Р), М+ш
Показатели К, п = 30 ИН, п = 20 ИН + Р, п = 20
В плазме крови
Глюкоза, ммоль/л 5,22±0,17 3,79±0,24к 4,91 ±0,25ин
Лактат, ммоль/л 2,19 ±0,15 5,98±0,48к 4,42±0,31к,ин
Урат, мкмоль/л 345±12 487 ±20к 344±13ин
АсАТ, МЕ/л 22,3±1,1 30,0±1,9к 27,9±1,4
В эритроцитах
Глутатион, ммоль/л 1,043±0,08 0,850±0,03к 0,943±0,03ин
Малоновый диальдегид, мкмоль/л 274±16 354±29к 277±27ин
Глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназа, МЕ/л 99,2±7,7 71,1 ±8,3к 100±8ин
Примечание: К — различие статистически значимо по сравнению с контролем, ИН — со спортсменами с признаками утомления.
до и после тренировочных нагрузок высокой интенсивности в течение семи дней, после чего были обследованы. При проведении исследования соблюдались требования Хельсинской декларации «Этические принципы проведения научных медицинских исследований с участием человека».
Забор крови у спортсменов проводили через
5—10 минут после завершения тренировки. В крови лиц контрольной группы и спортсменов определяли концентрацию молочной и мочевой кислот, глюкозы и активность аспартатаминотрансферазы (АсАТ) унифицированными методами лабораторной диагностики, а в эритроцитах — активность глюкозо-
6-фосфатдегидрогеназы, содержание малонового диальдегида (МДА) и глутатиона методами, описанными в работе [7]. При проведении биохимических исследований использовали реактивы фирм «Ольвекс» (Россия), Но8рИех (Швейцария, Италия), ЯапсЗох (Великобритания).
Результаты исследования обработаны статистически с использованием критерия Стьюдента и непараметрических методов математического анализа.
Результаты исследования и их обсуждение. Из представленных в табл. 1 данных видно, что у спортсменов группы ИН концентрация молочной кислоты в крови на 173 % превышает аналогичный показатель в контроле (Р<0,0001), что можно связать как с недостаточно эффективным поступлением кислорода в клетки, так и с развитием гистотокси-ческой гипоксии вследствие повреждения митохондрий продуктами перекисного окисления липидов, о чём пойдёт речь ниже. Это приводит к торможению генерации АТФ с последующим компенсаторной интенсификацией реакций анаэробного гликолиза, что выражается в развитии гиперлакцидемии. Развившееся в результате этого закисление тканей способствует усиленному катаболизму АТФ до ги-поксантина. Известно, что участвующие в этом процессе аденилатдезаминаза и аденозиндезаминаза активируются при сдвиге рН в кислую сторону [8].
Поскольку анаэробный гликолиз энергетически недостаточно эффективен, интенсификация приводит и к усиленному окислению углеводов с последующим развитием дефицита их в организме. Об этом свидетельствует снижение концентрация глюкозы в крови спортсменов группы ИН (на 27,4 % по сравнению с аналогичным показателем в контроле; Р = 0,001). Вследствие этого тормозится генерация в реакциях пентозного цикла из глюко-
зы рибозо-5-фосфата. Последний является предшественником в биосинтезе фосфорибозилдифосфа-та, необходимого для реутилизация гипоксантина в инозинмонофосфат и аденозинмонофосфат. В этих условиях уровень гипоксантина в тканях, по всей вероятности возрастает, и это вещество усиленно окисляется ксантиноксидазой до мочевой кислоты. Концентрация последней в крови спортсменов группы ИН увеличена на 41,2 % по сравнению с контролем (Р<0,0001).
Генерация данным ферментом мочевой кислоты сопряжена с усиленной выработкой АКМ, истощающих фонд клеточных антиоксидантов, в частности глутатиона (С-БН). Содержание последнего в эритроцитах спортсменов группы ИН снижено по сравнению с аналогичным показателем в контроле на 18,5 % (Р = 0,033). Повышенный контакт некоторых ферментов, в частности, Г-6-ФДГ с АКМ в условиях недостаточно эффективной защиты суль-фгидрильных групп С-БН-м приводит к повреждению их молекул. Активность данного энзима в эритроцитах спортсменов группы ИН снижена соответственно на 28,3 % (Р = 0,029) по сравнению с контролем. В этих условиях АКМ усиливают липо-пероксидацию мембранных структур клеток различных органов. О повреждении их свидетельствует более высокий уровень МДА в эритроцитах и активности АсАТ в сыворотке крови [соответственно на 29,2 % (Р = 0,042) и 34,5 % (Р = 0,001) по сравнению с аналогичными показателями в контроле] (табл. 1).
Прием спортсменами, испытывающими интенсивные физические нагрузки, рибозы сглаживает описанные выше метаболические нарушения, прежде всего явления гипоксии. Концентрации лакта-та в крови лиц группы ИН + Р снижена на 26,1 % по сравнению со спортсменами, не принимавшими рибозу (Р = 0,03). Можно полагать, что у спортсменов первой из названных групп образующаяся в мышцах молочная кислота более активно вовлекается в реакции глюконеогенеза и успешно превращается в глюкозу. Концентрация этого углевода в крови лиц группы ИН + Р на 29,6 % выше по сравнению с аналогичными показателем у спортсменов группы ИН (Р = 0,004). Это можно объяснить меньшей степенью нарушения функции клеток печени, почек и слизистой оболочки тонкого кишечника, в которых протекает глюконеогенез. Нельзя исключить, что у лиц группы ИН + Р клетки коркового
слоя надпочечников более эффективно инкрети-руют глюкокортикоиды, усиливающие биосинтез ключевых энзимов глюконеогенеза.
Увеличение концентрации глюкозы в тканях спортсменов, принимавших рибозу, способствует более эффективной генерации из нее рибозо-5-фосфата в реакциях пентозного цикла. Функционированию этого метаболического пути, наряду с лучшей обеспеченностью клеток глюкозой, способствует лучшая сохранность его ключевых энзимов. Активность Г-6-ФДГ в эритроцитах спортсменов группы ИН + Р на 40,6 % превышает аналогичный показатель у лиц группы ИН (Р = 0,028). Эффективная генерация рибозо-5-фосфата, в свою очередь, способствует выработке из него количества фосфо-рибозилдифосфата, достаточного для реутилизации гипоксантина, образующегося в процессе катаболизма пуриновых мононуклеотидов, предотвращая, таким образом, усиленное окисление его ксанти-ноксидазой. Концентрация мочевой кислоты в крови лиц группы ИН + Р снижена на 29,4 % по сравнению с аналогичным показателем у спортсменов, не принимавших рибозу (Р<0,0001) и статистически значимо не отличается от аналогичного показателя в контроле.
Эффективная реутилизация гипоксантина в пу-риновые нуклеотиды в организме спортсменов группы ИН + Р предотвращает интенсификацию ксантиноксидазной реакции и сопряженную с ней чрезмерную продукцию активных кислородных метаболитов. Это выражается в лучшей сохранности у данных спортсменов фонда С-БИ. Уровень последнего в эритроцитах группы ИН + Р на 10,9 % выше по сравнению с аналогичным показателем в группе ИН (Р = 0,030). Снижение продукции АКМ на фоне лучшей сохранности тканевых антиокси-дантов предотвращает чрезмерную липоперокси-дацию мембранных структур. Содержание МДА в эритроцитах спортсменов группы ИН + Р снижено по сравнению с аналогичным показателем у спортсменов группы ИН на 21,8 % (Р = 0,034). Снижение липопероксидации мембранных структур клеток спортсменов первой из названных групп уменьшает степень их деструкции. Это выражается в более низкой активности активность АсАТ в плазме крови лиц группы ИН + Р (на 7,0 % по сравнению со спортсменами группы ИН; Р = 0,46).
Ни один из показателей, характеризующих состояние антиоксидантной системы и перекисно-го окисления липидов в эритроцитах спортсменов группы ИН + Р, статистически значимо не отличался от аналогичных значений у лиц, не занимающихся спортом.
У всех спортсменов, принимавших рибозу, отмечалось повышение работоспособности и рост спортивных результатов. До приема препарата 65 % спортсменов отмечали наступление утомления в процессе тренировки уже на этапе выполнения основного задания и 35 % в конце тренировочного занятия. После приема рибозы лишь 20 % спортсменов отмечали утомление после окончания тренировочного занятия.
Таким образом, проведенное исследование показало, что метаболические нарушения, развивающиеся у спортсменов, испытывающих интенсивные физические нагрузки, развиваются по тем же механизмам, что у экспериментальных крыс, подвергнутых принудительному плаванию. Они запускаются тяжелым гипоксическим состоянием, приводящим к интенсификации анаэробного гликолиза, при-
водящей к лактоацидозу и дефициту углеводов. В этих условиях усиливается катаболизм пурино-вых мононуклеотидов до гипоксантина на фоне недостаточно эффективной реутилизации последнего в аденозинмонофосфат, вызванной снижением выработки в пентозном цикле рибозо-5-фосфата. Накопление в тканях гипоксантина приводит к усиленному окислению его до урата в результате реакции, катализируемой ксантиноксидазой, сопряженному с чрезмерной генерацией активных кислородных метаболитов, истощающих антиоксидантную систему и повреждающих мембранные структуры клеток. Прием спортсменами, испытывающими интенсивные физические нагрузки, рибозы способствует не только более эффективной реутилизации тканями лактата, снижению интенсивности катаболизма пуринов и сопряженной с ним липопероксидации мембранных структур клеток, но и повышает их резистентность к гипоксическому повреждению.
Библиографический список
1. Макарова, Г. А. Лабораторные показатели в практике спортивного врача / Г. А. Макарова, Ю. А. Холявко. — М. : Советский спорт, 2006. — 200 с.
2. Роженцов, В. В. Утомление при занятиях физической культурой и спортом: проблемы, методы исследования : мо-ногр. / В. В. Роженцов, М. М. Полевщиков. — М. : Советский спорт, 2006. - 280 с.
3. Харгривз, М. Углеводный метаболизм в скелетных мышцах при физических нагрузках / М. Харгривз // Метаболизм в процессе физической деятельности. — Киев : Олимп. лит., 1998. — С. 52 — 83.
4. Bakanychev, A. Interval hypoxic training / A. Bakanychev, M. Zakusilo, A. Kolchinskaya [et al.] // Hypoxia Med. J. — 1993. — № 1. — P. 27 — 37.
5. Конвай, В. Д. Роль острого нарушения метаболизма пуринов в развитии повреждений, вызванных криодеструкцией ворот печени / В. Д. Конвай, О. Э. Воронов // Омский научный вестник. Сер. Ресурсы земли. Человек. — 2007. — № 2 (57), 3 (61). — С. 19 — 23.
6. Корнякова, В. В. Антиоксидантный статус крови при физических нагрузках и его коррекция / В. В. Корнякова, В. Д. Конвай, Е. В. Фомина // Фундаментальные исследования. — 2012. — № 1. — С. 47 — 51.
7. Корнякова, В. В. Нарушение пуринового обмена в кардиомиоцитах крыс при интенсивных физических нагрузках и его коррекция селенитом натрия / В. В. Корнякова, В. Д. Конвай // Омский научный вестник. Сер. Ресурсы земли. Человек. — 2013. — № 1 (118). — С. 163—165.
8. Arch, J.R.S. Activities and some properties of 5'-nucleotidase, adenosine kinase and" adenosine deaminase in tissue from vertebrates and invertebrates in relation to the control of the concentration and the physiological role of adenosine / J.R.S. Arch, E. A. Newsholme // Biochem. J. — 1978. — Vol. 174. — № 3. — P. 965 — 977.
№
КОРНЯКОВА Вера Валерьевна, кандидат биологических наук, доцент (Россия), доцент кафедры безопасности жизнедеятельности, медицины катастроф Омской государственной медицинской академии. КОНВАЙ Владимир Дмитриевич, доктор медицинских наук, профессор (Россия), профессор кафедры математических и естественнонаучных дисциплин Омского государственного аграрного университета имени А. П. Столыпина. Адрес для переписки: [email protected]
Статья поступила в редакцию 27.03.2015 г. © В. В. Корнякова, В. Д. Конвай
