CC BY
324
УДК 612.766.1-074:613.2
ОЦЕНКА НЕКОТОРЫХ БИОХИМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СИСТЕМЫ ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ ОРГАНИЗМА ПРИ ЗНАЧИТЕЛЬНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ НАГРУЗКАХ
Р.С. Рахманов1, М.А. Сапожникова1, Т.В. Блинова1, Л.А. Страхова1, С.А. Разгулин2, И.А. Берзин3,
1ФБУН «Нижегородский НИИ гигиены и профпатологии»,
2ГБОУ ВПО «Нижегородская государственная медицинская академия», 3Федеральное медико-биологическое агентство России
Рахманов Рофаиль Салыхович - e-mail: [email protected]
Установлены изменения биохимических показателей сыворотки крови, характеризующих работу системы энергообеспечения у спортсменов при значительных физических нагрузках (лактата, глюкозы, общего холестерина, сывороточного железа, ферритина, кортизола и инсулина). Показатели позволяют оценить степень негативного влиянии нагрузок на человека и своевременно их предупреждать.
Ключевые слова: значительные физические нагрузки, система энергообеспечения организма, биохимические показатели крови, спортсмены.
The authors found the changes in biochemical indices (lactate, glucose, total cholesterol, serum iron, fer-retine, cortisol and insulin) of blood serum which characterized energy supply system activity in sportsmen during considerable physical loads. The indices allow to evaluate a degree of negative impact of physical loads on individual and to prevent it promptly.
Key words: considerable physical loads, energy supply system in human body,
biochemical indices of blood, sportsmen.
Введение
При значительных физических нагрузках в организме человека происходит мобилизация энергетических ресурсов и перераспределение их к органам и тканям, подвергающихся нагрузке [1]. Особое место занимают процессы энергообеспечения работающих мышц, поскольку при интенсивной мышечной работе потребность в энергии может возрастать в 200 и более раз [1, 2]. Обеспечение мышц энергией происходит в результате трёх основных биохимических процессов: анаэробного алактатного, анаэробного лактатного (гликолитического) и аэробного [3, 4]. Возможности каждого из этих процессов определяются скоростью освобождения энергии и количественным содержанием субстратов: при физических нагрузках повышается скорость катаболических процессов, сопровождающихся выделением энергии и синтезом АТФ, одновременно снижается скорость анаболических процессов, потребляющих значительное количество АТФ для обеспечения различных синтезов. Для улучшения энергообеспечения работающих мышц при значительных физических нагрузках активируются функции печени [2]: усиливаются процессы гликогенеза и глюконеогенеза, повышается скорость гидролиза жировых клеток.
Сбой в системе энергообеспечения может привести к состоянию переутомления, перенапряжения и даже развитию патологических изменений в некоторых органах и тканях работающего. Мониторинг данной системы очень важен и основная роль в нем принадлежит биохимическому контролю, который заключается в определении в сыворотке крови ряда информативных показателей [5-7].
Цель исследования: оценить прогностическую значимость биохимических показателей крови при влиянии на организм значительных физических нагрузок.
Материал и методы
Объектом исследования были спортсмены в возрасте от 17 до 20 лет, занимающиеся академической греблей. Данный вид спорта относится к циклическому виду спорта на выносливость и характеризуется вовлечением более 2/3 мышечной массы при физических нагрузках. В качестве группы сравнения выступали студенты медицинского вуза. Все лица принимали участие в исследовании на основе информированного добровольного согласия.
У спортсменов (n=34) забирали кровь из локтевой вены в предсоревновательный и соревновательный периоды, характеризующиеся значительными физическими нагрузками (ЗФН), а также в период активного отдыха (с умеренной физической нагрузкой). Забор крови проводился утром натощак через 12-14 часов после прекращения физической нагрузки. Средние величины нормальных значений определяемых показателей были получены при оценке таких же биохимических исследований крови 50 здоровых лиц, сопоставимых по возрасту и полу с обследуемыми спортсменами.
Для контроля системы энергообеспечения в сыворотке крови определяли содержание лактата, глюкозы, общего холестерина (ХС), инсулина, кортизола, сывороточного железа, гемоглобина и ферритина. Уровень лактата в плазме крови определяли колориметрическим ферментативным методом с помощью набора реагентов «Lactat FS» (Германия), концентрацию инсулина - методом ИФА (набор реагентов «Accu-Bind Elisa Microwells INSULIN», USA). Содержание ферритина и кортизола определяли иммуноферментным методом с помощью наборов реагентов фирмы «Вектор Бест» (Россия). Концентрацию сывороточного железа определили колориметрическим методом без протеинизации c использованием хромогенов
МЕДИЦИНСКИЙ
АЛЬМАНАХ
Nitro-PAPS и ксилидилового синего, мочевины - уреазным глютаматдегидрогеназным кинетическим методом. Уровень глюкозы определяли глюкозоксидазным методом, уровень общего ХС - энзиматическим колориметрическим методом Триндера. Для определения данных показателей были использованы наборы реагентов фирмы «Ольвекс Диагностикум» (Россия). Уровень гемоглобина в крови определяли на автоматическом гематологическом анализаторе «HEMOLUX-19».
Статистическая обработка результатов проводилась с помощью программы Statistika 6.1.
Результаты и их обсуждение
Полученные результаты показали, что у 46% обследованных спортсменов через 14 часов после прекращения ЗФН концентрация лактата в сыворотке крови превышала нормальный уровень (1,3±0,35 ммоль/л), и достигала 2,8±0,9 ммоль/л (р=0,001), из них у 15,7% она достигала 4,3-5,3 ммоль/л, то есть превышала «анаэробный порог» (4 ммоль/л). У остальных лиц концентрация лактата находилась в пределах референтных значений. В период активного отдыха повышенная концентрация лактата (более 2 ммоль/л) наблюдалась у 32,1% спортсменов, у остальных - он приближался к нормальным значениям и достигал величины 1,56±0,7 ммоль/л (р=0,03). Можно предположить, что через 12-14 часов после физической нагрузки разной интенсивности полной нейтрализации лактата в мышцах не происходило, и последующая физическая работа начиналась при повышенной концентрации данного показателя. В результате страдает аэробная система энергообеспечения, следовательно, может возникнуть риск нарушения деятельности органов и систем организма. Если концентрация лактата превышает 2 ммоль/л, и тем более «анаэробный порог», то период отдыха должен быть продлен или работа должна начинаться с легкой физической нагрузки, которая способствует нейтрализации молочной кислоты.
Следует отметить, что у 21% обследованных лиц уровень лактата оставался повышенным на протяжении всего периода наблюдения и достигал у некоторых 3,97 ммоль/л, т. е. практически приближался к «анаэробному порогу». Данные спортсмены были отнесены к группе риска возникновения нарушений в работе сердечно-сосудистой, костно-мышечной и других систем организма.
После ЗФН у 20% спортсменов наблюдалось снижение концентрации глюкозы до 3,3-3,6 ммоль/л. Это свидетельствовало об интенсивном использовании глюкозы тканями организма при физических нагрузках и неполном восстановлении ее уровня. У остальных спортсменов содержание глюкозы было нормальным или на 10,0-13,0% превышало нормальный уровень. При значительных физических нагрузках у 64,7% обследованных лиц уровень общего холестерина снизился относительно исходного до 3,2±0,7 ммоль/л (р=0,001). У остальных концентрация холестерина не изменялась и оставалась на уровне его исходного значения - 3,8±0,65 ммоль/л. После периода активного отдыха у лиц, находящихся под наблюдением со сниженным уровнем ОХ, определяли его повышение относительно предыдущего уровня до 3,9±0,8 ммоль/л (р=0,01). У остальных уровень холестерина не изменялся.
После ЗФН у 68,0% лиц выявили пониженную концентрацию сывороточного железа относительно нормальных значений: у мужчин - до 5,8±2,2 мкмоль/л при норме 14,5±2,24 мкмоль/л (р=0,02), у женщин - до 5,1±2,0 мкмоль/л при норме 15,6±3,9 мкмоль/л (р=0,01). При этом концентрация железа в сыворотке крови у ряда лиц была снижена до 1,3-3,8 мкмоль/л. После периода активного отдыха сниженное содержание железа выявляли в 50,0% случаев, а средний уровень железа был выше: у женщин 8,5±3,4 мкмоль/л, у мужчин 10,5±1,2 мкмоль/л, не достигая, однако, нормальных значений (р=0,001). После ЗФН у 58,0% обследованных была выявлена пониженная концентрация ферритина относительно нормальных значений: у мужчин 30,0±11,5 нг/мл при норме 51,4±24,3 мкг/л (р=0,004), у женщин 16,8±5,77 при норме 27,9±13,1 мкг/л (р=0,019). У некоторых лиц уровень ферритина был снижен: у женщин до 5,0-6,0 мкг/л и у мужчин до 10,0-15,0 мкг/л, что выходило за нижний предел референтных значений [8]. После периода активного отдыха у 53,4% женщин и 46,0% мужчин наблюдали увеличение уровня ферритина относительно его значений, определяемых при ЗФН: у мужчин до 45,1±27,2 нг/мл (р=0,05), у женщин до 29,2±15,1 (р=0,005). У остальных обследованных мужчин и женщин уровень ферритина оставался неизменным во всех периодах наблюдения. Несмотря на выраженные изменения уровней железа и ферритина после физической нагрузки, содержание гемоглобина, как у женщин, так и у мужчин, находилось в пределах нормальных значений и не зависело от степени физической нагрузки: 149±8,7 г/л и 146±8,4 г/л для мужчин, и 127±6,8 г/л и 129±6,2 г/л для женщин (после ЗФН и активного отдыха соответственно). Можно полагать, что дефицит железа в организме спортсменов негативно влияет на работу транспортной системы кислорода. При снижении транспорта кислорода ухудшается работоспособность, поскольку в энергообеспечение включается анаэробная система, приводя к более раннему образованию молочной кислоты. Повышенный уровень лактата и сниженная концентрация ферритина и сывороточного железа после 14-часового отдыха при ЗФН позволяют судить о развитии латентного дефицита железа или стадии истощения запасов железа с возможным переходом к железоде-фицитному эритропоэзу. Компенсаторно в организме, несмотря на усиленную физическую нагрузку, поддерживался нормальный уровень эритропоэтина - 23,2±3,6 МЕ/л и 26,6±5,2 МЕ/л после ЗФН и периода активного отдыха, что необходимо для предотвращения развития железоде-фицитной анемии. Однако, если не принять вовремя профилактических мер, то в дальнейшем может развиться железодефицитная анемия с ее негативными последствиями.
Процесс энергообеспечения регулируется эндокринной системой и, в частности, гормонами - кортизолом и инсулином. Кортизол стимулирует процесс глюконеогенеза и обеспечивает энергией мышечную деятельность. Инсулин, напротив, стимулирует образование гликогена и усвоение глюкозы мышцами. После ЗФН у 71,4% обследованных концентрация инсулина превышала нормальный уровень, достигая 12,7±5,1 мкЕД/л (р=0,000). У остальных 28,6% концентрация инсулина не отличалась от показателей нормы - 8,0±2,7 мкЕД/л. После активного отдыха
концентрация инсулина незначительно, на 10,0-15,0%, превышала нормальный уровень (р=0,04) и достигала 9,3±4,0 мкЕд/л. Концентрация кортизола после ЗФН была повышена у 80,0% спортсменов, достигая у некоторых лиц 900,0-1000,0 нмоль/л; усредненная концентрация кортизола была достоверно выше нормального уровня и составляла 738±135 нмоль/л (р=0,03). После активного отдыха концентрация кортизола оставалась повышенной у 14,2% обследованных и находилась в пределах 600,0-700,0 нмоль/л. У остальных спортсменов концентрация кортизола находилась в пределах референтных значений и не отличалась от нормального уровня - 460,8±150 нмоль/л (р>0,5).
Выводы
1. У 20,0% спортсменов, выполняющих значительные физические нагрузки, не происходило полного восстановления энергетических ресурсов в организме, о чем свидетельствовали пониженный уровень глюкозы, общего холестерина, повышенное содержание лактата, значительный дефицит железа и истощение его запасов.
2. У большей части этих лиц группы наблюдения после 14-часового отдыха сохранялась повышенной концентрация кортизола и сниженной - инсулина, что свидетельствовало о преобладании катаболических процессов, активизации функции надпочечников и обусловливало снижение интенсивности физической нагрузки и увеличение времени восстановительного периода.
3. Использованные для оценки реакции организма биохимические показатели позволяют оценить состояние организма спортсменов при ЗФН, его адаптацию и работоспособность, могут быть использованы в общем комплексе обследований и контроле за состоянием их здоровья.
ЛИТЕРАТУРА
1. Волков Н.И., Несен Э.Н., Осипенко А.А., Корсун С.Н. Биохимия мышечной деятельности. Киев: Олимпийская литература, 2000. 504 с.
Volkov N.I., Nesen E.N., Osipenko A.A., Korsun S.N. Biokhimiya myshechnoy deyatel'nosti. Kiev: Olimpiyskaya literatura, 2000. 504 s.
2. Мохан Р., Глессон М., Гринхафф П.Л.. Биохимия мышечной деятельности и физической тренировки. Киев: Олимпийская литература, 2001. 296 с.
Mokhan R., Glesson M., Grinkhaff P.L. Biokhimiya myshechnoy deyatel'nosti i fizicheskoy trenirovki. Kiev: Olimpiyskaya literatura, 2001. 296 s.
3. Михайлов С.С. Спортивная биохимия: Учебник для вузов и колледжей физической культуры. 2-е изд., доп. М.: Советский спорт, 2004. 220 с.
Mikhaylov S.S. Sportivnaya biokhimiya: Uchebnik dlya vuzov i kolledzhey fizicheskoy kul'tury. 2-e izd., dop. M.: Sovetskiy sport, 2004. 220 s.
4. Уилмор Д., Костилл Д. Физиология спорта: пер. с англ. Киев: Олимпийская литература, 2001. 459 с.
Uilmor D., Kostill D. Fiziologiya sporta: per. s angl. Kiev: Olimpiyskaya literatura, 2001. 459 s.
5. Ткачук В. А. Клиническая биохимия. М.: ГЭОТАР - МЕД, 2002. 358 с.
Tkachuk V. A. Klinicheskaya biokhimiya. M.: GEOTAR - MED, 2002.358 s.
6. Янсен Петер «ЧСС, лактат и тренировки на выносливость» / пер. с англ. Мурманск: Издательство «Тулома», 2006. 160 с.
Yansen Peter «ChSS, laktat i trenirovki na vynoslivost'» / рer. s angl. Murmansk: Izdatel'stvo «Tuloma», 2006. 160 s.
7. Brancaccio P., Maffulli N., Buonauro R., Limongelli F.M. Serum enzyme monitoring in sports medicine. ClinSportsMed. 2008. Jan. V. 27 (1). Р. 1-18.
8. Кишкун А.А. Руководство по лабораторным методам диагностики. М.: ГЭОТАР. Медиа, 2009. 800 с.
Kishkun A.A. Rukovodstvo po laboratornym metodam diagnostiki. M.: GEOTAR. Media, 2009. 800 s.
9. Никулин Б.А., Родионова И.И. Биохимический контроль в спорте. Научно-методическое пособие. Издательство: Сов. спорт, 2010, 232 с.
Nikulin B.A., Rodionova I.I. Biokhimicheskiy kontrol' v sporte. Nauchno-metodicheskoe posobie. Izdatel'stvo: Sov. sport, 2010,232 s.
10. Северин Е.С. Биохимия: Учеб. для вузов. М.: ГОЭТАР. Медиа, 2003. 779 с.
Severin E.S. Biokhimiya: Ucheb. dlya vuzov. М.: GOETAR. Media, 2003. 779 s.
ш
