CC BY
35
Том 17, № 5. 2019 PRACTICAL MEDICINE ^ 103
УДК 577.164.183:577.112.3:796+053.5
Н.В. РЫЛОВА1, А.В. ЖОЛИНСКИЙ2, А.А. БИКТИМИРОВА1
1Казанский государственный медицинский университет МЗ РФ, г. Казань
Федеральный научно-клинический центр спортивной медицины и реабилитации ФМБА России,
г. Москва
Показатели обмена карнитина и аминокислот у подростков-спортсменов
Контактная информация:
Рылова Наталья Викторовна — доктор медицинских наук, профессор кафедры госпитальной педиатрии с курсом поликлинической педиатрии
Адрес: 420012, г. Казань, ул. Бутлерова, д. 49, тел. 8 (843) 237-30-37, e-mail: rilovanv@mail.ru
Цель: Изучить особенности карнитинового и аминокислотного обмена у юных спортсменов.
Материал и методы. Обследован 131 ребенок (I-II группы здоровья) в возрасте до 17лет 11 месяцев. Основная группа -94 юных спортсмена. Группа контроля - 37 детей, не занимающиеся спортом. Определение уровня свободного и связанного карнитина, аминокислот проводили методом тандемной хромато-масс-спектрометрии.
По результатам обследования двух групп детей установлено, что содержание свободного карнитина статистически значимо выше у юных спортсменов (р<0,05). Значимые отличия имеются и в индексе свободный /связанный карнитин. Этот показатель статистически значимо выше среди атлетов (р<0,05). Статистическая значимость различий в содержании метионина отмечена при р<0,001.
Заключение свидетельствует о наличии ряда особенностей карнитинового статуса и обмена аминокислот у юных спортсменов. Можно предположить, что полученные данные отражают более эффективную клеточную энергетику у детей, занимающихся спортом.
Ключевые слова: юные спортсмены, карнитин, аминокислоты, процент жировой массы.
(Для цитирования: Рылова Н.В., Жолинский А.В., Биктимирова А.А. Показатели обмена карнитина и аминокислот у подростков-спортсменов. Практическая медицина. 2019, Том 17, № 5, С. 103-106) DOI: 10.32000/2072-1757-2019-5-103-106
N.V. RYLOVA1, A.V. ZHOLINSKY2, A.A. BIKTIMIROVA1
1Kazan State Medical University, Kazan
2Federal Scientific Clinical Center of Sports Medicine and Rehabilitation of FMBA, Moscow
Indicators of the of carnitine and amino acids exchange in adolescent athletes
Contact details:
Rylova N.V. — MD, Professor of the Department of Hospital Pediatrics with a course in Polyclinic Pediatrics Address: 49 Butlerov Str., 420012, Kazan, tel.: (843) 237-30-37, e-mail: rilovanv@mail.ru
Objective: To study the features of carnitine and amino acid metabolism in young athletes.
Material and methods: 131 children (I-II health groups) aged 12 to 17 years 11 months were examined. The main group was 94 young athletes. The control group was 37 children not engaged in sports. The level of free and bound carnitine and amino acids was determined by tandem chromatography-mass spectrometry. According to the results of the examination of two groups of children, the content of free carnitine is significantly higher in young athletes (p <0.05). Significant differences exist in the free/bound carnitine index. This index is significantly higher for athletes (p <0.05). The reliability of differences in the content of methionine was noted at p <0.001.
Conclusion. The tests indicate the presence of a number of features of carnitine status and amino acid metabolism in young athletes. It can be assumed that the obtained data reflect a more efficient cellular energy exchange in children involved in sports. Key words: young athletes, carnitine, amino acids, fat percentage.
(For citation: Rylova N.V., Zholinsky A.V., Biktimirova A.A. Indicators of the of carnitine and amino acids exchange in adolescent athletes. Practical medicine. 2019, Vol. 17, № 5, P. 103-106)
Таблица 1.Распределение детей, изучаемых групп по полу и возрасту Table 1. Distribution of the studied children by gender and age
Группа Мальчики Девочки
n М (SD), лет n М (SD), лет
Основная 60 15,9 (0,3) 34 16,1 (0,3)
Контрольная 17 16,0 20 15,0
Всего 77 16,0 (0,1) 54 16,0 (0,2)
На фоне возрождения массового и профессионального спорта, активного привлечения в спортивные секции подрастающего поколения, обострились вопросы медицинского обеспечения детско-юношеского спорта. Весьма актуальна на сегодняшний день проблема организации рационального питания и фармакологического обеспечения тренировочного процесса с целью предупреждения и лечения негативных последствий спортивного стресса, а также повышения уровня физической работоспособности^^].
Одним из важнейших механизмов, определяющим вышеописанные процессы, является продуцирование энергии в клетках. Основной путь ресинтеза АТФ - окислительное фосфорилирование с использованием углеводов и липидов в качестве энергетического субстрата. В последние годы теория ре-моделирования стала вытеснять представления о митохондриях как о статичных субстанциях. Так, при определенных условиях митохондрии способны образовывать конгломераты или претерпевать процесс деления, сохраняя при этом общую наружную мембрану. Несмотря на то, что окислительная способность мышечной ткани определяется количеством митохондрий и уровнем активности окислительных ферментов в них, клеточный метаболизм, в конечном счете, зависит от адекватности снабжения клеток кислородом [4-6]. В результате дефицита О2 в процессе цикла трикарбоновых кислот происходит накопление промежуточных продуктов обмена свободных жирных кислот - ацилкарнити-на, ацил-КоА, угнетается пируватдегидрогеназа, и, как следствие, возможность утилизации пирува-та устраняется, в результате чего он практически полностью превращается в лактат.
Целесообразность применения L-карнитина в спортивной практике обоснована тем, что карнитин способен предупреждать накопление избыточного количества ацил-СоА внутри митохондрий с выведением избытка ацильных групп в виде ацил-кар-нитина. В результате происходит повышение активности пируватдегидрогиназы, что может ускорять процесс окислительной утилизации глюкозы (пиру-вата) и увеличивать энергопродукцию. Такое действие карнитина вносит вклад в снижение избытка лактата в крови и мышцах, которую рассматривают как главную причину утомляемости. В исследованиях КагИс Н., Lohninger А., (2004) продемонстрировано падение уровня свободного карнитина в мышцах при интенсивных физических нагрузках в результате взаимодействия с ацетилСоА [7]. Предполагается, что это может быть одним из механизмов снижения окисления жирных кислот в плазме и триацилглицеролов в мышцах во время интенсивной нагрузки. С другой стороны при физической нагрузке общее количество жирных кислот, поставляемое в мышцы, превышает энергетические потребности и доступность кислорода. Вследствие
этого, избыток образуемого ацил-КоА с длинной цепью, может приводить к кратковременному нарушению нормального течения процесса окислительного фосфорилирования и снижению показателя производительности при максимальной нагрузке. Таким образом, с теоретических позиций, применение L-карнитина позволяет уменьшить долю анаэробного лактатного энергообразования и увеличить вклад более эффективной аэробной энергопродукции, повышая активность дыхательной цепи в мышцах и работоспособность в условиях интенсивных физических нагрузок.
Определение содержания карнитина, а также ацилкарнитинов в крови методом тандемной хромато-масс-спектрометрии дает возможность диагностировать состояние энергетического обмена. Данная методика широко применяется также для исследования так называемого «энергодефицитного диатеза». «Энергодефицитный диатез» — это скрытая форма относительной индивидуальной недостаточности цитоэнергетического статуса организма. Считается, что это состояние достаточно широко распространено и откладывает свой отпечаток на течение различных процессов и требует специфической «энерготропной» коррекции.
Материал и методы. Обследован 131 ребенок (I-II группы здоровья) в возрасте до 17 лет 1l месяцев. Основная группа - 94 юных спортсмена. Группа контроля — 37 детей, не занимающиеся спортом (занятия только физической культурой 2 раза в неделю в рамках школьного расписания). По данным статистической обработки подтвердилась нормальность распределения сравниваемых совокупностей, как по возрасту, так и по полу.
Данные о возрасте исследуемых детей приведены в таблице 1.
Работа выполнена на клинической базе Республиканского центра медицинской профилактики (г. Казань) и кафедры госпитальной педиатрии Казанского государственного медицинского университета. Определение уровня свободного и связанного карнитина, аминокислот методом тандемной хромато-масс-спектрометрии проводилось на базе лаборатории молекулярной и биохимической диагностики НИКИ Педиатрии ГБОУ ВПО РНИМУ им. Пи-рогова Минздрава России (г. Москва).
Методы статистической обработки, применяемые для оценки статистической значимости полученных результатов, проводили при помощи электронных таблиц Microsoft Office Excel 2003. Для описания значений в группах определялись следующие параметры: среднее арифметическое значение, стандартные отклонения (сигма), а также расчет минимального (мин) и максимального значений (макс) в каждом вариационном ряду. Сравнительный анализ групп основывался на определении статистической значимости разницы показателей по t-критерию Стьюдента. В случаях, когда распределение хотя
Том 17, № 5. 2019
PRACTICAL MEDICINE
Таблица 2. Содержание указанных веществ в исследуемых группах, M (SD) Table 2. Content of the studied substances in the studied groups, M (SD)
группа признак Юные спортсмены Контроль
Свободный карнитин (С0), мкмоль/л 34,61 (0,85)* 32,7(1,26)
Связанный карнитин (АК), мкмоль/л 16,12 (0,71) 14,34 (0,53)
АК/С0 0,51 (0,02)* 0,46 (0,02)
Примечание: * - отличия от контрольной группы статистически значимы при р<0,05 Note: * - differences from the control group are statistically significant at р<0.05
бы одной из совокупностей не являлось нормальным, для сравнения использовались методы непараметрического анализа с применением и-критерия Манна-Уитни. Также оценивались корреляционные связи с помощью коэффициента корреляции Спир-мена.
Основными характеристиками карнитинового обмена являются свободный и связанный карнитин, а также индекс их соотношения АК/С0. Полученные результаты (М±т - средние значения и ошибка средней) представлены в таблице 2.
По результатам обследования двух групп детей установлено, что содержание свободного карни-тина статистически значимо выше у юных спортсменов (р<0,05). Значимые отличия имеются и в индексе АК/С0. Этот показатель статистически значимо выше среди атлетов (р<0,05), что указывает на более эффективную клеточную энергетику у представителей основной исследуемой группы. Статистической значимости различий в содержании связанного карнитина обнаружено не было. Полученные данные были проанализированы также с учетом половых различий (табл. 3).
Показатели связанного карнитина определяются суммарным содержанием ацилкарнитинов. Ацетил-L-карнитин является биологически активной формой L-карнитина. Основной его функцией является транспортировка активированного ацетата непосредственно в матрикс митохондрии для образова-
ния ацетил-КоА, участвующего в цикле трикарбо-новых кислот. Ацетилкарнитин является субстратом для запуска энергозависимых обменных процессов в митохондриях. В основной группе среднее содержание ацетилкарнитина составило 9,77±0,53 мкмоль/л, а в контрольной группе 8,77±0,46 мкмоль/л при р<0,05.
Представляется важным изучение соотношения связанный карнитин/свободный карнитин. Этот показатель используется для дополнительной характеристики содержания ацилкарнитинов (АК) и свободного карнитина (С0) и отражает эффективность клеточной энергетики: чем ниже данный коэффициент, тем эффективнее энергообмен. Нормальные значения этого показателя - менее 0,7. Величина индекса связанный карнитин/свободный карнитин находится в обратной связи с уровнем свободного карнитина и в прямой - с уровнем связанного кар-нитина. Увеличение данного соотношения отражает увеличение доли связанных форм карнитина в структуре показателя общего карнитина. Несмотря на то, что показатели во всех группах укладываются в пределы нормы, данный индекс в результате нашего исследования оказался статистически значимо выше у юных спортсменов в сравнении с контрольной группой (р<0.05).
В ходе изучения особенностей карнитинового обмена у спортсменов и представителей контрольной группы была также определена масса тела и про-
Таблица 3. Содержание свободного и связанного карнитина с учетом половых различий , M (SD)
Table 3. Content of the free and bound carnitine by gender differences, M (SD)
группа признак Мальчики N = 77 Девочки N = 54
Свободный карнитин (С0), мкмоль/л 34,78 (0,88)* 30,58 (0,76)
Связанный карнитин (АК), мкмоль/л 16,18 (0,62)* 13,93 (0,38)
АК/С0 0,51 (0,02) 0,46 (0,01)
Примечание: * - отличия в содержании свободного и связанного карнитина в группе мальчиков и девочек статистически значимы при р<0,05
Note: * - differences in the content of free and bound carnitine in the groups of boys and girls are statistically significant at р<0.05
центное содержание жировой ткани в организме исследуемых. После определения данных параметров у исследуемых была выявлена статистически значимая (р<0.01) отрицательная корреляционная связь между процентным содержанием жировой массы тела и связанным карнитином (-0,67), а также соотношением связанный карнитин/свободный карнитин (-0,61). Закономерно была обнаружена достоверная статистически значимая положительная корреляционная связь между содержанием связанного карнитина и уровнем некоторых аминокислот, в частности метионина (0,66) и фенилаланина (0,63).
Аминокислоты как заменимые, так и незаменимые участвуют в энергетическом обмене клетки, в процессе глюконеогенеза. Из аланина, цистеина, глицина образуется пируват. Фенилаланин окисляется в тирозин с участием фермента микросомального окисления, специфической монооксигеназой - фе-нилаланингидроксилазой. Тирозин, в свою очередь, вступает в многочисленные реакции в различных тканях. В результате этих превращений тирозин не только распадается до конечных продуктов, но и дает промежуточные метаболиты, из которых образуется ряд важных соединений, некоторые из которых являются биологически активными веществами, в частности, фумарат, участвующий в цикле Кребса. Глутаминовая кислота является регулятором окислительно-восстановительных реакций в организме, помимо этого она является субстратом для биосинтеза аминокислоты орнитина путем ее переаминирования. Орнитин способствует секреции гормона роста, что стимулирует процесс сжигания жировой ткани. Аминокислота глицин также участвует в синтезе креатина, который в свою очередь подвергается фосфорилированию с участием АТФ до образования креатинфосфата. Аминокислоты с разветвленной цепью (валин, лейцин, изолей-цин) служат источником энергии в мышечных клетках, препятствуют снижению уровня серотонина, а также являются одним из главных источников для синтеза тканей тела.
Исследование уровня незаменимой аминокислоты метионина представило особый интерес за счет своего положительного влияния на липидный обмен (липотропное действие), а также это вещество является субстратом для эндогенного синтеза кар-нитина. Возрастные нормы данного вещества находятся в пределах от 6 до 37 мкмоль/л. В группе девочек-спортсменок уровень метионина варьировался 4,507 до 10,908 мкмоль/л (у 6 девочек уро-
вень метионина оказался ниже нормальных значений), среднее значение - 6,69 (0,36) мкмоль/л. У мальчиков-спортсменов максимальное значение метионина достигало 50,30 мкмоль/л, что существенно превышает уровень нормы, а минимальное - 11,33 мкмоль/л. Среднее значение уровня метионина в этой группе - 18,23 (1,31) мкмоль/л. Таким образом, уровень метионина у мальчиков статистически значимо выше при р<0,01. В контрольной группе девочек средний уровень метионина составил 12,91 (0,49) мкмоль/л, а у мальчиков — 8,08 (0,86) мкмоль/л. Статистическая значимость различий в содержании метионина отмечена при р<0,001.
По результатам исследования и их статистической обработки установлен ряд особенностей кар-нитинового статуса и обмена аминокислот у юных спортсменов. Можно предположить, полученные данные отражают более эффективную клеточную энергетику у детей, занимающихся спортом. Отсутствие интенсивной физической нагрузки не требует от организма ребенка высоких энергетических затрат, что позволяет процессу тканевого дыхания функционировать менее эффективно.
Рылова Н.В.
http:/orcid.org/0000-0002-9248-6292
Жолинский А.В.
http:/orcid.org/0000-0002-0267-9761
Биктимирова А.А.
http:/orcid.org/0000-0002-9635-1301
ЛИТЕРАТУРА
1. Рылова Н.В., Биктимирова А.А. Особенности энергообмена у юных спортсменов // Практическая медицина. - 2013. -№ 6 (75). - С. 30-34.
2. Рылова Н.В., Биктимирова А.А., Самойлов А.С., Назаренко А.С. Энерготропные препараты в детской спортивной медицине // Профилактическая и клиническая медицина. - 2014. - № 4 (53). -С. 132-141.
3. Биктимирова А.А., Рылова Н.В., Золкина И.В., Кулагина Т.Е., Сухоруков В.С. Особенности карнитинового обмена у юных спортсменов // Российский вестник перинатологии и педиатрии. -2015. - № 2(60). - С. 105-108.
4. Белоцерковский З.Б. Эргометрические и кардиологические критерии физической работоспособности у спортсменов. - М.: Советский спорт, 2009.
5. Ключников С.О., Ильяшенко Д.А., Ключников М.С. Эффективность Карнитона и Кудесана у подростков // Практика педиатра. - 2009. - № 2. - С. 23-27.
6. Царегородцев А.Д., Сухоруков В.С. Митохондриальная медицина - проблемы и задачи // Российский вестник перинатологии и педиатрии. - 2012. - № 4 (2). - С. 5-14.
7. Karlic H, Lohninger A. Supplementation of L-carnitine in athletes: does it make sense? // Nutrition. - 2004. - № 7. - С. 709-715.
