CC BY
33
Том 18, № 4. 2020
PRACTICAL MEDICINE 45
УДК 577.164.183
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
Влияние карнитина на выносливость юных спортсменов
Контактная информация:
Рылова Наталья Викторовна — доктор медицинских наук, профессор кафедры госпитальной педиатрии Адрес: 420012, Казань, ул. Бутлерова, д. 49, тел.: +7 (917) 397-33-93, e-mail: rilovanv@mail.ru
Согласно данным литературы, показатели клеточного энергетического статуса, в частности повышенный уровень карнитина в крови, могут быть связаны с нервно-мышечной усталостью.
Цель исследования — изучение взаимосвязи клеточного энергообмена и выносливости юных атлетов. Материал и методы. В исследование включались дети в возрасте от 12 до 18 лет. Основная группа (94 юных спортсменов) состояла из двух подгрупп в зависимости от характера тренировочной нагрузки — циклического (46) и игрового (48) видов спорта. Контрольная группа — 37 детей, занимающихся физической культурой только в школе. Специальные методы исследования: тандемная хромато-масс-спектрометрия и кардиореспираторное нагрузочное тестирование.
Результаты. Показатели свободного карнитина у юных атлетов в зависимости от вида спортивной нагрузки имеют достоверные отличия. Использование критерия Тьюки выявило, что содержание свободного карнитина существенно более высокое у спортсменов с циклическими нагрузками, нежели у атлетов игровых видов и контрольной группы. Различия показателей абсолютного и относительного максимального потребления кислорода (МПК) в изучаемых группах были достоверными. Оценка абсолютного показателя МПК установила, что у мальчиков — атлетов циклических видов спорта уровень МПК выше, чем у спортсменов игровых видов и группы контроля. Относительные показатели МПК свидетельствуют об аналогичных тенденциях.
Выводы. Установлено, что показатели клеточной энергетики и МПК достоверно выше у юных спортсменов циклических видов спорта в сравнении с игровыми видами. При комплексном изучении энергетического статуса юных атлетов возможно прогнозировать уровень физической работоспособности. Вклад уровня свободного карнитина в дисперсию показателя абсолютного МПК составляет 20,9% (p < 0,01).
Ключевые слова: юные спортсмены, карнитиновый обмен, физическая работоспособность.
(Для цитирования: Рылова Н.В., Жолинский А.В., Биктимирова А.А. Влияние карнитина на выносливость юных спортсменов. Практическая медицина. 2020. Том 18, № 4, С. 45-48) DOI: 10.32000/2072-1757-2020-4-45-48
N.V. RYLOVA1, A.V. ZHOLINSKY2, A.A. BIKTIMIROVA1
1Kazan State Medical University, Kazan
2Federal Scientific and Clinical Center for Sports Medicine and Rehabilitation of the FMBA of Russia, Moscow
Influence of carnitine on endurance of young athletes
Contact details:
Rylova N.V. — MD, Professor of the Department of Hospital Pediartics
Address: 49 Butlerov St., Russian Federation, Kazan, 420012, tel.: +7 (917) 397-33-93, e-mail: rilovanv@mail.ru
Based on the currently available scientific literature, the indicators of cellular energy status, in particular the elevated levels of carnitine in muscle tissue, may be associated with the neuromuscular fatigue.
The purpose is to study the relationship between cellular energy exchange and endurance of young athletes. Material and methods. The study included children aged 12 to 18 years. The main research group (94 young athletes) consisted of two subgroups depending on the nature of the training load — cyclic (46) and game (48) sports. The control group was 37 children engaged in physical training only at school. Special research methods were: tandem chromatography-mass spectrometry and cardiorespiratory stress testing.
Results. The indicators of free carnitine in young athletes, depending on the type of sports load, have significant differences. Using the Tukey criterion revealed that the content of free carnitine is significantly higher in athletes with cyclic loads than in athletes of game type sports and the control group. Differences in absolute and relative maximum oxygen consumption (MIC) in the study groups were
significant. Evaluation of the absolute MIC found that boys — athletes of cyclic sports, show a higher level of MIC than athletes of game types and control groups. Relative indicators of the MIC indicate similar trends.
Conclusion. It was found that the indicators of cellular energy and MIC are significantly higher among young athletes of cyclic sports in comparison with game sports. With a comprehensive study of the energy status of young athletes, it is possible to predict the level of physical performance. The contribution of the level of free carnitine to the variance of the absolute MIC index is 20,9% (p < 0,01).
Key words: young athletes, carnitine metabolism, physical performance.
(For citation: Rylova N.V., Zholinsky A.V., Biktimirova A.A. Influence of carnitine on endurance of young athletes. Practical medicine. 2020. Vol. 18, № 4, P. 45-48)
Отличительной чертой юношеского спорта является необходимость обеспечения гармоничного роста и развития юного атлета, который находится под влиянием интенсивных, а порой и экстремальных физических нагрузок. При построении тренировочных циклов и планировании соревнований важно не забывать о сохранении здоровья юного спортсмена (ЮС) [1, 2]. Недостаток кислорода меняет обмен жирных кислот, что характеризуется нарушением бета-окисления. Данный процесс ассоциирован со снижением уровня карнитина, вследствие чего происходит внутриклеточное накопление промежуточных продуктов обмена жирных кислот: ацилкарнитинов и ацил-КоА [3]. Свойства карнитина в последние годы активно обсуждается в профилактической медицине [4-7].
Основываясь на доступной в настоящее время научной литературе, антиоксидантная способность повышенных уровней карнитина в мышечной ткани может быть связана с его защитным действием в отношении нервно-мышечной усталости [8]. Пищевые добавки с L-карнитином продемонстрировали перспективу в усилении нейрональной функциональности, поскольку основной ацетиловый эфир L-карнитина, ацетил^-карнитин (ALC), оказывает широкий спектр нейропротективных и нейротро-фических эффектов [9]. В частности, ALC повышает нейропротекторные свойства, облегчая биосинтез нейротрансмиттеров в головном мозге [10], поскольку полученный из ALC ацетил-СоА служит перспективным альтернативным субстратом для синтеза церебрального ацетилхолина.
Дотация L-карнитина приводит к повышению уровня L-карнитина в сыворотке, и во многих исследованиях сообщалось о значительной положительной корреляции между повышенными концентрациями L-карнитина в сыворотке и уменьшением вызванных гипоксией биохимических нарушений [8, 11]. Кроме того, мы ожидаем, что повышение концентрации L-карнитина в сыворотке может увеличить его транспорт, что может облегчить гипоксию и стимулировать синтез ацетилхолина. Соответственно, данные ранних исследований показали, что спортсмены могут извлечь выгоду из потребления L-карнитина из-за увеличения кровотока и снабжения кислородом мышечной ткани, что, следовательно, уменьшает нарушения, связанные с гипоксией [8]. Например, как сообщают КагИс и Lohninger [11], лечение L-карнитином ослабляет негативные эффекты высокоинтенсивных тренировок, уменьшая степень гипоксического повреждения, и оказывает благоприятный эффект, ускоряя восстановление после физической нагрузки.
Использование L-карнитина в качестве потенциального эргогенного средства может увеличить потребление кислорода митохондриями [12].
L-карнитин также опосредует накопление метаболических побочных продуктов. Теоретически физиологический процесс накопления метаболитов в мышечных клетках называют метаболическим стрессом. В частности, Aureli et al. использовали модели на экспериментальных животных, чтобы убедиться, что ALC вызывает соответствующее снижение концентрации протонов неорганического фосфата и концентрации молочной кислоты. Использование добавок L-карнитином снижает содержание митохондриального пирувата и уровень лактата в плазме, стимулируя благоприятное соотношение ацетил-КоА / КоА [11].
Участие карнитина в переносе длинноцепочеч-ных жирных кислот через внутреннюю митохондри-альную мембрану в печени была впервые описана Fritz в 1959 г. Исследования основного митохондри-ального метаболизма и функции L-карнитина выявили, что он участвует в бета-окислении свободных жирных кислот путем перемещения их через внутреннюю мембрану митохондрий. Гипоксический процесс способствует развитию митохондриального распада и неадекватного синтеза АТФ. Исследователи попытались проверить, что L-карнитин восстанавливает вызванную гипоксией энергетическую недостаточность и окислительное повреждение. Поскольку митохондриальные мембраны непроницаемы для длинноцепочечных жирных кислот, транспорт ацетилированных жирных кислот в ми-тохондриальный матрикс для их последующего р-окисления невозможен. Тем не менее существенным выводом исследования [13] было то, что использование ALC (ацетилированного производного и основного ацетилового эфира L-карнитина) в качестве энергетического субстрата является оправданным, поскольку ALC обеспечивает получение ацетильной части, окисленной для производства энергии (АТФ). В частности, связывание L-карнитина с ацетильными группами происходит с помощью карнитинацилтрансферазы с образованием сложного эфира ацетилкарнитина с длинной цепью, ацетильного компонента ALC, который переносит ацетилированные жирные кислоты в митохондриальный матрикс, где они подвергаются р-окислению, а затем обеспечивает ацетил-КоА в качестве окисляемого субстрата для цикла три-карбоновых кислот, что способствует производству большого количества АТФ [8]. Очевидно, ALC обладает энерготропным действием. L-карнитин эффективен в обеспечении адаптации к стрессу при гипоксии, например посредством увеличения потребления кислорода и увеличения продукции АТФ. Тем не менее необходимы дальнейшие исследования, чтобы полностью изучить эти потенциальные механизмы, особенно в отношении потенциального использования L-карнитина у ЮС.
Том 18, № 4. 2020
PRACTICAL MEDICINE > 47
Примечание: F — критерий Фишера; p — определенная вероятность безошибочного прогноза статистической значимости различий между группами.
Note: F — Fischer criterion; p — certain probability of a correct forecast of statistical significance of differences among the groups.
Таблица 1. Показатели обмена карнитина в исследуемых группах* Table 1. Indices of carnitine metabolism in the studied groups*
Изучаемые показатели Группы исследования F p
Игровые виды Циклич. виды Контрол. группа
С0, мкмоль/л 29,9 (1,0) 36,3 (0,8) 32,0 (1,0) 13,9 < 0,001
АК, мкмоль/л 16,0 (0,7) 16,3 (0,7) 14,3 (0,5) 1,7 > 0,05
АК/С0 0,54 (0,02) 0,46 (0,02) 0,46 (0,02) 4,9 < 0,01
Цель исследования — изучение взаимосвязи клеточного энергообмена и выносливости юных атлетов.
Материал и методы
Обследованы ЮС в возрасте от 12 до 18 лет: 94 спортсменов разделили на 2 подгруппы в зависимости от специфики нагрузки — циклическая (46) и игровая (48). Контрольная группа — 37 детей, занимающихся физической культурой только в школе. Специальные методы исследования: тан-демная хромато-масс-спектрометрия и кардиоре-спираторное нагрузочное тестирование. Материал для исследования получали в соответствии с разрешением локального этического комитета Казанского государственного медицинского университета МЗ РФ. Тандемная хромато-масс-спектрометрия проводилась в лаборатории общей патологии Научно-исследовательского клинического института педиатрии РНИМУ им. Н.И. Пирогова (заведующий лабораторией — д.м.н., профессор В.С. Сухоруков). Изучены показатели карнитинового обмена в венозной крови: свободный (С0), связанный карни-тин (АК) и их соотношение.
Для изучения выносливости атлетов использовался уровень максимального потребления кислорода (МПК). МПК определялся с помощью кар-диореспираторного нагрузочного тестирования с применением велоэргометра и автоматического анализатора выдыхаемого воздуха в лаборатории кафедры естественно-научных и медико-биологических дисциплин ФГБОУ ВПО «Поволжской государственной академии физической культуры, спорта и туризма».
Статистический анализ проводился с использованием программы IBM SPSS Statistics 20. Материалы исследования были подвергнуты статистической обработке с использованием методов параметрического и непараметрического анализа в соответствии с результатами проверки сравниваемых совокупностей на нормальность распределения. Каждая из сравниваемых совокупностей показателей, измеренных в количественной шкале, оценивалась на предмет соответствия ее распределения закону нормального распределения. Для этого использовался критерий Шапиро — Уилка, рекомендуемый при числе исследуемых менее 60, что позволяет говорить о достоверности результатов при исследовании небольших групп. В случае подтвержденного нормального распределения совокупностей способом оценки статистической значимости различий между ними служил t-критерий Стьюдента. В случаях, когда распределение хотя бы одной из совокупностей не являлось нормальным, для сравнения ис-
пользовались методы непараметрического анализа с применением ^критерия Манна — Уитни. Статистическая значимость различий между группами в случае множественных сравнений оценивалась при помощи однофакторного дисперсионного анализа путем расчета критерия F Фишера. Если рассчитанное значение Fнабл. оказывалось больше Fкр., то делался вывод о статистической значимости различий между группами с определенной вероятностью безошибочного прогноза p. В случае обнаружения статистически значимых различий между группами, дополнительно проводилось парное сравнение совокупностей при помощи апостериорного критерия Тьюки.
Результаты
Статистическая значимость в группах исследования доказана с помощью критерия Фишера. Результаты представлены в табл. 1.
Показатели свободного карнитина (С0) у ЮС в зависимости от вида спортивной нагрузки имеют статистическую значимость различий (критерий F Фишера = 13,9; p < 0,001). Использование критерия Тьюки выявило, что содержание С0 существенно более высокое у спортсменов с циклическими нагрузками, нежели у ЮС игровых видов ^ < 0,001) и контрольной группы ^ < 0,01). Установленная статистическая значимость указывает на более эффективную клеточную энергетику у атлетов с циклической нагрузкой. Анализ данных по связанному карнитину свидетельствует об отсутствии статистической значимости ^ = 1,7; p > 0,05).
Исследование показателей МПК позволило установить статистическую значимость параметров у спортсменов разных групп. Показатели МПК представлены в табл. 2.
Установленная статистическая значимость МПК также указывает на более эффективную клеточную энергетику и высокую работоспособность ЮС в условиях аэробных нагрузок. Различия показателей абсолютного и относительного МПК в изучаемых группах были статистически значимыми ^ < 0,001). Оценка абсолютного показателя МПК установила, что у мальчиков — ЮС циклических видов спорта уровень МПК выше, чем у ЮС игровых видов и группы контроля при р < 0,001. Относительные показатели МПК свидетельствуют об аналогичных тенденциях. В исследовании также выявлены значимые корреляции между данными показателями. Коэффициент корреляции этих показателей равен 0,46, что по шкале Чеддока характеризует умеренную связь. Вклад свободного карнитина в дисперсию показателя абсолютного МПК составляет 20,9% ^ < 0,01).
Таблица 2. Показатели МПК абсолютного (л/мин) и МПК относительного (мл/кг/мин) в исследуемых группах
Table 2. Indices of absolute (l/min) and relative (ml/kg/min) maximal oxygen consumption in the studied groups
Специфика нагрузок МПК относительное МПК абсолютное
Девочки Мальчики Девочки Мальчики
Игровые виды 38,4 (1,0) н/д 38,4 (1,0) н/д
Циклические виды 44,9 (1,9) 60,4 (1,3) 44,9 (1,9) 60,4 (1,3)
Контрольная группа н/д 40,0 (2,8) н/д 40,0 (2,8)
Таким образом, установлено, что показатели клеточной энергетики и МПК достоверно выше у юных спортсменов циклических видов спорта в сравнении с игровыми видами (p < 0,001). При комплексном изучении энергетического статуса юных атлетов возможно прогнозировать уровень их физической работоспособности.
Рылова Н.В.
https://orcid.org/0000-0002-9248-6292
Жолинский А.В.
https://orcid.org/0000-0002-0267-9761
Биктимирова А.А.
https://orcid.org/0000-0002-9635-1301
ЛИТЕРАТУРА
1. Nabatov A.A., Rylova N.V., Troegubova N.A. Sport and sample-specific features of trace elements in adolescent female field hockey players and fencers // Journal of Trace Elements in Medicine and Biology. - 2017. - Vol. 43. - P. 33-37. DOI: 10.1016/j. jtemb.2016.11.002
2. Рылова Н.В., Биктимирова А.А., Жолинский А.В. Обмен кар-нитина в оценке состояния тканевой энергетики и физической работоспособности юных спортсменов // Спортивная медицина: наука и практика. - 2019. - Т. 9, № 1. - С. 14-20. DOI: 10.17238/ ISSN22232524.2019.1.14
3. Рылова Н.В., Биктимирова А.А., Назаренко А.С. Уровень максимального потребления кислорода как показатель работоспособности спортсменов, специализирующихся в различных видах спорта // Практическая медицина. - 2014. - № 9 (85). - C. 147-150.
4. James L.P., Haff G.G., Kelly V.G., Beckman E.M. Towards a Determination of the Physiological Characteristics Distinguishing
Successful Mixed Martial Arts Athletes: A Systematic Review of Combat Sport Literature // Sports Med. - 2016. - Vol. 461 (10). -P. 1525-1551. DOI: 10.1007/s40279-016-0493-1
5. Warren J.L., Hunter G.R., Gower B.A. et al. Exercise Effects on Mitochondrial Function and Lipid Metabolism during Energy Balance // Med Sci Sports Exerc. - 2020. - Vol. 52 (4). - P. 827-834. DOI: 10.1249/MSS.0000000000002190
6. Pirmadah F., Ramezani-Jolfaie N., Mohammadi M. et al. Does L-carnitine supplementation affect serum levels of enzymes mainly produced by liver? A systematic review and meta-analysis of randomized controlled clinical trials // Eur J Nutr. - 2019. - Vol. 5. DOI: 10.1007/s00394-019-02068-4
7. Menchetti L., Guelfi G., Speranza R. et al. Benefits of dietary supplements on the physical fitness of German Shepherd dogs during a drug detection training course // PLoS One. - 2019. - Vol. 14 (6). -P. e0218275. DOI: 10.1371/journal.pone.0218275
8. Fielding R., Riede L., Lugo J.P. L-carnitine supplementation in recovery after exercise // Nutrients. - 2018. - Vol. 10. - P. 349. DOI: 10.3390/nu10030349
9. Traina G. The neurobiology of acetyl-L-carnitine Front // Biosci. (Landmark Ed.). - 2016. - Vol. 21. - P. 1314-1329. DOI: 10.2741/4459
10. Susanna F., Gary S.L., Lindauer B. et al. Metabolism of acetyl-L-carnitine for energy and neurotransmitter synthesis in the immature rat brain // J. Neurochem. - 2010. - Vol. 114. - P. 820-831. DOI: 10.1111/j.1471-4159.2010.06807.x
11. Karlic H., A. Lohninger A. Supplementation of L-carnitine in athletes: does it make sense? // Nutrition. - 2004. - Vol. 20. -P. 709-715. DOI: 10.1016/j.nut.2004.04.003
12. Mollica M.P., Iossa S., Soboll S., Liverini G. Acetyl-L-carnitine treatment stimulates oxygen consumption and biosynthetic function in perfused liver of young and old rats Cell // Mol. Life Sci. - 2001. -Vol. 58. - P. 477-484. DOI:10.1007/PL00000871
13. Szutowicz A. Aluminum, NO, and nerve growth factor neurotoxicity in cholinergic neurons // J. Neurosci. Res. - 2001. -Vol. 66. - P. 1009-1018. DOI:10.1002/jnr.10040
