Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,736

ПРОЦЕССЫ СВОБОДНОРАДИКАЛЬНОГО ОКИСЛЕНИЯ ПРИ УТОМЛЕНИИ, РАЗВИВШЕМСЯ ВСЛЕДСТВИЕ ИНТЕНСИВНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

Корнякова В.В. 1 Конвай В.Д. 2 Муратов В.А. 1
1 ГБОУ ВПО «Омский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации
2 ФГБОУ ВПО «Омский государственный аграрный университет им. П.А. Столыпина»
Проведено биохимическое обследование экспериментальных животных, подвергшихся принудительному плаванию, и высококвалифицированных спортсменов-пловцов. Подопытные крысы были разделены на три группы: контрольную, плававшую без груза, и две опытные, в которых крысы плавали с грузом, равным 10 % от массы тела. У крыс второй опытной группы, плавающих в более интенсивном режиме, развивалось утомление. Обследованные спортсмены на основании анамнеза, физиологических и биохимических методов исследования были разделены на две группы: спортсмены с признаками утомления и не имеющие их. Контрольную группу обследуемых составили 30 лиц, не занимающихся спортом. В крови и сердце животных изучали показатели состояния системы антиоксидантной защиты и перекисного окисления липидов. Эти же показатели определяли в крови спортсменов-пловцов. Показано, что развитие утомления и у крыс и у спортсменов сопровождается гиперлакцидемией, приводящей к катаболизму пуринов, истощению ферментов антиоксидантной системы и активации процессов перекисного окисления липидов. Данные процессы протекают однонаправленно как в крови, так и в жизненно важных органах. Это позволяет использовать изученные биохимические показатели в качестве тестов для прогнозирования развития утомления у спортсменов.
интенсивные физические нагрузки
кровь
сердце
утомление
антиоксидантная система
1. Корнякова В.В., Конвай В.Д. Роль нарушения метаболизма пуринов в повреждении кардиомиоцитов крыс при физических нагрузках // Омский научный вестник. – 2012. – № 1 (108). – С. 96–99.
2. Корнякова В.В., Конвай В.Д., Фомина Е.В. Антиоксидантный статус крови при физических нагрузках и его коррекция // Фундаментальные исследования. – 2012. – № 1. – С. 47–51.
3. Макарова Г.А., Локтев С.А. Медицинский справочник тренера / Г.А.Макарова, С.А. Локтев. – М.: Советский спорт, 2005. – 587 с.
4. Полевщиков М.М. Оценка утомления при занятиях физической культурой и спортом / М.М. Полевщиков, А.М. Шрага, В.Е. Афоньшин, В.В. Роженцов // Теория и практика физ. культуры. – 2014. – № 7. – С. 75–78.
5. Солодков А.С. Особенности утомления и восстановления спортсменов // Ученые записки университета им. П.Ф. Лесгафта. – 2013. – № 6 (100). – С. 131–143.

Физические нагрузки высокой интенсивности, сопровождающие современный спорт, могут приводить изначально к развитию утомления, а затем и переутомления либо физического перенапряжения [3, 5]. Развитие утомления приводит к снижению физической работоспособности спортсменов и эффективности тренировочного процесса [4], это обосновывает необходимость разработки максимально эффективных методов его распознавания. Существующие на сегодняшний день методы, позволяющие диагностировать утомление, недостаточно эффективны, поскольку не отражают состояние окислительных процессов в жизненно важных органах, от функционирования которых зависит резистентность организма к физическим нагрузкам [1].

Цель исследования – предложить биохимические тесты для прогнозирования развития утомления на основании выявленных взаимосвязей между показателями окислительных процессов в жизненно важных органах и крови экспериментальных крыс и крови спортсменов, подвергшихся интенсивным физическим нагрузкам.

Материалы и методы исследования

Исследование проводили на белых аутбредных крысах-самцах массой 240 ± 20 г. и спортсменах-пловцах. Исследуемые животные были разделены на три группы. Первую из них составляли контрольные крысы (Кк, n = 10), подвергавшиеся плаванию без груза по усредненному времени (3–7 мин) через день в течение пяти недель эксперимента. Во вторую группу вошли животные с оптимальным режимом физической нагрузки (ИНк, n = 10–15), подвергавшиеся принудительному плаванию с грузом, равным 10 % от массы тела, в течение пяти недель эксперимента через день. На крысах третьей группы (ИН + Ук, n = 10–15) моделировали интенсивные физические нагрузки принудительным плаванием с грузом, равным 10 % от массы тела, в течение первых трех недель эксперимента через день, последние две недели – ежедневно. Критерием ограничения времени плавания у крыс второй и третьей экспериментальных групп служило опускание животного на дно бассейна, после которого оно не могло самостоятельно подняться на поверхность.

Плавание крыс проводили в бассейне диаметром 45 см, глубиной 60 см, с температурой воды 28–30 °С, а воздуха в виварии – 19–21 °С. Исследования проводились в соответствии с требованиями Европейской конвенции по защите экспериментальных животных (86/609 ЕЕС). По окончании эксперимента проводили забор крови и сердца. Cердце гомогенизировали на 0,15 М растворе хлорида калия в стеклянном гомогенизаторе Поттера при температуре 0–2 °С. Готовили 20 % гомогенаты сердца.

В выборку вошли 81 спортсмен мужского пола, занимающихся плаванием, в возрасте от 17 до 20 лет. Обследуемые спортсмены имели первый спортивный разряд, разряд кандидата в мастера спорта или мастера спорта. Они были обследованы в подготовительном периоде тренировочного процесса, отличающемся интенсивными физическими нагрузками. Первую группу испытуемых составили спортсмены, не имеющие по данным анамнеза, физиологических и биохимических исследований признаки утомления (ИНс, n = 61). Во вторую группу вошли спортсмены, имеющие признаки утомления по данным тех же исследований (ИН + Ус, n = 20). Забор крови у спортсменов проводили через 5–10 минут после завершения тренировки.

Контрольную группу (Кс) составили 30 человек, не занимающихся спортом, того же возраста и пола. При проведении исследования соблюдались требования Хельсинкской декларации «Этические принципы проведения научных медицинских исследований с участием человека».

По окончании эксперимента в крови крыс, спортсменов и лиц контрольной группы определяли концентрацию молочной и мочевой кислот, активность аспартатаминотрансферазы (АсАТ) унифицированными методами лабораторной диагностики. В эритроцитах и гомогенатах сердца исследовали активность глутатионредуктазы (ГлР), содержание малонового диальдегида (МДА), глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназы (Г-6-ФДГ) и глутатиона методами, описанными в работе [2]. Для биохимического исследования крови использовали реактивы фирм «Ольвекс» (Россия), «Hospitex» (Швейцария, Италия), «Randox» (Великобритания).

Результаты исследования обработаны статистически с использованием компьютерной программы «SPSS 13.0 for Windows». Статистическая обработка осуществлялась при помощи непараметрического U-критерия Манна – Уитни. Измерение связи между переменными проводили при помощи корреляционного анализа по Спирмену (rs).

Результаты исследования и их обсуждение

Из приведенных в табл. 1 и 2 данных следует, что и у экспериментальных животных, и у спортсменов-пловцов интенсивные физические нагрузки сопровождаются выраженной гиперлакцидемией. Концентрация лактата у крыс группы ИН + Ук превышает значение аналогичного показателя в группах Кк и ИНк соответственно на 33,3 % (Р = 0,0001) и 31,1 % (Р = 0,003). У спортсменов группы ИН + Ус концентрация молочной кислоты в крови на 173 и 24 % выше по сравнению с группами Кс (Р < 0,0001) и ИНс (Р = 0,041) соответственно. Развившийся лактоацидоз приводит к интенсивному катаболизму пуриновых мононуклеотидов до гипоксантина и ксантина с последующим окислением этих метаболитов ксантиноксидазой до урата. Уровень урикемии в крови крыс группы ИН + Ук превышает аналогичный показатель у животных группы Кк и ИНк соответственно на 89,6 % (Р = 0,0001) и 43,3 % (Р = 0,01). Аналогичная тенденция отмечена и у спортсменов группы ИН + Ук: уровень урикемии у них на 41,2 % выше, чем в контроле (Р = 0,0001), и на 42,4 % превышает аналогичный показатель в группе ИНк (Р = 0,0001) (табл. 1, 2).

Интенсивные физические нагрузки у крыс группы ИН + Ук приводят к интенсификации анаэробного гликолиза и развитию лактоацидоза, инициирующих усиленный катаболизм пуринов. Это приводит к повреждению мембран эритроцитов, на что указывает нарастание в этих клетках уровня МДА – промежуточного продукта перекисного окисления липидов (ПОЛ). Его содержание в эритроцитах крыс группы ИН + Ук превышает аналогичный показатель у животных групп К и ИН на 18,8 % (Р = 0,001) и 14,3 % (Р = 0,019) соответственно. Коэффициент корреляции между концентрацией мочевой кислоты в плазме крови и содержанием МДА в эритроцитах крыс составляет rs = 0,366 (Р = 0,09). Это свидетельствует о взаимосвязи между катаболизмом пуринов и интенсификацией процессов ПОЛ. Повышение содержания МДА в эритроцитах спортсменов группы ИН + Ус (на 29,2 % (Р = 0,042) и 32,6 % (Р = 0,003) по сравнению с группами Кс и ИНс соотвественно) указывает на развившуюся у них липопероксидацию мембранных структур этих клеток.

Таблица 1

Показатели окислительных процессов у крыс контрольных (Кк, n = 10), подвергшихся интенсивным физическим нагрузкам без развития утомления (ИНк, n = 10–15) и с его развитием (ИН + Ук, n = 10–15), М ± m

Показатели

Кк

ИНк

ИН + Ук

В крови крыс

Лактат, ммоль/л

8,19 ± 0,49

8,33 ± 0,60

10,92 ± 0,45 к, ин

Урат, мкмоль/л

79,2 ± 6,4

104,8 ± 10,5

150,2 ± 16,4 к, ин

Малоновый диальдегид, мкмоль/л

282 ± 3

293 ± 8

335 ± 14 к, ин

Глутатион, ммоль/л

1,01 ± 0,02

1,02 ± 0,04

0,88 ± 0,04 к, ин

Глутатионредуктаза, МЕ/мл

0,48 ± 0,02

0,48 ± 0,02

0,33 ± 0,05 к, ин

Глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназа, МЕ/л

712 ± 76

663 ± 80

311 ± 53 к, ин

В сердце крыс

Малоновый диальдегид, мкмоль/мг белка

8,83 ± 1,41

9,34 ± 0,26

10,18 ± 0,42

Глутатион, ммоль/г белка

38,5 ± 2,6

33,5 ± 1,7

26,4 ± 2,4 к, ин

Глутатионредуктаза, МЕ/мг белка

52,4 ± 2,6

51,1 ± 2,2

44,1 ± 0,5 к, ин

Глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназа, МЕ/г белка

3,21 ± 0,44

2,88 ± 0,26

1,94 ± 0,33 к, ин

Примечание. к – различие статистически значимо по сравнению с группой Кк; ин – с группой ИНк.

Таблица 2

Показатели окислительных процессов в крови лиц, не занимающихся спортом (Кс, n = 30), и спортсменов-пловцов, испытывающих интенсивные физические нагрузки без развития утомления (ИНс, n = 61) и с его развитием (ИН + Ус, n = 20), М ± m.

Показатели

Кс

ИНс

ИН + Ус

Лактат, ммоль/л

2,19 ± 0,15

4,82 ± 0,18 к

5,98 ± 0,48 к, ин

Урат, мкмоль/л

345 ± 12

342 ± 7

487 ± 20 к, ин

АсАТ, МЕ/л

22,3 ± 1,1

23,7 ± 0,7

30,0 ± 1,9 к, ин

Малоновый диальдегид, мкмоль/л

274 ± 16

267 ± 8

354 ± 29 к, ин

Глутатион, ммоль/л

1,043 ± 0,08

0,956 ± 0,02

0,850 ± 0,03 к, ин

Глутатионредуктаза, МЕ/мл

4,26 ± 0,16

4,14 ± 0,11

3,48 ± 0,21 к, ин

Глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназа, МЕ/л

99,2 ± 7,7

94,5 ± 4,4

71,1 ± 8,3 к, ин

Примечание. к – различие статистически значимо по сравнению с группой Кс, ин – с группой ИНс.

Следствием активации ксантиноксидазной реакции, сопровождающей катаболизм пуринов, является повреждение мембранных структур кардиомиоцитов крыс группы ИН + Ук. Об этом свидетельствует повышенное содержание в клетках сердца последних МДА (на 15,3 (Р = 0,48) и 9,0 % (Р = 0,16) по сравнению с аналогичными показателями у животных групп Кк и ИНк соответственно). Повышение содержания МДА в клетках сердца крыс группы ИН + Ук отрицательно коррелирует со снижением в их крови активности Г-6-ФДГ (rs = –0,794; Р = 0,003).

Интенсификация процессов ПОЛ в крови крыс и спортсменов с развившимся утомлением приводит к истощению антиоксидантной системы (АОС). Содержание G-SH в эритроцитах крыс, подвергшихся ИН + Ук, снижается на 12,9 % (Р = 0,011) и 13,7 % (Р = 0,041) по сравнению с уровнем этого показателя у крыс групп Кк и ИНк соответственно. Отрицательная корреляция между концентрацией G-SH в эритроцитах и содержанием урата в плазме крови подтверждает взаимосвязь между уровнем этого трипептида в организме крыс и интенсивностью катаболизма пуринов (rs = –0,265; Р = 0,17). Дефицит глутатиона развивается и у спортсменов группы ИН + Ус. Содержание этого трипептида в эритроцитах последних снижено на 18,5 % (Р = 0,033) и 11,1 % (Р = 0,017) по отношению к контролю и спортсменам группы ИНс соответственно. Содержание глутатиона снижается и в кардиомиоцитах крыс группы ИН + Ук [на 31,4 % (Р = 0,019) и 21,2 % (Р = 0,028) относительно значения аналогичного показателя у животных групп Кк и ИНк соответственно].

Развившийся дефицит глутатиона связан, очевидно, с торможением активности ГлР. В эритроцитах крыс группы ИН + Ук она на 31,3 % (Р = 0,018) ниже относительно активности данного фермента в крови животных групп Кк и ИНк. В эритроцитах спортсменов группы ИН + Ус активность данного энзима снижена по отношению к аналогичному показателю в группах Кк и ИНк на 18,3 % (Р = 0,024) и 15,9 % (Р = 0,017) соответственно. Снижение активности ГлР в крови спортсменов группы ИН + Ус положительно коррелирует со снижением показателя активности Г-6-ФДГ в крови крыс группы ИН + Ук (rs = 0,481; Р = 0,041). Активность ГлР снижается также в клетках сердца крыс группы ИН + Ук [на 15,8 % (Р = 0,017) и 13,7 % (Р = 0,023) по сравнению с аналогичными показателями у животных групп Кк и ИНк соответственно].

Снижение активности ГлР связано с недостаточной обеспеченностью данного энзима НАДФН2, генерируемого из глюкозы в реакциях пентозного цикла. О торможении последнего свидетельствует развившийся у крыс и спортсменов дефицит Г-6-ФДГ. В эритроцитах крыс группы ИН + Ук активность последней на 56,3 % (Р = 0,003) и 53,1 % (Р = 0,004) ниже по сравнению с аналогичными показателями в группах Кк и ИНк соответственно. В клетках крови спортсменов группы ИН + Ус активность Г-6-ФДГ снижена соответственно на 28,3 % (Р = 0,029) и 24,8 % (Р = 0,022) по сравнению с аналогичными показателями в группах Кс и ИНс. Она положительно коррелирует с показателем активности ГлР в крови крыс группы ИН + Ук (rs = 0,511; Р = 0,026). О снижении эффективности пентозного цикла свидетельствует также уменьшение активности Г-6-ФДГ в кардиомиоцитах крыс группы ИН + Ук на 39,6 % (Р = 0,044) и 32,6 % (Р = 0,046) по сравнению с уровнем аналогичного показателя у крыс групп Кк и ИНк соответственно. Снижение активности Г-6-ФДГ в клетках сердца крыс группы ИН + Ук тесно коррелирует со снижением в их крови активности ГлР (rs = 0,546; Р = 0,018).

Заключение

Таким образом, показано что утомление, развившееся вследствие интенсивных физических нагрузок, сопровождается развитием гиперлакцидемии, инициирующей катаболизм пуринов до урата. Следствием активации ксантиноксидазной реакции являются активация процессов ПОЛ, истощение компонентов АОС и угнетение пентозного цикла. Данные процессы происходят однонаправленно как в крови и жизненно важных органах крыс, так и в крови спортсменов. Это позволяет предложить биохимические показатели, о которых говорилось выше, в качестве биохимических тестов для диагностики развития утомления у спортсменов.


Библиографическая ссылка

Корнякова В.В., Конвай В.Д., Муратов В.А. ПРОЦЕССЫ СВОБОДНОРАДИКАЛЬНОГО ОКИСЛЕНИЯ ПРИ УТОМЛЕНИИ, РАЗВИВШЕМСЯ ВСЛЕДСТВИЕ ИНТЕНСИВНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ НАГРУЗОК // Успехи современного естествознания. – 2015. – № 9-2. – С. 308-311;
URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=35583 (дата обращения: 17.10.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074