close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

9057.Нарушение метаболизма пуринов в организме людей и крыс при утомлении при интенсивных физических нагрузках и прогнозирование этого состояния

код для вставкиСкачать
УДК 612.766.1:612.015.33-092.6-092.9
Омский государственный
медицинский университет
Омский государственный аграрный
университет им. П. А. Столыпина
НАРУШЕНИЕ
МЕТАБОЛИЗМА ПУРИНОВ
В ОРГАНИЗМЕ ЛЮДЕЙ И КРЫС
ПРИ УТОМЛЕНИИ
ПРИ ИНТЕНСИВНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ
НАГРУЗКАХ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ
ЭТОГО СОСТОЯНИЯ
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (144) 2015
В. В. КОРНЯКОВА
В. Д. КОНВАЙ
В. А. МУРАТОВ
Развитие утомления при интенсивных физических нагрузках сопровождается гиперлакцидемией, приводящей к катаболизму пуринов, истощению ферментов антиоксидантной системы и активации процессов перекисного окисления липидов. Данные
процессы протекают однонаправленно как в организме экспериментальных животных,
так и у спортсменов. Это позволяет предложить изученные в данной работе биохимические показатели в качестве тестов для прогнозирования развития утомления
у спортсменов.
Ключевые слова: физические нагрузки, кровь, печень, утомление, антиоксидантная
система.
10 % от массы тела, в течение пяти недель эксперимента через день. На крысах третьей группы (ИУк,
n=10–15) в течение первых трех недель моделировали интенсивные физические нагрузки таким же
образом, как и на крысах группы ИОкр, а последние
две недели подвергали животных ежедневному
принудительному плаванию с грузом. Это приводило
к развитию у них утомления. Критерием ограничения времени плавания у крыс второй и третьей
экспериментальной групп служило опускание животного на дно бассейна, после чего 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 печени. Из последней
в стеклянном гомогенизаторе Поттера на 0,15 М
растворе хлорида калия при температуре 0–2 °С
готовили 10 % гомогенаты, которые центрифугировали при 2000 g в течение 20 мин. Исследовали
надосадочную жидкость.
В выборку вошел 81 спортсмен мужского пола,
занимающийся 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,
БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
Утомление, развившееся у спортсменов, испытывающих интенсивные физические нагрузки, снижает
эффективность тренировочного процесса, особенно
в условиях несвоевременного распознавания его развития [1–3]. Существующие методы, позволяющие
распознавать это состояние, недостаточно эффективны. Поэтому нами в эксперименте на крысах,
подвергшихся принудительному плаванию, изучалась
взаимосвязь между нарушением окислительных
процессов в печени и изменением уровня ряда
биохимических показателей в крови. Это позволило
не только расшифровать молекулярные механизмы
развития утомления у данных животных, но и разработать тесты для распознавания и оценки тяжести
этого состояния [4, 5].
Целью настоящего исследования явилось выяснение, развивается ли утомление у спортсменов-пловцов по таким же механизмам, как у крыс, и пригодны
ли биохимические показатели, разработанные для
оценки этого состояния у животных, для распознавания утомления у людей.
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 (Ккр,
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 интенсивной
физической нагрузки (ИОкр; n=10–15), подвергавшиеся принудительному плаванию с грузом, равным
227
БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (144) 2015
не имеющие по данным анамнеза, физиологических
и биохимических исследований признаки утомления
(ИОсп, n=61). Во вторую группу вошли спортсмены,
имеющие по данным тех же исследований признаки
утомления (ИУсп, 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 Хельсинской 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 печени исследовали активность
глутатионредуктазы (ГлР), содержание малонового
диальдегида (МДА), глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназы
(Г-6-ФДГ) и глутатиона методами, описанными в работе [6]. 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 как у
экспериментальных крыс, так и у спортсменов-пловцов интенсивные физические нагрузки приводят
к развитию гипоксии, что выражается в увеличении
концентрации лактата в крови. У крыс группы ИУкр
последняя превышает значение аналогичного показателя в группах Ккр и ИОкр соответственно на 33,3%
(Р=0,0001) и 31,1% (Р=0,003). У спортсменов группы
ИУсп уровень лакцидемии на 173% и 24% выше по
сравнению с группами Кс (Р=0,0001) и ИОсп
(Р=0,041) соответственно.
И у подопытных животных, и у спортсменовпловцов развившийся лактоацидоз способствует
интенсивному катаболизму пуриновых мононуклеотидов до гипоксантина и ксантина с последующим
окислением этих метаболитов ксантиноксидазой до
урата. Концентрация последнего в крови крыс группы ИУкр превышает аналогичный показатель у животных группы Ккр и ИОкр соответственно на 89,6 %
(Р=0,0001) и 43,3 % (Р=0,01). Аналогичная тенденция
отмечена и у спортсменов группы ИУсп: уровень
урикемии у них на 41,2 % выше, чем в контроле
(Р=0,0001), и на 42,4 % превышает аналогичный показатель в группе ИОсп (Р=0,0001) (табл. 1, 2).
Ксантиноксидаза при этом продуцирует активные кислородные метаболиты (АКМ), которые повреждают мембранные структуры различных клеток и способствуют поступлению из них в кровь аспартатаминотрансферазы (АсАТ), как у экспериментальных животных, так и у спортсменов-пловцов. Активность
данного энзима в плазме крови крыс группы ИУкр превышает аналогичный показатель у крыс группы Ккр
на 30,5 % (Р=0,002), а у животных группы ИОкр —
на 28,9 % (Р=0,007). Увеличение этого показателя
в крови крыс тесно коррелирует с повышением в их
228 крови концентрации урата (r =0,509; Р=0,026).
s
Одним из основных источников повышения активности АсАТ в крови крыс группы ИУкр является,
по всей вероятности, печень. Повреждение ее в условиях развития утомления может происходить по различным механизмам. Неблагоприятное воздействие
на нее способны оказывать АКМ, генерируемые
ксантиноксидазой. Этот фермент в гепатоцитах
обладает высокой активностью. Активации ксантиноксидазы способствует то, что в условиях гипоксии
в печени не только образуется повышенное количество ее субстрата — гипоксантина, но и с током
крови в гепатоциты поступает определенное количество этого вещества, образующееся в других органах [7]. Свидетельством повреждения клеток печени
у крыс группы ИУкр является повышенное содержание в них МДА [на 32,2 % (Р=0,04) и 18,5 % (Р=0,22)
по сравнению с аналогичными показателями у животных групп Ккр и ИОкр соответственно].
Наряду с усиленной продукцией АКМ, в повреждении печени важную роль играет недостаточно
эффективная инактивация уже образующихся
перекисных соединений в результате реакции, катализируемой глутатионпероксидазой. Этот процесс
лимитируется недостаточной обеспеченностью
гепатоцитов глутатионом. Содержание последнего
в клетках печени крыс группы ИОкр не изменяется,
а у животных группы ИУкр снижается на 15,3 %
(Р=0,04) по сравнению с аналогичным параметром
у контрольных крыс. Это уменьшение отрицательно
коррелирует с увеличением уровня урата в крови
данных животных [rs=–0,644; Р=0,044)].
Существенный вклад в снижение содержания
глутатиона в печени крыс группы ИУкр, наряду
с усиленным вовлечением его в реакции инактивации
перекисных соединений, вносит и недостаточно эффективное восстановление образовавшегося в результате этих реакций глутатиондисульфида. Активность ГлР, катализирующей восстановление последнего в печени крыс группы ИОкр даже возрастает
(на 15,9%; Р= 0,022), что свидетельствует о повышенной потребности в глутатионе при интенсивных
физических нагрузках.
У животных группы ИУкр этот показатель не
возрастает, что может лимитировать восстановление
глутатиодисульфида, а вслед за этим – и эффективность инактивации перекисных соединений. Предотвращать активацию ГлР in vivo может недостаточная обеспеченность этого фермента НАДФ·Н2, генерируемого в из глюкозы в реакциях пентозного
цикла. Активность Г-6-ФДГ, ключевого энзима окислительной ветви этого метаболического пути, в печени крыс группы ИУкр на 27, 7% (Р=0,02) ниже по
сравнению с аналогичным параметром в контроле.
Этот фактор, наряду с недостаточной обеспеченностью углеводами в условиях интенсификации анаэробного гликолиза, может лимитировать процесс инактивации перекисных соединений.
Интенсивные физические нагрузки у крыс группы ИУкр приводят к интенсификации анаэробного
гликолиза и развитию лактоацидоза, инициирующих
усиленный катаболизм пуринов. Это приводит к повреждению мембран эритроцитов, на что указывает
нарастание в них уровня МДА, промежуточного продукта перекисного окисления липидов. Его содержание в эритроцитах крыс группы ИУкр 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 r s=0,366
Показатели
Исследуемые группы
К
И
ИУ
У крыс
Лактат, ммоль/л
8,19±0,49
8,33±0,60
10,92±0,45 к,и
Урат, мкмоль/л
79,2±6,4
104,8±10,5
150,2±16,4 к, и
239±8
242±8
312±22 к,и
4,82±0,18к
5,98±0,48 к,и
АсАТ, МЕ/л
У спортсменов-пловцов
Лактат, ммоль/л
2,19±0,15
Урат, мкмоль/л
345±12
342±7
487±20 к,и
АсАТ, МЕ/л
22,3±1,1
23,7±0,7
30,0±1,9 к,и
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (144) 2015
Таблица 1
Показатели окислительных процессов в крови экспериментальных крыс
и спортсменов-пловцов групп контрольных (К),
подвергшихся интенсивным физическим нагрузкам без развития утомления (И)
и с его развитием (ИУ), М±m
Примечание: к — различие статистически значимо по сравнению с контролем,
и — с группой И.
Таблица 2
Показатели окислительных процессов у экспериментальных крыс
и спортсменов-пловцов групп: контрольных (К),
подвергшихся интенсивным физическим нагрузкам без развития утомления (И)
и с его развитием (ИУ), М±m
Показатели
К
И
ИУ
В печени крыс
Малоновый диальдегид,
мкмоль/мг белка
2,76±0,21
3,08±0,33
3,65±0,27 к
Глутатион, ммоль/г белка
14,4±0,6
14,0±1,1
12,2±0,5 к
145±5
168±7 к
140±8 и
18,8±1,5
14,6±1,4к
13,6±1,2к
282±3
293±8
335±14 к, и
Глутатион, ммоль/л
1,01±0,02
1,02±0,04
0,88±0,04 к, и
Глутатионредуктаза, МЕ/мл
0,48±0,02
0,48±0,02
0,33±0,05 к, и
712±76
663±80
311±53 к, и
Глутатионредуктаза,
МЕ/г белка
Глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа, МЕ/г белка
В эритроцитах крыс
Малоновый диальдегид,
мкмоль/л
Глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа, МЕ/л
В эритроцитах спортсменов-пловцов
Малоновый диальдегид,
мкмоль/л
274±16
267±8
354±29 к, и
Глутатион, ммоль/л
1,043±0,08
0,956±0,02
0,850±0,03к, и
Глутатионредуктаза, МЕ/мл
4,26±0,16
4,14±0,11
3,48±0,21 к, и
Глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа, МЕ/л
99,2±7,7
94,5±4,4
71,1±8,3 к, и
Примечание: к — различие статистически значимо по сравнению с контролем,
и — с группой И.
по отношению к контролю и спортсменам группы
ИОсп соответственно. Существенный вклад в развитие дефицита глутатиона в организме спортсменов
группы ИУсп вносит, вероятно, также торможение
активности ГлР. Активность последней в эритроцитах спортсменов группы ИУсп снижена по отношению к аналогичному показателю в группах Ксп
и ИОсп на 18,3 % (Р=0,024) и 15,9 % (Р=0,017) соответственно. Снижение активности ГлР, по-видимому,
имеет место и in vivo вследствие недостаточной
обеспеченностью данного энзима НАДФН2, генерируемого из глюкозы в реакциях пентозного цикла.
Торможение последнего возможно в условиях раз-
БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
(Р=0,09). Это свидетельствует о взаимосвязи между
катаболизмом пуринов и интенсификацией процессов ПОЛ. Повышение содержания МДА в эритроцитах спортсменов группы ИУсп [на 29,2 % (Р=0,042)
и 32,6 % (Р=0,003) по сравнению с группами Ксп
и ИОсп соответственно] указывает на развившуюся
у них липопероксидацию мембранных структур этих
клеток.
Усиление липопероксидации мембранных структур у спортсменов первой из названных групп приводит, как и у крыс, к истощению фонда глутатиона.
Содержание этого трипептида в эритроцитах последних снижено на 18,5 % (Р=0,033) и 11,1% (Р=0,017)
229
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (144) 2015
вившегося в тканях снижения активности Г-6-ФДГ.
Активность последней в эритроцитах данных спортсменов снижена соответственно на 28,3 % (Р=0,029)
и 24,8 % (Р=0,022) по сравнению с аналогичными
показателями в группах Ксп и ИОсп.
Таким образом, утомление, развившееся вследствие интенсивных физических нагрузок, как у крыс,
так и у спортсменов-пловцов, приводит к интенсификации анаэробного гликолиза с последующим развитием гиперлакцидемии, инициирующей усиление
катаболизма пуринов, сопряженного с истощением
антиоксидантной системы и чрезмерной липопероксидацией мембранных структур. Данные процессы
протекают однонаправленно, что подтверждается
наличием корреляционной взаимосвязи между изменением показателей энергетического обмена и перекисного окисления липидов у крыс и спортсменовпловцов. Это позволяет предложить вышеописанные
показатели в качестве биохимических тестов для
прогнозирования развития утомления у спортсменов.
Библиографический список
1. Величко, Т. И. Свободнорадикальные процессы и бактерицидная система нейтрофилов периферической крови при
физических нагрузках [Электронный ресурс] / Т. И. Величко // Современные проблемы науки и образования. – 2015. –
№ 3. – Режим обращения: www.science-education.ru/123-19462
(дата обращения: 02.09.2015).
2. 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.
3. Солодков, А. С. Особенности утомления и восстановления спортсменов / А. С. Солодков // Ученые записки университета им. П. Ф. Лесгафта. – 2013. – № 6 (100). – С. 131–143.
4. Корнякова, В. В. Антиоксидантный статус гепатоцитов
при физических нагрузках и его коррекция селенитом натрия /
В. В. Корнякова, В. Д. Конвай // Естественные и технические
науки. – 2011. – № 4 (54). – С. 115–118.
5. Корнякова, В. В. Роль нарушения метаболизма пуринов
в повреждении кардиомиоцитов крыс при физических нагрузках / В. В. Корнякова, В. Д. Конвай // Омский научный вестник.
Сер. Ресурсы Земли. Человек. – 2012. – № 1 (108). – С. 96–99.
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. 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. –
С. 19–23.
КОРНЯКОВА Вера Валерьевна, кандидат биологических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Безопасность жизнедеятельности, медицина катастроф»
Омского государственного медицинского университета (ОмГМУ).
КОНВАЙ Владимир Дмитриевич, доктор медицинских наук, профессор (Россия), профессор кафедры
математических и естественнонаучных дисциплин
Омского государственного аграрного университета
им. А. П. Столыпина.
МУРАТОВ Владимир Альбертович, старший преподаватель кафедры «Безопасность жизнедеятельности,
медицина катастроф» ОмГМУ.
Адрес для переписки: bbk_2007@inbox.ru
Статья поступила в редакцию 14.04.2015 г.
© В. В. Корнякова, В. Д. Конвай, В. А. Муратов
Книжная полка
Тейлор, Д. Биология. В 3 т. / Д. Тейлор, Н. Грин, У. Стаут. – 5-е. изд. – М. : Мир, 2015. – 1340 с. –
ISBN 978-5-9963-1803-2.
Современное руководство по общей биологии, написанное коллективом ученых из разных стран. По каждой
из тем в книге представлены самые последние данные, но простота изложения и удачное расположение
материала делают его доступным для неподготовленного читателя.
В т. 1 рассматриваются следующие темы: разнообразие жизни на Земле (вирусы, бактерии, растения
и животные), а также основы биохимии, гистологии и экологии.
В т. 2 рассматриваются вопросы практической экологии, механизмы внутреннего транспорта и способы
координации и регуляции жизненных процессов.
В т. 3 рассмотрены вопросы экскреции и осморегуляции; размножение, рост и развитие растений и животных;
проблемы классической и прикладной генетики; эволюция жизни на Земле и механизмы видообразования.
Для студентов-биологов, преподавателей биологии в школе, биологов всех специальностей, учащихся старших
классов.
БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
Основы молекулярной биологии клетки / Б. Альбертс [и др.]. – М. : БИНОМ. Лаборатория
знаний, 2015. – 768 с. – ISBN 978-5-9963-0542-1.
230
Многим поколениям биологов знаком пятитомник Альбертса «Молекулярная биология клетки», на русском
языке впервые выпущенный в 1987 г. С тех пор вышло пять его изданий, каждое из которых вмещало самые последние достижения молекулярной биологии. Можно предполагать, что не в последнюю очередь
именно увеличивающимся объемом книги обусловлено решение авторов написать ее сокращенный вариант.
В книге поддержана традиция очень ясного и логичного изложения материала в виде красочных, понятных
схем и интересных иллюстраций с подробными подписями к ним. Издание адресовано студентам младших
курсов биологических и медицинских специальностей, школьным учителям и преподавателям вузов при
подготовке лекций и семинаров, а также старшеклассникам, интересующимся предметом и изучающим
его на профильном уровне.
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа