Анаполон - описание и цены. Вся информация о Анаполоне.

Метаболические реакции организма при адаптации к мышечной деятельности

На протяжении последних лет научные интересы сотрудников и аспирантов сектора биохимии спорта СПбНИИФКа фокусировались на изучении биохимических механизмов адаптации к мышечной деятельности по следующим основным направлениям: особенности липидного обмена при физических нагрузках (ФН) различного характера, регуляция метаболизма скелетных мышц и жировой ткани на уровне рецепции стероидных гормонов и их метаболического эффекта, молекулярные механизмы повреждения скелетных мышц, неферментативное гликирование белков и выявление генетической предрасположенности к выполнению ФН различного характера с применением ДНК-технологий.

Важную роль в энергетическом обеспечении мышечной деятельности (МД) аэробного характера, как известно, играют липидные источники как самих скелетных мышц, так и жировой ткани. Однако взаимоотношения между мобилизацией и утилизацией внутримышечных и жировых запасов триглицеридов при адаптации организма к однократным и систематическим ФН остаются до конца не изученными. Другим важным вопросом является повышение возможностей организма к использованию этих энергетически емких резервов без применения таких традиционных активаторов липидного метаболизма, как относящийся к допинговым веществам кофеин. Для решения этих вопросов на лабораторных животных были поставлены эксперименты с однократными и систематическими ФН различного характера, в ходе которых проводили определение активности ключевого фермента жирового обмена - триглицеридлипазы [14] и содержание белка, связывающего жирные кислоты (БСЖК) в цитоплазме мышц. В ходе наших исследований было установлено, что при включении в однократные нагрузки аэробного характера коротких отрезков максимальной интенсивности (ускорений) наблюдается повышение активности липазы не только в жировой ткани, но и в скелетных мышцах различного метаболического профиля, что позволяет организму более эффективно использовать внутримышечные источники энергии. Как показано в исследованиях на спортсменах и на лабораторных животных, активации липидного метаболизма при выполнении аэробно-анаэробных ФН способствует и однократный прием щелочного напитка, приводящий к нормализации параметров кислотно-основного равновесия крови, активации липазы жировой ткани и повышенной мобилизации свободных жирных кислот [13]. При адаптации к систематической МД аэробного характера происходит повышение липазной активности тканей, причем при включении в тренировочные нагрузки ускорений степень выраженности этих изменений оказывается существенно выше в функционально более активных скелетных мышцах оксидативного профиля [3, 13].

Как установлено в последнее время, транспорт как внутриклеточных, так и приносимых с альбумином крови жирных кислот в цитоплазме мышечных клеток осуществляется низкомолекулярным (14 кДа) белком - БСЖК. Нами было установлено, что содержание БСЖК в скелетных мышцах оксидативного и смешанного типов повышается под влиянием систематической МД аэробного характера, более выраженное при выполнении животными нагрузок с включением коротких отрезков максимальной интенсивности [3].

Таким образом, при однократных и систематических ФН с аэробной направленностью метаболических процессов наблюдается усиление липидного метаболизма как жировой ткани, так и скелетных мышц. Повышение интенсивности аэробных ФН приводит к увеличению мобилизации внутримышечных триглицеридов и утилизации жирных кислот в работающих мышцах за счет активизации процессов их транспорта.

Известно, что одним из аспектов адаптации к систематической МД является повышение чувствительности органов-мишеней к метаболическому действию гормонов, определяемой наличием специфических белков-рецепторов. В нашей лаборатории изучались различные аспекты гормон-рецепторного связывания андрогенов и глюкокортикоидов с цитоплазматическими рецепторами скелетных мышц и жировой ткани [7, 8, 21]. В экспериментах на лабораторных животных было установлено, что в этих тканях обнаруживаются рецепторные белки с высокой аффинностью и селективностью, связывающие соответствующие стероидные гормоны и обладающие всеми свойствами, присущими данным рецепторам в специфических органах-мишенях (простате и печени). Введение животным тестостерона или 19-нортестостерона вызывает фазовые изменения уровня рецепции андрогенов в цитозоле скелетных мышц и жировой ткани с минимальным снижением уровня связывания через 30-60 мин после андрогенизации животных. Было обнаружено двукратное повышение рецепторного связывания андрогенов в цитозоле скелетных мышц через 6 часов после введения гормона и доказано, что приблизительно на 50% этот эффект обеспечен синтезом рецепторных белков de novo [21]. Однократное введение животным кортикостерона также сопровождается фазовыми изменениями уровня рецепции глюкокортикоидов в жировой ткани с минимальным связыванием через 1 час и максимальным, в 3 раза превышающим контрольные значения, через 8 часов после инъекции [7, 8]. Полученные результаты свидетельствуют о регуляции стероидными гормонами уровня собственной рецепции в органах-мишенях по механизму отрицательной обратной связи.

Однократные ФН оказывают воздействие на рецепцию андрогенов и глюкокортикоидов в цитозоле органов-мишеней, аналогичное однократному введению гормонов и находящееся в противофазе с концентрациями тестостерона и кортикостерона в крови [7, 8, 21]. Нами впервые было установлено, что при систематической МД наблюдаются тканеспецифические изменения рецепции стероидных гормонов. Наибольшее повышение рецепторного связывания андрогенов в цитозоле скелетных мышц наблюдается при тренировке животных ФН анаэробно-гликолитической направленности, тогда как в подкожной жировой ткани этот эффект выражен при аэробной МД.

Андрогены реализуют свой метаболический эффект через индукцию синтеза некоторых андрогензависимых ферментов, к которым относятся и ферменты синтеза полиаминов - орнитиндекарбоксилаза и S-аденозилметиониндекарбоксилаза. Было показано, что концентрация полиаминов и активность ферментов их синтеза коррелируют с интенсивностью анаболических процессов. Результаты экспериментов, проведенных в нашей лаборатории, показали, что активность этих ферментов и содержание полиаминов выше в скелетных мышцах оксидативного профиля. Однократные ФН приводят к активации синтеза полиаминов в скелетных мышцах: аэробные - преимущественно в оксидативных волокнах, анаэробные - в гликолитических. Систематическая МД аэробной направленности сопровождается снижением количества полиаминов в скелетных мышцах, тогда как включение ускорений и ФН анаэробного характера приводит к увеличению их концентрации в ткани. Однократное и систематическое введение анаболического стероида 17a-метилтестостерона вызывает активацию системы синтеза полиаминов с пиком активности к 8 часу действия гормона и более выраженное в обоих случаях в мышечных волокнах оксидативного профиля [17, 22]. Полученные результаты свидетельствуют об участии полиаминов в процессах адаптации к МД и их роли в реализации анаболического эффекта андрогенов.

Изменение проницаемости клеточных мембран, вызываемое МД, оказывает существенное влияние на метаболические процессы в клетках мышечных волокон, что в конечном итоге сказывается на их работоспособности. В секторе биохимии разработан метод определения величины проницаемости искусственных и нативных бимолекулярных липидных мембран для стероидных гормонов [1]. В последующих опытах показано, что нативные мембраны обладают большей проницаемостью для стероидных гормонов, которая носит насыщающий характер и выше для тестостерона, чем для кортикостерона. Эффект систематических ФН аэробной направленности заключается в повышении величины проницаемости плазматических мембран мышечных клеток для тестостерона и в ее снижении для кортикостерона [1]. Эти результаты подтверждают ранее установленные факты о разнонаправленных изменениях рецепции стероидов в скелетных мышцах при адаптации организма к систематической МД аэробного характера и расширяют имеющиеся представления о гормональной регуляции метаболизма скелетных мышц.

Значительные усилия были направлены и на изучение механизма повреждения скелетных мышц при интенсивных ФН. Были изучены две составляющие этого механизма: уровень перекисных процессов в скелетной мышце и вовлечение лейкоцитов в процесс повреждения. Исследовали также и значение изменений интенсивности лейкопоэза в развитии ответа организма на ФН. В качестве модели ФН использовали интенсивное повторное плавание (1 мин плавания через 1,5 мин отдыха) крыс с дополнительным грузом 8% от массы тела и общей длительностью 40 мин. Было показано, что ФН вызывает усиление перекисных процессов в скелетных мышцах при снижении активности основного фермента антиоксидантной защиты - супероксиддисмутазы [9]. Последнее обстоятельство создает дополнительные возможности для развития перекисного окисления - важнейшего фактора, приводящего к повреждению целостности мембран миоцитов. Результатом повреждения клеточной мембраны является изменение ее проницаемости и выход в кровь как цитоплазматических (миоглобин, аспартатаминотрансфераза), так и структурных (тропомиозин) белков скелетной мышцы, что было показано ранее в работах, выполненных в секторе биохимии.

Повреждение ткани вследствие развития процесса перекисного окисления при восстановлении кровотока (реперфузия) может стимулировать привлечение в очаг повреждения лейкоцитов. Исследование этого механизма позволило показать, что ФН вызывает приток лейкоцитов, мигрирующих в ишемизированные участки мышечной ткани [20]. Динамика миграции была изучена по изменению концентрации в мышечной ткани маркерного фермента нейтрофилов - миелопероксидазы (МПО), которую определяли с помощью иммунорадиометрического анализа [10]. После ФН в скелетных мышцах было обнаружено прогрессивное увеличение концентрации МПО. Через одни сутки она была выше контрольного значения примерно в 7 раз и на этом уровне сохранялась в течение последующих 3 суток, затем начинала снижаться, превышая, однако, контрольный уровень и через 7 суток восстановления [20]. Предварительная тренировка животных приводила к снижению уровня инфильтрации нейтрофилами скелетных мышц после ФН, о чем свидетельствовала и более низкая концентрация МПО в мышечной ткани.

Интересно, что ФН стимулировала лейкопоэз в костном мозге, что могло определить повышение резистентности организма к внешним воздействиям. Это предположение было исследовано в экспериментах с гамма-облучением крыс в различные сроки отдыха после ФН [4]. Через сутки после ФН была выявлена повышенная радиорезистентность животных, о чем свидетельствовало повышение выживаемости в 2,5 раза. В основе этого феномена лежит выявленное ускорение восстановления содержания нейтрофилов и моноцитов в крови.

Таким образом, ФН вызывает развитие асептического воспаления в скелетных мышцах, развивающегося в очагах ишемии/реперфузии. В разрушении поврежденных мышечных клеток участвуют протеазы и, по-видимому, другие ферменты нейтрофилов. Воспалительный процесс является одним из механизмов мышечного утомления, снижающего способность мышц к выполнению новой ФН. Наряду с участием лейкоцитов в процессе элиминации поврежденных миоцитов усиление лейкопоэза под влиянием ФН создает состояние повышенной устойчивости, способное снизить даже степень лучевого поражения организма.

Адаптация организма к МД происходит с участием ферментов, катализирующих многочисленные реакции химических превращений веществ. Вместе с тем в последние годы стало очевидным, что в организме помимо реакций, катализируемых ферментами, протекают и неферментативные процессы по механизму химических реакций первого порядка. К таким реакциям относится гликирование белков, в ходе которого взаимодействуют свободные аминогруппы белковой молекулы и альдегидная группа глюкозы или другого редуцирующего сахара. В результате этой реакции формируются продукты раннего гликирования: Шиффово основание и продукт Амадори. В ходе дальнейших преобразований образуется гетерогенная по химическому строению группа соединений, получивших название конечных продуктов глубокого гликирования. Усиление процессов гликирования белков в организме способствует развитию различных патологических состояний. Наиболее интенсивно процессы гликирования протекают при сахарном диабете. Выявлены два фактора, влияющие на скорость реакции гликирования белков. Первый связан с уровнем глюкозы, а второй с периодом полужизни белков. В этой связи понятен интерес исследователей многих стран к изучению процессов накопления и распределения продуктов гликирования в организме. Следует отметить, что основное внимание в этих работах фокусируется на процессах гликирования белков крови и внеклеточного матрикса, а гликирование тканевых белков практически не исследовано. Конечной целью исследований является поиск путей подавления реакций неферментативного гликирования белков в организме.

Для реальных подходов к решению этой проблемы мы использовали два разных методических приема: во-первых, для усиления утилизации глюкозы в метаболических процессах в организме применили систематические ФН аэробной направленности; во-вторых, поиск веществ, способных конкурировать с глюкозой в реакции взаимодействия со свободными аминогруппами белка. Как показали наши исследования, среди веществ, способных подавлять процесс гликирования, наибольшим ингибирующим эффектом обладают естественные метаболиты - карназин, креатин, витамины В1, В6 и С [5, 6, 11]. Проведение исследований на животных с индуцированным диабетом, выполнявших систематические ФН, позволило выявить картину изменений в углеводном, липидном и белковом метаболизме [12]. Установлено значительное снижение уровня конечных продуктов гликирования в крови и тканях диабетических животных, выполнявших ФН аэробного характера.

Адаптация к систематической МД аэробной направленности у диабетических животных не только сопровождается изменениями в углеводном, липидном и белковом обмене, регулируемом ферментами, но и оказывает влияние на процессы неферментативного взаимодействия веществ, в том числе на реакции гликирования. ФН аэробной направленности обладают протекторным действием на процессы неферментативного гликирования и снижают интенсивность гликирования белков в организме.

Успехи в расшифровке генома человека значительно расширили диапазон исследований по выявлению генетической предрасположенности к выполнению МД различной интенсивности и длительности. Одним из наиболее важных для спорта достижений молекулярной генетики является разработка методов ДНК-диагностики, позволяющих выявить участки ДНК, ответственные за генетическую детерминацию определенных метаболических и функциональных признаков, и среди них - за формирование, развитие и проявление двигательной функции. Как показали результаты исследований последних лет, среди генов предрасположенности к МД, наиболее тесные ассоциации выявлены у гена ангиотензинпревращающего фермента (АПФ) - важнейшего регулятора кровяного давления [16, 18, 19]. Под действием этого фермента происходит генерация ангиотензина II - наиболее активного сосудосуживающего гормона и распад брадикинина- важного сосудорасширяющего гормона. Наличие полиморфизма гена АПФ связано с инсерцией (I) или делецией (D) 287 пар нуклеотидов в 16-v интроне этого гена, локализованного в 17-q хромосоме человека. На основе распределения I- и D-аллелей выделяют три варианта полиморфизма: гомозиготный I/I и D/D, а также гетерозиготный I/D. Анализ уровня АПФ в плазме у лиц с разными генотипами показал, что гомозиготы по аллелю D обладают максимальной активностью АПФ. Следует подчеркнуть, что ангиотензин II не только регулирует состояние гемодинамики человека, но и как фактор роста усиливает синтез структурных белков в клетках миокарда, что приводит к гипертрофии сердечной мышцы.

Анализ связей полиморфизма гена АПФ с проявлением различных физических качеств и распределением различных генотипов этого полиморфизма среди спортсменов разных специализаций позволил выявить несколько факторов [2, 15]. Так, носители генотипа I/I имеют большую предрасположенность к выполнению длительной физической работы, их мышечная выносливость в несколько раз выше, чем у других людей, и адаптация к ФН не сопровождается выраженной гипертрофией миокарда. Носители генотипа D/D, наоборот, имеют меньшую предрасположенность к ФН на выносливость, и в процессе адаптации происходит отчетливая гипертрофия левого желудочка. Эта группа лиц в большей степени предрасположена к развитию двигательных качеств со скоростно-силовыми компонентами. Носители гетерозиготного генотипа I/D занимают промежуточное положение, но у них отчетливо выявляется склонность к умеренной гипертрофии сердца.

Использование этого генетического маркера позволило получить информацию о предрасположенности к выполнению различных ФН у учащихся училищ олимпийского резерва г. Санкт-Петербурга, студентов Академии физической культуры им. П.Ф. Лесгафта и факультета физического воспитания РГПУ им. А.И. Герцена.

В настоящее время в секторе биохимии спорта проводятся исследования по выявлению других генов предрасположенности к формированию, развитию и проявлению физических качеств у спортсмена.

В заключение следует отметить, что, очевидно, нет генов быстроты, силы, выносливости и ловкости. Развитие и проявление человеком физических качеств во время выполнения разных по интенсивности и длительности ФН - чрезвычайно сложный процесс, и здесь не может быть простых и быстрых решений.

Литература

1. Байкова С.К. Влияние физических нагрузок аэробной направленности на величину проницаемости плазматических мембран мышечных клеток крыс для тестостерона и кортикостерона: Автореф. канд. дис. СПб., 2000. - 27 с.

2. Бундзен П.В., Загранцев В.В., Назаров И.Б. и др. Генетическая и психофизическая детерминация квантово-полевого уровня биоэнергетики организма спортсменов // Теория и практика физ. культуры. 2002, № 6, с. 40-44.

3. Гольберг Н.Д., Рогозкин В.А., Фельдкорен Б.И. Активность триглицеридлипазы и транспорт жирных кислот при предельных физических нагрузках крыс, адаптированных к мышечной деятельности // Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 2000, т. 86, № 10, с. 1331-1336.

4. Джалалов И.М. Биохимические и гематологические реакции в механизме повышения радиорезистентности организма под влиянием физической нагрузки: Автореф. канд. дис. СПб., 2000. - 22 с.

5. Карпусь О.В. Влияние систематической мышечной деятельности и углеводов рациона на содержание гликозилированных белков в крови крыс: Автореф. канд. дис. СПб., 1995.

6. Карпусь О.В., Рогозкин В.А., Мельгунова Е.А. и др. Влияние систематических физических нагрузок и высокоуглеводного рациона на уровень гликозилированных белков в крови крыс // Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 1993, т. 79, № 12, с. 39-43.

7. Косарева О.О. Влияние физической нагрузки и введения креатина на рецепцию глюкокортикоидов и андрогенов в жировой ткани: Автореф. канд. дис. СПб., 2000. - 20 с.

8. Косарева О.О., Рогозкин В.А. Влияние физической нагрузки на связывание глюкокортикоидов в цитозоле жировой ткани // Рос. физиол. журн. им И.М. Сеченова. 2000, т. 86, № 12, с. 1681-1685.

9. Логоша С.А., Морозов В.И., Рогозкин В.А. Влияние углеводного рациона и физической нагрузки на активность супероксиддисмутазы и концентрацию диеновых конъюгатов в крови и цитозоле скелетной мышцы крыс // Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 1996, т. 82, № 1, с. 55-60.

10. Морозов В.И., Цыпленков П.В., Кокряков В.Н. и др. Выделение и характеристика миелопероксидазы лейкоцитов перитонеального экссудата крысы // Биохимия. 1997, т. 62, с. 729-737.

11. Пантелеева И.Г. Влияние естественных метаболитов и мышечной деятельности на гликирование белков крыс с индуцированным диабетом: Автореф. канд. дис.СПб., 2002. - 16 с.

12. Пантелеева И.Г., Рогозкин В.А. Влияние физических нагрузок на гликирование белков сыворотки крови у крыс с индуцированным диабетом// Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 2001, т. 87, № 9, с. 1202-1207.

13. Полуяктова С.К. Мобилизация липидных источников энергообеспечения при мышечной деятельности аэробного характера: Автореф. канд. дис. СПб., 2002. - 22 с.

14. Полуяктова С.К., Гольберг Н.Д., Фельдкорен Б.И. Микрометод определения липазной активности в тканях // Вопросы мед. химии.1995, № 1, с. 57-59.

15. Рогозкин В.А. Расшифровка генома человека и спорт // Теория и практика физ. культуры. 2001, № 6, с. 60-63.

16. Рогозкин В.А., Назаров И.Б., Казаков В.М. Генетические маркеры физической работоспособности человека // Теория и практика физ. культуры. 2000, № 12, с. 34-36.

17. Турханова Л.В. Синтез полиаминов в скелетных мышцах крыс при физических нагрузках и введении 17a- метилтестостерона: Автореф. канд. дис. СПб., 1998. - 24 с.

18. Bundzen P., Korotkov K., Nazarov I. et al. Psychophysical and genetic determination of quantum-field level on the organism functioning // Frontier Perspectives. - 2002. - V.11. - N 2. - P. 8-13.

19. Nazarov I., Woods D., Montgomery H. et al. The angiotensin converting enzyme I/D polimorphysm in russian athletes // Europ. J. Human Genetics. - 2001. - V. 9. - P. 797- 801.

20. Morozov V.I., Usenko T.N., Rogozkin V.A. Neutrophill antiserum response to decrease in proteolytic activity in loaded rat muscle // Europ. J. Appl. Physiol. - 2001. - V. 84. - P. 195-200.

21. Osipova-Goldberg H.I., Rogozkin V.A., Feldkoren B.I. Properties of free and occupied androgen receptor in rat skeletal muscle: effect of testosterone. // J. Ster. Biochem. Mol. Biol. - 2001. - V. 78. - P. 481-492.

22. Turchanova L., Mitovic V., Feldkoren B. et al. Influence of physical exercise on polyamine synthesis in the rat skeletal muscle // Europ. J. Clin. Investig. - 2000. - V. 30. - N 1. - P. 72-78.

Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь. Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо зайти на сайт под своим именем.