Поиск

Каталог

Наука
Фитнес
Медицина

Новости

"Арсенал" и "Манчестер Сити" сыграли вничью в матче 32-го тура английской премьер-лиги. Игра состоялась в Лондоне на стадионе "Эмирейтс — Эшбертон Гроув" и завершилась со счётом 1:1. На 18-й минуте матча "Манчестер Сити" вышел вперёд — гол забил испанский полузащитник Давид Сильва.
В 31-м туре чемпионата Италии "Милан" играет с "Кьево", "Рома" отправится в гости к "Сассуоло", "Фиорентина" – к "Сампдории". ВВ центральном матче тура встретятся В«НаполиВ» и В«ЮвентусВ». Чемпионат Италии 31-й тур ПРИМЕЧАНИЕ: время начала матчей – московское.
"Арсенал" и "Манчестер Сити" сыграли вничью в матче 32-го тура чемпионата Англии. После этой встречи лондонцы идут на четвертом месте, манкунианцы - на третьем Чемпионат Англии.
Футболки, толстовки


Метаболическая реакция организма при адаптации к мышечной деятельности

Метаболическая реакция организма при адаптации к мышечной деятельности

Гольберг Н.Д., к.б.н.
Морозов В.И., д.б.н.
Рогозкин В.А., д.б.н.

На протяжении последних лет научные интересы сотрудников и аспирантов сектора биохимии спорта СПбНИИФК 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 (простата и печень). 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 связан с 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 андроген-зависимых 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 17-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 для 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 её 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 1 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 сопровождается не только 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 интроне этого гена, локализованного в 17 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 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 спортсмена.
В заключении следует отметить, что, очевидно, нет генов быстроты, силы, выносливости и ловкости. Развитие и проявление физических качеств человека во время выполнения разных по интенсивности и длительности ФН чрезвычайно сложный процесс, и здесь не может быть простых и быстрых решений.


ПОДЕЛИТЬСЯ В:



Рекламные ссылки

Вы можете разместить здесь свою ссылку через биржу ссылок Sape!

Голосования

Нужны ли мозги в спорте?

Облако тегов

Загрузка флеш...

Подписка

Подписаться
Отказаться