CC BY
135
УДК 615.356:612.391
ЭРГОПРОТЕКТОРНАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВИТАМИНОВ, АКТИВИРУЮЩИХ АНТИОКСИДАНТНЫЕ, ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ И АНАБОЛИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ГОЛОДАНИИ
© Бровкина И.Л., Конопля А.И., Прокопенко Л.Г.
Кафедра спортивной медицины и лечебной физкультуры, кафедра биологической химии Курского государственного медицинского университета, Курск
E-mail: [email protected]
Снижение физической работоспособности при многократном выполнении физической нагрузки и голодании сочетается с нарушением окислительно-энергетического гомеостаза и угнетением анаболических процессов в печени, эритроцитах и мышечной ткани. Совместное введение препаратов витаминов А, Е и С или тиамина, карнитина и рибоксина вызывает у плававших и голодавших животных эргопротекторный эффект, сочетающийся с повышением ан-тиокислительного и энергетического потенциала печени, эритроцитов и мышц. Лекарственная композиция, содержащая витамины В6, В9, В:2, повышает физическую работоспособность и уменьшает выраженность угнетения анаболических процессов.
Ключевые слова: иммуномодулирущая и эргопротекторная эффективность, витамины, физическая нагрузка, голодание.
ERGOPROTECTIVE EFFECTIVENESS OF THE VITAMINS WHICH ACTIVATE ANTIOXIDANT, ENERGY AND ANABOLIC PROCESSES IN STARVATION Brovkina I.L., Konoplya A.I., Prokopenko L. G.
Sport Medicine & Exercise Therapy Department, Biochemistry Department of the Kursk State Medical University, Kursk In repeated physical activity and starvation the physical working capacity decrease is combined with malfunction of oxidative and energy homeostasis and suppression of anabolic process in liver, erythrocytes and muscles. The combined introduction of vitamins A, E and C or tiamine, carnitine and inosine causes the ergoprotective effect combined with the increase in antioxidant and energy potential of liver, erythrocytes and muscles in animals after swimming and starvation. Drug combination of vitamins B6, B9 and BJ2 increases the physical working capacity and decreases the anabolic process suppression. Keywords: immunomodulating and ergoprotective efficiency; vitamins; physical activity, starvation.
Важнейшим проявлением жизнедеятельности является двигательная активность, связанная со значительным повышением окислительновосстановительных процессов, увеличением энергетических затрат активизацией анаболических превращений [1, 2].
Нарушение двигательной активности характерно практически для всех форм стресса и патологии, при которых возрастает потребность в углеводах, белках и витаминах, обеспечивающих поддержание энергетического гомеостаза [6].
Существенное нарушение физической работоспособности наблюдается при ограничении поступления в организм эссенциальных нутриентов, в первую очередь белков и витаминов. Среди последних выделяют вещества, обладающие анти-оксидантной активностью (витамины А, Е и С), регулирующие энергетический обмен (тиамин, инозин, карнитин), поддерживающие оптимальный уровень анаболических процессов (витамины Вб, В9, В12) [8].
Есть веские основания ожидать, что применение различных по метаболической активности витаминов при недостаточном поступлении их в
организм будет оказывать существенное влияние на метаболические процессы и обусловленную ими способность выполнять физические нагрузки различной интенсивности и продолжительности.
Дефицит энергетических и пластических нут-риентов в условиях экстремальных ситуаций часто сочетается с выполнением интенсивных физических нагрузок, а при стрессе и патологии - с необходимостью повышенной двигательной активности, с целью оптимизации метаболических процессов и физиологических функций и обеспечения на этой основе сохранения гомеостаза.
Целью работы было изучение нарушений двигательной активности и их связь с метаболическими изменениями, а также выяснение возможности коррекции этих физиологобиохимических отклонений с помощью различных по метаболической функции витаминов и витаминоподобных веществ при голодании, сочетающимся с выполнением физической нагрузки.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Эксперименты выполнены на крысах Вистар массой 180-200 г. Животных лишали пищи (при свободном доступе к воде) на 10 суток. Физическую нагрузку моделировали плаванием в воде (30±1°С) с грузом 8% массы тела. Учитывали время максимального плавания ежедневно в течение 18 суток, начиная с первого дня прекращения приема пищи. Одновременно с выполнением физической нагрузки крысам вводили композиции препаратов витаминов А (10 мг/кг), Е (20 мг/кг) и С (30 мг/кг); тиамина (2 мг/кг), кар-нитина (5 мг/кг) и рибоксина (2 мг/кг) или витаминов В6 (5 мг/кг), В9 (2 мг/кг) и BJ2 (2 мг/кг). После 5-, 12- и 18-кратного плавания в печени, эритроцитах и мышцах определяли активность супероксиддисмутазы (СОД и каталазы (КАТ), концентрацию диеновых конъюгатов (ДК) и малонового диальдегида (МДА), содержание бис-фосфоглицерата (БФГ) и аденозинтрифосфата (АТФ). В плазме крови устанавливали активность аспартат- и аланинаминотрансфераз (ACT и АЛТ), содержание креатинина и концентрацию белка [7].
Корреляционно-регрессионный анализ взаимосвязи показателей работоспособности, массы печени, количества эритроцитов, концентрации креатинина и белка, проводили через 12 и 18 суток после начала плавания. Показателем физической работоспособности при этих расчетах была максимальная продолжительность плавания с грузом 20% массы тела.
Рассчитывали коэффициенты парных множественных и парциальной корреляций (r), а также показатели прямолинейной регрессии (b) [5].
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Продолжительность плавания интактных крыс в первые 3-5 суток возрастает, а в дальнейшем постепенно снижается, оставаясь существен-
но выше исходного уровня до конца эксперимента (18 суток). Продолжительность плавания голодавших крыс в течение первых 3-5 суток увеличивается (в меньшей степени, чем в контроле), затем к 8-10 дню снижается (ниже исходного уровня), в последующие дни остается на том же уровне до 13-15 дня, после чего вновь уменьшается к 18 дню до величены ниже уровня 8-15 дней эксперимента.
Введение голодавшим крысам ретинола ацетата, токоферола ацетата, аскорбиновой кислоты, тиамина, карнитина, рибоксина, пиридоксина, фолата или кобаламина по отдельности в течение 18 суток не оказывало существенного влияния на динамику изменения продолжительности плавания. Совместное введение голодавшим крысам препаратов витаминов А, Е и С повышало физическую работоспособность в течение первых 3-5 суток эксперимента и ограничивало выраженность последующего снижения продолжительности плавания в течение 10-15 суток.
Инъекции тиамина, рибоксина и карнитина не влияли на выраженность первоначального повышения продолжительности плавания, частично или полностью предотвращали снижение работоспособности к 8-10 дню эксперимента и повышали работоспособность к 12-14 дню опыта (табл. 1).
Введение антиоксидантных и энергезирую-щих витаминов не влияло на степень снижения работоспособности к 18 дню опыта. Инъекции пиридоксина, фолата и кобаламина не оказывали существенного влияния в течение первых 15 дней, но значительно ограничивали снижение физической работоспособности к 18 дню эксперимента.
Голодание и плавание в течение 8-10 суток приводило к снижениию активности СОД и КАТ, повышению концентрации ДК и МДА в мышцах, печени и эритроцитах, к снижению в последних концентрации БФГ и АТФ. В плазме крови голодавших и плававших крыс увеличивалась активность АСТ и АЛТ, повышался коэффициент
Таблица 1
Влияние витаминов на физическую работоспособность голодающих крыс
Группы До начала опыта Дни опыта
5-й 10-й 15-й 18-й
Группа 1 9,6±1,1 37,6±3,5 32,4±3,3 29,7±3,0 23,8±2,1
Группа 2 8,8±0,9 15,4±1,7*‘ 5,2±0,4*1 6,8±0,7*1 3,7±0,3*1
Группа 3 9,3±1,0 26,0±2,3*1,2 10,5±0,9*1,2 9,2±1,0*1,2 6,3±0,8*1,2
Группа 4 9,6±1,2 16,5±1,4*13 9,3±1,2*1,2 8,9±0,9*1,2 7,4±0,8*1,2
Группа 5 8,4±0,9 17,4±1,7*1,4 9,1±0,8*1,2 8,5±0,7*1 14,8±1,5*1-4
Примечание: 1) группа 1 - контроль, группа 2 - плавание, группа 3 - плавание, введение витаминов А, Е и С, группа 4 - плавание, введение тиамина, карнитина и рибоксина, группа 5 - плавание, введение витаминов В6, В9, В12; 2) в таблице приведена продолжительность плавания в минутах; 3) - показывает достоверные отличия, р< 0,05; 4) цифры рядом со звездочкой означают номера групп, с какими сравнивались различия.
АСТ/АЛТ (становился выше 1), увеличивалось содержание креатина к 15 дню. Концентрация белка в течение 12-14 дней не отличалась от нормальных величин, а к 18 дню опыта существенно снижалась.
Коэффициент АСТ/АЛТ ниже 1 свидетельствует о превалирующем превращении глюкозы в аланин и другие гликогенные аминокислоты, что характерно для анаболического пути метаболизма. Увеличение АСТ/АЛТ до величин, превышающих 1, является признаком инверсии анаболического пути метаболизма в катаболический, Повышается мощность лимоннокислого цикла, вследствие увеличения концентрации в митохондриях оксалоацетата, и ускоряется превращение аминокислот в глюкозу [3, 4]. Такие биохимические сдвиги при плавании и голодании приводят к ускорению катаболизма азотистых соединений (увеличение концентрации в крови креатинина) и замедлению синтеза белка (снижение концентрации белка в крови). Проявлением этих метаболических нарушений является снижение общей массы тела, печени и мышц, уменьшение количества эритроцитов в крови, снижение антитоксических функций печени, газотранспортной функции эритроцитов и физической работоспособности [9].
Введение голодавшим и плававшим крысам витаминов А, Е и С существенно увеличивало или нормализовало показатели, характеризующие антиокислительный потенциал мышц, печени и эритроцитов, инъекции тиамина, карнитина и рибоксина повышали энергообеспечение эритроцитов. Инъекции голодавшим и плававшим крысам
пиридоксина, фолата и кобаламина не влияли на показатели антиокислительного и энергетического потенциалов, но снижали активность ACT и АЛТ, вызывали инверсии коэффициента АСТ/АЛТ (он становился ниже 1), снижали содержание креатина и нормализовали содержание белка в плазме крови (табл. 2).
Результаты проведенных исследований показали, что снижение физической работоспособности при многодневном голодании и плавании сочетаются с последовательно возникающим снижением окислительно-энергетического гомеостаза и угнетением анаболических процессов в печени, эритроцитах и миоцитах. Витамины А, Е и С, а также тиамин, карнитин и рибоксин вызывают эргопротекторный эффект, повышение антиокис-лительного и энергетического потенциалов. Совместное применение витаминов B6, В9 и В12 повышает физическую работоспособность и уменьшает выраженность угнетения анаболических процессов. Таким образом, введение витаминов А, Е и С или тиамина, карнитина и рибоксина вызывает эргопротекторный эффект, сочетающийся с повышением антиокислительного и энергетического потенциалов. Композиции же, содержащие витамины B6, В9 и В12, повышают физическую работоспособность на отделенных сроках эксперимента, когда другие витаминные композиции оказываются не эффективными.
Голодание, сочетающееся с физической нагрузкой, сопровождается усилением свободнорадикальных реакций, нарушением метаболических процессов в гепатоцитах, эритроцитах и миоци-тах, снижением физической работоспособ-
Таблица 2
Влияние витаминов на метаболические показатели эритроцитов голодавших крыс
Показатели Контроль Г олодание Г олодание
введение витаминов А, Е и С введение тиамина, карнитина и рибоксина введение витаминов ^ В9, В12
1 2 3 4 5
СОД, ед/мл эритроцитов 54,7±4,4 36,8±3,4*1 48,0±4,1*2 37,5±3,1*1,3 32,4±3,0*1,3
КАТ, ед/мл крови 14,5±1,2 13,0±0,9 12,6±0,8 15,4±0,9 12,7±0,9
АГП, АД/мл плазмы 1,4±0,40 3,6±1,0*1 2,7±0,6*1,2 2,9±0,8*1,2 3,0±0,9*1
МДА, мкмоль/л 33,9±3,1 49,5±4,6*1 42,4±3,9*1 45,6±3,6*1 3,75±1,0*2-4
АТФ, мкмоль/мл эритроцитов 1,7±0,4 0,6±0,Г 0,9±0,2*1 0,7±0,Г 1,5±0,4*2-4
БФГ, мкмоль/мл эритроцитов 5,3±0,6 3,0±0,3*1 3,4±0,4*1 4,5±0,5*1-3 4,8±0,6*1-3
Примечание: 1) * - показывает достоверные отличия, р< 0,05; 2) Цифры рядом со звездочкой означают номера групп, с какими сравнивались различия.
ности. Невыясненным остается вопрос о взаимосвязи физической работоспособности с изменением метаболического состояния указанных клеток, а также о преимущественном влиянии этих изменений на физическую работоспособность при нарушении гомеостаза. Принимая во внимание изложенное, проведен корреляционно-регрессионный анализ зависимости между состоянием печени, эритроцитов и продолжительностью плавания голодавших крыс.
Интегральными показателями гемопоэтиче-ской и сократительной функций являются количество эритроцитов в крови и продолжительности выполнения физической нагрузки. Установлено, что голодание, сочетавшееся с физической нагрузкой, приводит к снижению количества эритроцитов в крови и продолжительности плавания с грузом 20% массы тела. Между этими показателями выявлена положительная корреляционная связь (г=+0,60). Коэффициенты регрессии количества эритроцитов по продолжительности плавания (В э/р) и продолжительности плавания по количеству эритроцитов (В р/э) равнялись соответственно 0,46 и 0,79. Это позволяет сделать вывод о том, что после голодания и плавания физическая работоспособность в значительной степени определяется количеством эритроцитов в крови, в то время как функциональная активность мышечной ткани относительно слабо влияет на количество в крови этих клеток.
Через 10 суток после окончания плавания и голодания количество эритроцитов и физическая работоспособность восстанавливались до исходного уровня, при этом корреляционная связь между ними ослабевала (г=+ 0,44).
Принимая во внимание тот факт, что сократительная функция миоцитов зависит от их энергообеспечения, а количество эритроцитов определяется в первую очередь свободнорадикальным окислением и величиной антиоксидантного потенциала, естественно было предположить, что восстановление количества эритроцитов после голодания может быть ускорено введением антиоксидантов, а повышение физической работоспособности - инъекциями активаторов энергетического обмена. Для проверки этого предположения крысам после голодания 5-кратно с интервалом 24 часа вводили антиоксиданты - ретинола ацетат и токоферола ацетат или активаторы энергетического обмена - тиамина хлорид и рибоксин.
Установлено, что введение антиоксидантов повышало количество эритроцитов, увеличивало продолжительность плавания с грузом 20% массы тела и усиливало положительную корреляцию между этими параметрами (г= +0,59). В отличие от этого инъекции активаторов энергетического обмена не влияли на количество эритроцитов, 8
увеличивали продолжительность плавания и ослабляли корреляционную связь между этими параметрами (г=+0,43). Вероятно, введение антиоксидантов снижало выраженность перекисного окисления, стабилизировало мембрану эритроцитов, повышало активность процессов, обусловливающих увеличение продолжительности циркуляции этих клеток в крови и их кислородтранс-портную функцию. Следствием этого было повышение энергообеспечения миоцитов и их сократительной функции. Инъекции энергизаторов, действуя преимущественно на клетки мышечной ткани, повышают их сократительную функцию, не оказывают существенного влияния на количество эритроцитов и разобщают зависимость между изменением изученных параметров.
Наряду со снижением количества эритроцитов и физической работоспособности голодание вызывает нарушение метаболических процессов в гепатоцитах и снижение массы печени. Корреляционный анализ показал, что после голодания между массой печени и физической работоспособностью возникает сильная прямая связь (г=+0,66), а между массой печени и количеством эритроцитов такая связь в условиях проведенных экспериментов была выражена слабо (г = +0,33).
Можно предположить, что после голодания в условиях целостного организма количество эритроцитов и масса печени кооперативно влияют на физическую работоспособность. Проверку этого предположения проводили путем расчета коэффициентов множественной и парциальных корреляций между продолжительностью плавания, количеством эритроцитов в крови и массой печени. Оказалось, что коэффициент множественной корреляции между этими параметрами выше (г=+0,82), чем парные корреляции между ними. Следовательно, в целостном организме физическая работоспособность существенно зависит как от количества эритроцитов в крови, так и от массы печени.
Расчет парциальных корреляций позволил охарактеризовать выраженность участия каждого из этих параметров в реализации сократительной функции мышцы. Показано, что корреляция между физической работоспособностью и количеством эритроцитов без участия печени сильнее (г=+0,55), чем между работоспособностью и массой печени без участия эритроцитов (г = +0,31). Это позволяет предположить, что влияние гепа-тоцитов на физическую работоспособность выражено сильнее, чем влияние эритроцитов.
Влияние печени на физическую работоспособность реализуется за счет синтеза креатин-фосфата, являющегося акцептором макроэргиче-ских связей от АТФ и важным источником энергии для мышц при относительном дефиците ки-
слорода. Эритроциты повышают физическую работоспособность за счет выполнения газотранспортной функции. Полученные нами расчетные данные свидетельствуют о превалировании ки-слороднезависимых путей энергообеспечения физической работоспособности над кислородзави-симыми в первые 12-14 дней голодания и плавания.
Введение после голодания антиоксидантов (ретинола ацетата и токоферола ацетата) или энергизаторов (тиамина хлорида и рибоксина) примерно в одинаковой степени повышало массу печени, усиливало положительную корреляцию между физической работоспособностью и массой печени. В первом случае коэффициент регрессии массы печени по физической работоспособности был равен 0,36, а коэффициент физической работоспособности по массе печени - 0,53. Противоположная картина наблюдалась в случае введения активаторов энергетического обмена - коэффициент регрессии массы печени по физической работоспособности равнялся 0,64, а коэффициент регрессии физической работоспособности по массе печени - 0,32. Это дает основание заключить, что при введении антиоксидантов масса печени оказывает влияние на физическую работоспособность, а в случае инъекции энергизаторов миоци-ты участвуют в регуляции массы печени.
Между продолжительностью плавания и концентрацией креатина в крови на 13 день эксперимента выявлена существенная отрицательная связь (г= -0,68), а между продолжительностью плавания и концентрацией белка установлена прямая корреляционная зависимость (г=+0,75). Введение плававшим и голодавшим крысам витаминов В6, В9, В12 увеличивало выраженность этих связей (г =+0,74 и + 0,83 соответственно).
На основании полученных данных можно прийти к заключению, что уменьшение физической работоспособности на 8-10 день после начала нагрузки связано с угнетением антиокисли-тельных и энергообеспечивающих процессов, а резковыраженное снижение работоспособности к 18 дню эксперимента вызвано нарушением анаболических превращений, в частности связанных с обменом одноуглеродных радикалов.
Приведенные данные свидетельствуют о перспективе дальнейшего изучения интегрирующей роли витаминов, обладающих антиоксидантной энергезирующей и анаболической активностью в реализации взаимосвязи функций печени, эритроцитов, иммунной и мышечной ткани с целью разработки эффективных способов коррекции двигательной активности при различных формах нарушения гомеостаза.
На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:
1. Снижение физической работоспособности при многократном выполнении физической нагрузки и голодании сочетается с нарушением окислительно-энергетического гомеостаза и угнетением анаболических процессов в печени, эритроцитах и мышечной ткани.
2. Совместное введение препаратов витаминов А, Е и С или тиамина, карнитина и рибоксина вызывает у плававших и голодавших животных эргопротекторный эффект, сочетающийся с повышением антиокислительного и энергетического потенциалов печени, эритроцитов и мышц.
3. Лекарственная композиция, содержащая витамины В6, В9, В12, повышает физическую работоспособность и уменьшает выраженность угнетения анаболических процессов.
4. Корреляционно-регрессионный анализ показывает наличие зависимости физической работоспособности от массы печени, количества эритроцитов и концентрацией белка в крови плававших и голодавших животных.
5. Витамины, обладающие антиоксидантны-ми свойствами, активирующими энергетический обмен и стабилизирующими анаболические процессы, корригируют выраженность и направленность выявленных корреляционно-регрессионных связей.
ЛИТЕРАТУРА
1. Волков Н.И., Олейников В.И. Биологически активные добавки в специализированном питании спортсменов. - М.: СпортАкадем Пресс, 2001. -80 с.
2. Куликов В.П., Киселев В.И. Потребность в двигательной активности. - Новосибирск: Наука,
1998. - 149 с.
3. Ленинджер А. Основы биохимии. - М.: Мир, 1985. - 427 с.
4. МецлерД. Биохимия. - М.: Мир, 1980. - 795 с.
5. Мисюк И.С., Мастыкин А.С., Кузнецов Г.П. Корреляционно-регрессионный анализ в клинической медицине. - М.: Медицина, 1975. - 191 с.
6. Прокопенко Л.Г., Бровкина И.Л. Окислительный, энергетический и иммунный гомеостаз. - Курск, 2003. - 134 с.
7. Прокопенко Л.Г., Бровкина И.Л., Быстрова Н.А. и др. Эритроциты и регуляция иммунного гомеостаза. - Курск, 2006. - 131 с.
8. Тутелян В.А., Спиричев В.Б., Суханов Б.П., Куда-шева В.А. Микронутриенты в питании здорового и больного человека. - М.: Колос, 2002. - 424 с.
9. Хочачка П., Сомеро Дж. Биохимическая адаптация. - М.: Мир, 1988. - 568 с.
