CC BY
34
УДК 577.16:612.225 DOI: 10.21626/vestnik/2016-2/09
ВЛИЯНИЕ ЭНЕРГИЗИРУЮЩИХ И АНТИОКСИДАНТНЫХ ВИТАМИНОВ НА ЭРГОПРОТЕКТОРНЫЕ ЭФФЕКТЫ УМЕРЕННО ВЫСОКОЙ ВНЕШНЕЙ ТЕМПЕРАТУРЫ
В НОРМЕ И ПРИ ГОЛОДАНИИ
© Бровкина И.Л.1, Ананьев Р.В.1, Прокопенко Л.Г.2, Прокопенко Н.Я.1
1 Кафедра спортивной медицины и лечебной физкультуры, 2 кафедра биологической химии Курского государственного медицинского университета, Курск
E-mail: romanananev@mail. ru
Температурный эргопротекторный эффект возникает в организме исследуемых животных при воздействии в узком диапазоне умеренно высоких температур (от 30 до 45оС), многократном повторении воздействия и 48-часовом периоде восстановления после него. Введение тиамина повышает эффект температурного воздействия, а совместное его введение с биотином повышает физическую работоспособность испытуемых животных. Многократное повторение температурного воздействия вызвало появление тренировочного эффекта, не корригируемого воздействием тиамина и биотина. Применение антиоксидантных витаминов ускоряет процесс восстановления после воздействия тяжелой физической нагрузки в условиях умеренно высокой температуры. У животных, голодавших в течение 10 суток, эргопротекторный эффект умеренно высокой внешней температуры и витаминов был выражен слабее, чем у животных, содержавшихся на обычном пищевом рационе.
Ключевые слова: энергизирующие и антиоксидантные витамины, температура, эргопротекторный эффект.
INFLUENCE OF ENERGIZING AND ANTIOXIDANT VITAMINS ON THE ERGOMODULATING EFFECTS
OF MODERATELY HIGH AMBIENT TEMPERATURE Brovkina I.L.1, Ananiev R. V.1, Prokopenko L. G.2, Prokopenko N. Ya.1
1 Department of Sports Medicine and Physiotherapy, 2 Department of Biological Chemistry of Kursk State Medical University, Kursk The temperature ergoprotective effect occurs in the experimental animals' body when exposed to the narrow range of moderately high temperatures (between 30 and 45°C), multiple repetition of exposure and 48-hour recovery period thereafter. The introduction of thiamine increases the effect of temperature action, and its combined administration with biotin improves physical performance of the experimental animals. The repeated exposure to temperature led to the training effect which was not corrected by thiamin and biotin actions. The use of antioxidant vitamins accelerates the recovery process after exposure to extreme physical exertion at high temperatures. The animals having fasted for 10 days developed the less pronounced ergoprotective effect of moderately high ambient temperature and vitamins compared to those on the standard diet. Keywords: energizing and antioxidant vitamins, temperature, ergoprotective effect.
Применяемые в настоящее время средства метаболической коррекции можно условно разделить на три группы: фармакологические, разгрузочные (эфферентные) и физиотерапевтические. В связи с многочисленностью побочных эффектов и высокой стоимостью лекарственных препаратов большой интерес вызывают разгрузочные и физиотерапевтические средства. Выраженный и стабильный эффект удается получить при оптимальном сочетании немедикаментозных и фармакологических средств. Немедикаментозные средства позволяют существенно снизить дозы фармакологических препаратов.
Большой интерес вызывает изучение лечебного эффекта тепловых воздействий при различных формах стресса и патологии. Опубликованы данные о стимулирующем действии умеренно высокой внешней температуры на развитие иммунологических процессов [5]. Данные литературы о влиянии тепловых процедур на физическую
работоспособность ограничены и противоречивы
[5, 6].
Применение тепловых процедур с оздоровительной и лечебной целью обусловливает необходимость обоснования параметров воздействия на организм умеренно высокой внешней температуры в сочетании с метаболически активными лекарственными препаратами. Особый интерес представляют препараты витаминов, потребность в которых вследствие метаболических дисфункций при тепловых воздействиях существенно увеличивается [1, 2]. Использование витаминов позволяет обоснованно выбирать режимы тепловых воздействий, исключающих возможность функционального перенапряжения и развития неблагоприятных побочных эффектов. Интерес в этом отношении представляют тиамин, биотин, а-токоферол и Р-каротин.
Целью работы было изучение сочетанного влияния различных режимов умеренно высокой внешней температуры, энергизирующих и
антиоксидантных витаминов на физическую работоспособность в норме и при голодании.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Эксперименты проведены на крысах Вистар обоего пола массой 180-210 г. Животных прогревали в суховоздушной вентилируемой камере. Физическую работоспособность моделировали плаванием в воде, имеющей температуру 25 ± 1°С, без груза (умеренная нагрузка), с грузом 5%, 10% (нагрузка высокой интенсивности - НВИ) и 20% массы тела (нагрузка субмаксимальной интенсивности -НСИ) [6]. Уровень физической
работоспособности оценивали по времени плавания до предела физической работоспособности. Определяли три параметра:
интенсивность выполняемой нагрузки (ИВН) - плавание до предела с грузом 5, 10 или 20% массы тела один раз в сутки;
• тренировочный эффект нагрузки (ТЭН) -многократное плавание без нагрузки или с грузом 5% массы и интервалом 24 ч;
• эффект утомления при нагрузке (ЭУН) плавание до предела с грузом 10 или 20% массы тела пятикратно с интервалом 15 мин. в течение 24 ч.
Перед началом плавания или одновременно с ним животным внутримышечно десятикратно вводили тиамин (2 мг/кг), биотин (5 мг/кг), а-токоферол (20 мг/кг) и (или) ß-каротин (20 мг/кг). В случае введения двух препаратов их доза уменьшалась вдвое (оценка синергизма действия препаратов).
Статистическую обработку проводили по общепринятым критериям вариационно-статистического анализа с вычислением средних величин (М0, ошибки средней арифметической (m) с помощью пакета компьютерных программ Microsoft Excel 2010. Сущность различий оценивали по t-критерию Стьюдента, которые считали статистически значимыми при p< 0,05.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Содержание (десятикратно с интервалом 24 ч) при 25°С не оказывало влияния на способность выполнять субмаксимальную нагрузку, но повышало физическую работоспособность высокой интенсивности. Прогревание
(десятикратно с интервалом 24 ч) при 30°, 35°, 40° и 45°С увеличивало способность выполнять нагрузки субмаксимальной и высокой интенсивности. Наибольший эффект наблюдался при 40°С.
Введение тиамина и биотина по отдельности или совместно не влияли на физическую работоспособность различной интенсивности при 20°С. В условиях прогревания при 25, 30, 35, 40 и 45°С тиамин повышал физическую работоспособность высокой интенсивности, биотин такого эффекта не вызывал. Совместное применение тиамина и биотина при всех температурных градациях увеличивало работоспособность высокой и субмаксимальной интенсивности. Наиболее выраженный эффект наблюдается при 40°С (таблица 1).
Выраженность эргопротекторных эффектов, вызываемых тепловым фактором, определяется не только температурой, но и продолжительностью ее воздействия на организм. Определение выраженности изменения физической работоспособности высокой и субмаксимальной интенсивности в течение 10, 20, 30, 40 и 50 мин. показало, что эргопротекторные эффекты обеих градаций наиболее выражены при 30-минутной экспозиции.
Биологические последствия действия любого агента в значительной степени зависят от кратности его повторения. Изучено влияние 3-, 5-, 7- и 10-кратного с 24-часовым интервалом прогревания при указанных выше оптимальных параметрах. Оказалось, что наибольшее увеличение физической работоспособности обеих градаций имеет место при 7-кратном повторении теплового воздействия.
Таблица 1
Влияние тиамина и биотина на эргомодулирующее действие умеренно высокой внешней температуры
Температура Контроль Тиамин Биотин Тиамин+биотин
1. 25°С 8,4±1,1 15,2±1,5 9,0±1,3 22.4±2,7
2. 30°С 8,2±1,3 17,0±1,4 8,5±1,4 23,6±2,8
3. 35°С 9,5±1,6 16,9±1,6 8,8±1,3 27,4±3,0*1,2
4. 40°С 14,3±2,1*1-3 23,7±1,9 16,0±1,8 36,2±3,5*1-3
5. 45°С 10,6±1,8*4 19,2±1,7 10,0±1,4 25,4±2,6*1
Примечание: звездочкой (*) обозначены достоверные отличия, (р<0,05), цифры рядом со звездочкой означают номера групп, с какими сравнивались различия.
Таблица 2
Влияние витаминов на утомляемость крыс при действии температуры 40°С
Условия опыта Контроль Тиамин + биотин а-токоферол + ß-каротин
1-е плавание 12,3±1,6 14,6±1,7 15,8±1,8
2-е плавание 11,8±1,4 13,0±1,5 14,6±1,7
3-е плавание 8,8± 1,1*1,2 8,5±0,9*1,2 11,4± 1,3*1,2
4-е плавание 5,7±0,8*1-3 6,4±0,7*1-3 9,2±0,8*1,2
5-е плавание 3,3±0,4*1-4 3,4±0,5*1-4 6,1±0,4*1-4
Примечание: звездочкой (*) обозначены достоверные отл какими сравнивались различия.
Эффективность повторных стимулов определяется принципом суммирования эффектов. Известно, что каждое последующее воздействие усиливает эффект предшествующего, если приходится на период компенсации вызываемых им сдвигов [1].
Учитывая это, исследовали эффективность действия 7-кратного прогревания (40°С, 40 мин.) при 24-, 48-, 72- и 96-часовом интервале. Установлено, что эргопротекторный эффект наиболее выражен при 48-часовом интервале.
Выраженность тренировочного эффекта нагрузки регистрировали по продолжительности плавания до предела с грузом 20% массы тела, 30-кратно с интервалом 24 ч при температуре воды 25 и 40°С. Повышение температуры воды увеличивало тренировочный эффект многократного плавания. Введение тиамина с биотином не оказывало существенного влияния на развитие тренировочного эффекта.
Утомляемость оценивали по продолжительности максимального плавания в воде при температуре 25 и 40°С с грузом 10% массы тела, пятикратно с интервалом между проплывами 15 мин. Витамины вводили 10-кратно с интервалом 24 ч перед началом эксперимента. Плавание при температуре воды 40°С приводило к более быстрому утомлению, чем плавание при 25°С. Предварительное введение тиамина с биотином замедляло развитие утомления при плавании в воде, имеющей температуру 25°С, и не оказывало влияния на этот процесс в воде, имеющей температуру 40°С.
Можно было предположить, что при одновременном действии таких стрессорных агентов, как высокая температура (40°С) воды и повторная с малым интервалом (15 мин.) физическая нагрузка, усиливается генерация радикальных структур и снижается антиоксидантный потенциал клеток.
Усиление свободнорадикальных процессов, вызывающих избыточное образование и накопление в клетках продуктов перекисного окисления липидов и белков, является одной из основных причин нарушения сократительной функции белков миоцитов, приводящей к снижению физичес-
[, (р<0,05), цифры рядом со звездочкой означают номера групп, с
кой работоспособности [7]. В связи с этим естественно было ожидать, что ограничения утомляемости можно достичь введением витаминов, обладающих антиоксидантными свойствами.
Установлено, что Р-каротин и а-токоферол при совместном применении в отличие от тиамина и биотина снижают утомляемость крыс, плававших после действия умеренно высокой внешней температуры (таблица 2).
Неизученными остаются особенности эрго-протекторного действия умеренно высокой внешней температуры при состояниях, характеризующихся нарушением окислительно-энергетического гомеостаза (голодании, охлаждении, поступлении в организм ксеногенных токсикантов). Проведенные нами эксперименты показали, что голодание кратковременно (на 2-4 дня) повышало, а затем снижало физическую работоспособность по параметрам интенсивность выполняемой нагрузки и тренировочный эффект, но увеличивало эффект утомления при нагрузке.
Прогревание при 30 и 35°С не индуцировало у голодавших животных возникновения эргопро-текторного эффекта, а при 40°С повышало интенсивность выполнения физической нагрузки, но не влияло на развитие тренировочного эффекта и на возникновение утомления при нагрузке. Витамины В1 и В7, а также а-токоферол и Р-каротин при всех температурных реакциях (30, 35, 40°С) повышали, но не нормализовали, физическую работоспособность у голодавших крыс (см. таблицу 3).
Витамины, введенные голодавшим животным, выполнявшим физическую работу после воздействия всех температурных режимов, не влияли на возникновение тренировочного эффекта, а-токоферол и Р-каротин, в отличие от витаминов В1 и В7, замедляли развитие утомления у голодавших животных, выполнявших физическую нагрузку при 30 и 35°С, но не влияли на этот процесс при 40°С (см. таблицу 4).
Действие на организм высокой внешней температуры сопровождается возникновением дисбаланса процессов, обеспечивающих сохранение окислительно-энергетического гомеостаза.
Примечание: звездочкой (*) обозначены достоверные отличия, (р<0,05), цифры рядом со звездочкой означают номера групп, с какими сравнивались различия.
Таблица 4
Влияние витаминов на утомляемость голодавших крыс, плавающих при 30°С
Таблица 3
Влияние витаминов на эргопротекторный эффект умеренно высокой внешней температуры при голодании
Температура Контроль Голодание Голодание + введение витаминов В1 и В7 Голодание + введение а-токоферола и р-каротина
25°С 18,4±1,6 6,4±0,8*1 10,3±1,0*1,2 11,7±1,2*1,2
30°С 18,2±1,3 6,8±0,9*1 11,1±0,9*1,2 11,4±1,3*1,2
35°С 19,5±2,0 7,0±0,8*1 11,4± 1,2*1,2 12,8±1,7*1,2
40°С 24,3±2,1*1-3 11,5± 1,8*1 17,4±1,9*1,2 19,6±2,1*1,2
45°С 20,6±1,8*4 5,3±0,6*1 14,2±1,5*1,2 16,5±1,8*1,2
Выполнение нагрузки Контроль Голодание Голодание + введение витаминов В1 и В7 Голодание + введение а-токоферола и Р-каротина
1-е плавание 12,5±1,5 10,8±1,2*' 9,8±0,8*1 11,7±1,5*3
2-е плавание 11,8±1,4 8,5±0,7'*1 7,8±0,6*1 10,2±1,3*2,3
3-е плавание 8,8± 1,1 5,7±0,б'*1 6,0±0,6*' 8,5±0,9*2,3
4-е плавание 5,7±0,8 3,4±0,4'*1 3,5±0,3*1 4,1±0,4*23
5-е плавание 3,3±0,4 1,6±0,09*1 1,5±0,09*1 2,3±0,2*и
Примечание: звездочкой (*) обозначены достоверные отличия, (р < 0,05), цифры рядом со звездочкой означают номера групп, с какими сравнивались различия.
Эргопротекторный эффект умеренно высокой внешней температуры в значительной степени определяется образованием высокоустойчивых, молекулярных шаперонов, известных под названием белков теплового шока (БТШ). Физиологические функции БТШ разнообразны и важны в покое и при состояние стресса. Они участвуют в синтезе полипептидных цепей, формировании их третичных структур, денатурации белков. БТШ оказывают влияние на процесс внутриклеточного транспорта
полипептидных цепей и белков, на выделение последних из клеток и экспрессии их на клеточных мембранах. БТШ необходимы для развития толерантности клеток в отношении тепловых, ультрафиолетовых и лазерных воздействий [11, 12]. Наблюдавшийся в условиях наших экспериментов эргопротекторный эффект является следствием взаимодействия
метаболических изменений, вызываемых температурным воздействием, энергизирующих и антиоксидантных процессах, активируемых витаминами. Тиамин в форме тиаминдифосфата служит коферментом важнейших окислительных мультиферментных комплексов - пируватде-гидрогеназы и а-глутаратдегидрогеназы. Биотин служит коферментом пируваткарбоксилазы, обеспечивающей непрерывное пополнение пула оксалоацетата - узлового метаболита на пути окисления ацетил-КоА в лимоннокислом цикле. Биотин в сочетании с тиамином защищает клетки от избыточного накопления в митохондриях
ацетил-КоА, ослабляющего блокирующее влияние последнего на пируватдегидрогеназу, и обеспечивает вовлечение энергоносителей в лимоннокислый цикл [8, 9, 10].
Р-Каротины (предшественники витамина А) встраиваются в мембранные фосфолипидные структуры клеток, нарушают упорядоченность расположения в них алкильных цепей и увеличивают текучесть фосфолипидных слоев мембраны. а-Токоферол взаимодействует с алкильными радикалами, снижает скорость образования липидных гидроперекисей и продуктов глубокой окислительной деградации карбоновых кислот [2]. Р-Каротин в сочетании с а-токоферолом проявляет выраженную антиоксидантную активность.
Можно предположить, что БТШ, экспрес-сированные на мембранах клеток, повышают эффективность взаимодействия с ними витаминов, ограничивающих развитие свободнорадикальных процессов (а-токоферол и Р-каротин) и препятствующих перекисному окислению липидов и белков, а также витаминов, активизирующих ферменты системы энергообеспечения клеток (тиамин и биотин). Вместе с тем антиокси-дантные витамины защищают структуры БТШ от действия свободных радикалов и продуктов ПОЛ, а витамины, регулирующие обмен энергоносителей, обеспечивают формирование структуры ша-перонов и влияние последних на функционирование белков.
Проведенные исследования показали, что витамины, активирующие различные метаболические процессы, являются эффективными модуляторами физической работоспособности при действии умеренно высокой внешней температуры. Это обосновывает перспективность изучения эффективности действия витаминов в сочетании с различными немедикаментозными средствами (прерывистая разгрузочно-диетическая терапия, дозированное кровопускание, ультрафиолетовое облучение и лазерное излучение) на физическую работоспособность и другие физиологические функции в норме, при стрессе и в условиях патологии.
На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:
1. Выраженный эргопротекторный эффект наблюдается при 40°С, 30-минутной экспозиции, 7-кратном повторении и 48-часовым интервалом между тепловыми воздействиями.
2. Введение тиамина повышает эргопротекторное действие прогревания при температуре 30-45°С. Биотин не влиял на эффект умеренно высокой внешней температуры, но повышал физическую работоспособность при введении с тиамином.
3. Многократное прогревание при 25°С и 40°С вызывает тренировочный эффект, более выраженный при 40°С, не корригируемый совместным введением тиамина и биотина.
4. При 40°С утомление развивается быстрее, чем при 25°С. Тиамин с биотином замедляют развитие утомления при 25°С, но не влияют на него при 40°С.
5. Сочетанное применение а-токоферола и ß-каротина ускоряет восстановление физической работоспособности после нагрузки при умеренно высокой внешней температуре.
6. У животных, голодавших в течение 10 суток, эргопротекторный эффект умеренно высокой внешней температуры и витаминов был выражен слабее, чем у животных, содержавшихся на обычном пищевом рационе.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бровкина И.Л., Лазаренко В.А., Конопля А.И., Прокопенко Л.Г. Эритротромбоцитарная иммуносуп-рессия. - Курск : Изд-во КГМУ, 2011. - 87 с.
2. Бровкина И.Л., Быстрова Н.А., Лазаренко В.А., Прокопенко Л.Г.Витамины, эритроциты, иммунитет. - Курск : Изд-во КГМУ, 2013. - 108 с.
3. Бровкина И.Л., Конопля А.И., Прокопенко Л.Г., Лазаренко В.А. Биохимические принципы повышения физической работоспособности. -Курск : Изд-во КГМУ, 2011. - 139 с.
4. Быстрова Н.А., Лазарев А.И. Тепловая иммуномо-дуляция при остром холодовом стрессе // Окислительный, энергетический и иммунный гомеостаз. -Курск : Изд-во КГМУ, 2003. - С. 141-170.
5. Быстрова Н.А., Князев А.И. Иммунометаболичес-кие эффекты тепловых воздействий // Окислительный, энергетический и иммунный гомеостаз. -Курск : Изд-во КГМУ, 2003. - С. 171-200.
6. Денисюк Т.А., Покровский М.В. Актопротекторное действие регуляторов энергетического обмена и фосфолипидов при алиментарных нарушениях го-меостаза // Курский научно-практический вестник «Человек и здоровье». - 2005. - № 1. - С. 11-15.
7. Прокопенко Л.Г., Бровкина И.Л, Быстрова Н.А. Эритроциты и регуляция иммунного гомеостаза. -Курск : Изд-во КГМУ, 2006. - 131 с.
8. Спиричев В.Б., Барышнев Ю.И. Врожденные нарушения обмена витаминов. - М. : Медицина, 1977. - 216 с.
9. Шейбак В.М. Регуляция внутриклеточной структуры фонда КоА как один из подходов в коррекции метаболических нарушений // Вопросы медицинской химии. - 1999. - Т. 45, вып. 2. - С. 97-104.
10. Campisi J., Jeem T. Habitual physical faciliates stress-induced HSP72 induction in brain, peripheral and immune tissues // Am. J. Phisicol. Regul. Comp. Phisiol. - 2003. - Vol. 284, N 2 - P. R520-530.
11. Friedman E. Immune modulation by ionizing radiation and its implications for cancer immunotherapy // Curr. Pharm. Des. - 2002. - Vol. 8, N 19. - P. 1765-1780.
12. Vabulas R.M., Wagner H., Schild H. Heat shock proteins as ligands of toll-like receptors // Curr. Top. Microbiol. - 2002. - Vol. 270. - P. 169-184.
