К вопросу о регуляции углеводного обмена при мышечной деятельности

УДК 612.744.24-612.015.32 О. Н. КУДРЯ

Сибирский государственный университет физической культуры и спорта,

г. Омск

К ВОПРОСУ О РЕГУЛЯЦИИ

УГЛЕВОДНОГО ОБМЕНА

ПРИ МЫШЕЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

В ходе исследования выявлены возрастные особенности вегетативной регуляции углеводного обмена при мышечной деятельности. Установлено, что недостаточная функциональная активность симпатического отдела вегетативной нервной системы у юных спортсменов обуславливает снижение концентрации глюкозы крови при выполнении физических нагрузок. У спортсменов 17—25 лет отрицательная динамика уровня глюкозы крови при выполнении физических нагрузок связана, вероятно, с истощением симпато-адреналовой системы и снижением адаптационно-приспособительных возможностей организма.

Ключевые слова: углеводный обмен, глюкоза, лактат, мышечная деятельность, вегетативная нервная система, спортсмены.

Важность углеводов как энергетического источника при мышечной деятельности была установлена еще в начале двадцатого столетия [1]. Гликоген мышц и глюкоза крови являются важным субстратом для образования АТФ в сокращающихся мышцах при физических нагрузках субмаксимальной и большой мощности. Исключительная роль углеводов для обеспечения мышечной деятельности подтверждается тем, что использование только липидов в качестве энергетического источника обычно не может поддерживать физические нагрузки мощностью, превышающей 50 — 60 % МПК [2].

Регуляция углеводного обмена весьма сложна, поскольку в ней участвуют нервная система (как центральная, так и периферическая), эндокринная система, печень, мышцы и другие органы, потребляющие углеводы и, следовательно, также влияющие на течение углеводного обмена в организме. Влияние центральной нервной системы на углеводный обмен осуществляется главным образом посредством симпатической иннервации. Раздражение симпатических нервов усиливает образование адреналина в надпочечниках, который вызывает расщепление гликогена в печени и скелетных мышцах и повышение концентрации глюкозы в крови. У человека симпатическая иннервация печени более обильна, чем у большинства животных, и поэтому сразу с началом повышения двигательной активности тонус симпатических нервов печени и образование в ней глюкозы возрастают быстрее, чем выработка большинства гормонов, в связи с чем иннервация печени может иметь важное значение для регуляции в ней образования глюкозы в организме человека [3]. Однако в некоторых исследованиях не удалось выявить каких-либо влияний симпатоадреналовой системы на распад печеночного гликогена во время мышечной активности [4]. Поэтому вопрос о роли симпатической иннервации печени в усилении уровня глюкозы при физических нагрузках до настоящего времени остается открытым. Исследователи отмечают, что особенностью организма детей и подростков является меньшее совершенство регуляции

углеводного обмена в смысле возможностей быстрой мобилизации внутренних углеводных ресурсов организма и, особенно, поддержания необходимой интенсивности ее на протяжении всей работы [5]. Мы предположили, что особенности углеводного обмена при мышечной деятельности связаны с различной активностью симпатического отдела вегетативной нервной системы у спортсменов разного возраста.

Цель настоящего исследования — выяснить роль симпатического отдела вегетативной нервной системы в регуляции углеводного обмена при мышечной деятельности.

Организация и методы исследования. В исследовании принимали участие спортсмены мужского пола (п = 258). Испытуемые были разделены на две возрастные группы: спортсмены 9—14 лет (п=120) и спортсмены 17 — 25 лет (п= 138).

Для оценки состояния механизмов нейрогумо-ральной регуляции сердца, активности сегментарных и надсегментарных отделов вегетативной нервной системы использовали спектральный метод анализа вариабельности сердечного ритма (ВСР). При анализе ВСР использовали короткие (5-минутные) записи в соответствии с Международным стандартом (1996) [6]. Запись кардиоритмограммы в покое и при выполнении активной ортостатической пробы (АОП) выполняли с использованием 12-канального кардиографа «Полиспектр-8» фирмы «Нейрософт» (г. Иваново). Данный аппаратно-программный комплекс позволяет проводить автоматическую обработку данных на персональном компьютере.

В ходе исследования каждый испытуемый выполнял трехступенчатую велоэргометрическую нагрузку. Первая ступень выполнялась в качестве разминочной (ЧСС — 110— 120 уд/мин), вторая — в зоне большой мощности (ЧСС — 160— 170 уд/мин), третья — в субмаксимальном режиме (ЧСС > 180 уд/мин). Продолжительность первой и второй ступени —

5 мин, интервал отдыха между ступенями — 3 мин. Продолжительность третьей ступени — 2 мин (именно в этом временном интервале раскрывается емкость

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (104) 2011 БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ

БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (104) 2011

анаэробного гликолиза). Таким образом, стандартизировались длительность работы и ее физиологическая стоимость по пульсу [7].

Для изучения углеводного обмена при выполнении мышечной работы определяли концентрацию глюкозы и лактата в капиллярной крови в покое, на 3-й и 10-й минутах срочного восстановления. Определение концентрации глюкозы и лактата проводили на полуавтоматическом биохимическом анализаторе Super Easy (производство Германии).

Результаты исследования и их обсуждение. В ходе проведения исследования выявили снижение концентрации глюкозы крови при выполнении дозированных нагрузок спортсменами 9—14 лет, в группе спортсменов 17 — 25 лет наблюдали достоверное увеличение данного показателя (табл. 1). В ходе срочного восстановления у юных спортсменов уровень глюкозы продолжает снижаться, у взрослых спортсменов снижение данного показателя не достигает уровня значимости.

Увеличение концентрации глюкозы крови во время выполнения физической нагрузки, в свою очередь, увеличивает возможности гликолитиче-ского пути ресинтеза АТФ при мышечной деятельности [8]. Один из методов оценки анаэробно-глико-литического образования заключается в измерении максимальной концентрации молочной кислоты (лактата) [9]. Как показали наши исследования, у спортсменов 9—14 лет возможности анаэробно-гли-колитического энергообразования достоверно ниже по сравнению со спортсменами 17 — 25 лет (табл. 1).

Известно, что именно симпатический отдел ВНС осуществляет тот тип регуляции, который необходим для выполнения физических нагрузок. Роль симпатического отдела ВНС состоит в мобилизации функций, в резком повышении функционального состояния органов и целого организма, в быстрой мобилизации углеводных ресурсов организма, поскольку именно симпатической нервной системе принадлежит эрготропная функция — стимуляция потребления питательных веществ и усиление окислительных процессов, увеличение поступления О2 к мышцам, в том числе и к сердечной [10]. На основании анализа результатов исследования мы предположили, что выявленные различия связаны с особенностями вегетативной регуляции углеводного обмена у спортсменов разного возраста.

Известно, что сердечно-сосудистая система является индикатором адаптационно-приспособительной деятельности организма в целом, а последовательный ряд кардиоинтервалов несет информации не только

об автоматии сердца, но и отражает характер регуляторных процессов в целостном организме. Поэтому для оценки состояния механизмов нейрогумо-ральной регуляции, активности сегментарных и надсегментарных отделов вегетативной нервной системы (ВНС) мы использовали спектральный метод анализа вариабельности сердечного ритма (ВСР). Периодические составляющие ВСР, выделенные на основании кратковременных записей в состоянии покоя, представлены высокочастотными, низкочастотными и очень низкочастотными колебаниями,

Таблица 1

Показатели углеводного обмена в покое и при выполнении спортсменами дозированных нагрузок

Показатели Спортсмены 9—14 лет Спортсмены 17—25 лет

Концентрация глюкозы (покой), мМ/л 4,82+0,1 4,61+0,05*

Концентрация глюкозы (нагрузка), мМ/л 4,65+0,08 4,76+0,06*

Концентрация глюкозы (восстановление), мМ/л 4,27+0,06 4,5+0,06*

Концентрация лактата (покой), мМ/л 1,93+0,06 1,84+0,04

Концентрация лактата (нагрузка), мМ/л 8,39+0,20 10,58+0,19*

Концентрация лактата (восстановление), мМ/л 6,34+0,22 8,59+0,2*

Примечание: * — различия статистически значимы между группами

Таблица 2

Показатели спектрального анализа у спортсменов разного возраста в покое и при проведении ортостатической пробы

Показатели Спортсмены 10—14 лет Спортсмены 17 — 22 лет

покой АОП покой АОП

ТР, мс2 5594,56+317,56 3858,84 + 174,17 4277,43+257,37 3418,88 + 198,11

VLF, мс2 1297,83+56,65 1425,32+65,41 1501,58 + 121,01 1248,53 +81,72o

LF, мс2 1660,16+95,43 1732,17+97,01 1195,55+81,44* 1822,65 + 126,03

HF, мс2 2635,37+207,87 701,34+54,94 1565,82 + 134,32* 347,71+33,74

LF/HF, усл. ед. 0,96+0,05 3,8+0,18 1,18+0,09 7,77+0,55o

% VLF 29,79 + 1,02 39,99+0,96 34,91+1,21 38,23 + 1,31

% LF 30,35+0,72 43,44+0,83 29,00+0,90 51i82 + 1,27o

% HF 40,17 + 1,06 17,00+0,71 36,07 + 1,4 9,89+0,56o

ИЦ, усл. ед. 2,05+0,11 7,72+0,40 2,69+0,21 14i05+0,98o

Примечание: * — различия статистически значимы между группами в покое (р<0,05);

° — различия статистически значимы между группами при проведении АОП

Таблица 3

Показатели углеводного обмена и физической работоспособности при выполнении спортсменами дозированных нагрузок

Показатели Группа 1 Группа 2

Шсуб, кгм/мин 1808,70±47,61 1884,12±42,05

Шсуб/кг, кгм/мин/кг 23,81 ±0,66 25,8 ±0,5*

Концентрация глюкозы (покой), мМ/л 4,77 ±0,08 4,46 ±0,06*

Концентрация глюкозы (нагрузка), мМ/л 4,36 ±0,06 5,15±0,08*

Концентрация глюкозы (восстановление), мМ/л 4,13±0,06 4,86±0,08*

Концентрация лактата (покой), мМ/л 1,87±0,06 1,82±0,06

Концентрация лактата (нагрузка), мМ/л 10,12±0,24 11,21 ±0,27*

Концентрация лактата (восстановление), мМ/л 8,23 ±0,25 8,95±0,31

Примечание: * — различия статистически значимы между группами

Таблица 4

Показатели спектрального анализа у спортсменов в покое и при проведении ортостатической пробы

Группа 1 Группа 2

покой АОП покой АОП

ТР, мс2 3944,5±335,3 3002,9±198,1 4013,6±312,7 3654,9±310,1

УЬР, мс2 1404,1 ±156,4 1085,8±83,6 1352,8±139,6 1317,7±124,8

ЬР, мс2 970,1 ±86,9 1533,3±112,3 1279,3±124,3* 2027,2±214,2°

НР, мс2 1570,3±209,2 383,8 ±63,5 1347,8±148,3 310,1 ±30,8

ЬР/НР, усл. ед. 0,97 ±0,12 7,22 ±0,77 1,44±0,14* 8,36±0,83

% УЬР 35,7±1,8 37,9±1,7 34,2±1,6 38,2±2,0

% ЬР 26,5±1,2 50,8±1,6 32,1 ±1,3* 53,1 ±1,9°

% НР 37,8±1,9 11,3±0,9 33,7±2,1 8,6±0,6

ИЦ, усл. ед 1,51 ±0,16 6,82±0,21 1,95±0,18* 10,79±0,25°

Примечание: * — различия статистически значимы между группами в покое

как правило, имеющими периодичность 0,2 — 0,4; 0,04 — 0,15 и 0,003 — 0,04 Гц соответственно. Высокочастотные колебания (ИБ-волны) сопряжены с дыханием и отражают преимущественно влияния парасимпатической системы на сердечную мышцу. Низкочастотные колебания (ЬБ —волны) связаны с активностью постганглионарных симпатических волокон и отражают модуляцию сердечного ритма симпатической нервной системой [11]. Физиологическая природа УЬБ-компоненты наименее изучена: большинство отечественных ученых придерживаются мнения, что мощность УЬБ в диапазоне 0,01 Гц отражает степень активации церебральных эрго-тропных систем [12].

Одним из наиболее простых и безопасных функциональных тестов, которые позволяют оценить адаптационные возможности вегетативной регуляции в организме, является активная ортостатическая проба (АОП), которая используется, как правило, для выявления механизмов срочной адаптации организма, в частности, сердечно-сосудистой системы, при изменении положения тела в пространстве.

Как показали результаты исследования, при проведении АОП выявлено достоверное снижение высокочастотных волн у спортсменов разного возраста (табл. 2). Наибольший интерес представляет анализ динамики медленных (ЬБ, мс2) и очень медленных волн (УЪБ, мс2). У спортсменов 9—14 лет активность

высших вегетативных центров (УЪБ — компонента) при проведении АОП не изменяется и снижается у спортсменов 17 — 25 лет. Активность симпатического отдела ВНС (ЬБ — компонента) в группе спортсменов 10—14 лет не изменяется и значительно возрастает в группе спортсменов 17 — 25 лет.

Анализ динамики ЬБ — волн позволяет судить о вовлечении симпатического отдела ВНС в реализацию адаптивного ответа организма на внешнее воздействие. Отсутствие роста активности вазомоторного центра является признаком снижения функциональных резервов регуляции и может рассматриваться как показатель неадекватной реакции организма к воздействию факторов внешней среды. Отсутствие увеличения активности вазомоторного центра при проведении АОП у спортсменов 9—14 лет следует рассматривать как отставание, или «незрелость» в развитии симпатического отдела ВНС по сравнению со спортсменами старшего возраста, у которых отмечена значительная активация симпатического отдела ВНС в процессе срочной адаптации организма к воздействию внешних факторов (по показателям ЬБ-компоненты) (табл. 2). Полученные нами данные согласуются с результатами многолетних исследований В.Н. Швалева с сотр. (1989, 2001), которые изучали возрастную динамику появления медиаторов и рецепторов к ним. Авторами установлено, что активность симпато-адреналовой системы

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (104) 2011 БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ

БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (104) 2011

постепенно нарастает и достигает максимума в период от 16 лет до 35 лет, в дальнейшем наблюдается обратный процесс [13, 14]. На наш взгляд, именно различная функциональная активность симпатического отдела ВНС обуславливает разнонаправленную динамику уровня глюкозы крови при выполнении мышечной нагрузки спортсменами разного возраста.

Анализ динамики показателей углеводного обмена при выполнении мышечной нагрузки выявил различие в сопоставлении индивидуальных значений со среднегрупповыми показателями у спортсменов 17 — 25 лет. Среди спортсменов 17 — 25 лет были выделены группы с различной динамикой уровня глюкозы при выполнении физической нагрузки: группа 1 (п = 68) — снижение концентрации глюкозы крови, группа 2 (п = 70) — увеличение концентрации глюкозы крови (табл. 3). Увеличение мобилизации гликогена печени у представителей второй группы повышает возможности анаэробно-гликолитического пути ресинтеза АТФ, что, в свою очередь, обеспечивает высокую работоспособность спортсменов в анаэробных условиях [9]. Действительно, у представителей второй группы максимально достижимая концентрация молочной кислоты при выполнении физической нагрузки и показатели относительной физической работоспособности в субмаксимальной зоне мощности (Шсуб/кг) были достоверно выше по сравнению со спортсменами первой группы (табл. 3).

Нами было выдвинуто предположение, что разнонаправленная динамика уровня глюкозы связана с различной функциональной активностью симпатического отдела ВНС.

В ходе проведения исследования выявлено, что у спортсменов второй группы активность симпатического отдела ВНС в покое и при проведении активной ортостатической пробы (по показателям ЬР (мс2), ЬР/ИР (усл.ед.), ИЦ (усл.ед.)) достоверно выше по сравнению с представителями первой группы (табл. 4). Снижение активности симпатического отдела ВНС у представителей первой группы обусловлено, вероятно, истощением симпато-адреналовой системы вследствие стрессорных влияний на организм при длительных занятиях спортом.

Таким образом, в ходе исследования выявлены возрастные особенности регуляции углеводного обмена при выполнении физических нагрузок. У спортсменов 9—14 лет снижение концентрации глюкозы крови при выполнении физических нагрузок обусловлено недостаточной функциональной активностью симпатического отдела вегетативной нервной системы. У спортсменов 17 — 25 лет отрицательная динамика уровня глюкозы крови при выполнении физических нагрузок связана, вероятно, с истощением симпато-адреналовой системы и снижением адаптационно-приспособительных возможностей организма. Снижение концентрации глюкозы крови при выполнении физических нагрузок может служить информативным показателем недостаточной

функциональной активности симпатического отдела ВНС.

Библиографический список

1. Christensen, E. N. Hypoglykamie, arbeitsfahigkeit und ermudung / E. N. Christensen, O. Hansen / Skand. Arch. Physiol. — 1939 (81). - P. 172-179.

2. Davies, S. T. M. Body composition and maximal exercise performance in children / S. T. M. Davies, C. Barnes, S. Godfrey // Hum. Biol. - 1972. - V. 44. - Р. 195-214.

3. Kjaer, M. Influence of active muscle mass on glucose homeostasis during exercise in humans / M. Kjaer [et al.] // J. Appl. Physiol. - 1991(71). - P. 552-557.

4. Marker, J. C. Effect of adreno-demedulation on metabolic responses to high-intensity exercise / J. C. Marker [et al.] // Am. J. Physiol. - 1986(251). - P. R552-R559.

5. Яковлев, Н. Н. Биохимия спорта / Н. Н. Яковлев. -М. : Физкультура и спорт, 1974. - 288 с.

6. Task Force of the European Society of Cardiology and the North American Society of Pacing and Electrophysiology. Heart Rate Variability/ Standards of Measurements, Physiological Interpretation, and Clinical Use. // Circulation. 1996. V. 93. P. 1043-1065.

7. Харитонова, Л. Г. Типы адаптации в спорте /Л. Г. Харитонова. - Омск : ОГИФК, 1991. - 199 с.

8. Метаболизм в процессе мышечной деятельности / Под редакцией М. Харгривса. - Киев : Олимпийская литература, 1998. - 287 с.

9. Биохимия мышечной деятельности / Н. И. Волков [и др.]. - Киев : Олимпийская литература, 2000. - 503с.

10. Ажипа, Я. И. Трофическая функция нервной системы : рук-во по физиологии / Я. И. Ажипа. - М. : Наука, 1990. -

672 с.

11. Михайлов, В. М. Вариабельность ритма сердца: опыт практического применения метода / В. М. Михайлов. - Изд. второе, перераб. и доп. - Иваново : Иванов. гос. мед. академия, 2002. - 290 с.

12. Хаспекова, Н. Б. Диагностическая информативность мониторирования вариабельности ритма сердца / Н. Б. Хас-пекова // Вестник аритмологии. -2003. - № 32. - С. 15-23.

13. Швалев, В. Н. Этапность преобразования вегетативной нервной системы в онтогенезе / В. Н. Швалев, А А. Сосунов // Арх. анатомии, гистологии и эмбриологии. -1989. - № 5. -С. 5-9.

14. Швалев, В. Н. Феномен ранней возрастной инволюции симпатического отдела вегетативной нервной системы / В. Н. Швалев, Н. А. Тарский // Кардиология. - 2001. - Т. 41. -№ 2. - С. 10-14.

КУДРЯ Ольга Николаевна, кандидат биологических наук, доцент (Россия), доцент кафедры медикобиологических основ физической культуры и спорта.

Адрес для переписки: е-шаіі: olga27ku@mail.ru, olga27ku@yandex.ru

Статья поступила в редакцию 01.03.2011 г.

© О. Н. Кудря