Влияние адаптации к действию периодической гипобарической гипоксии на физико-химические характеристики биомембран и работоспособность спортсменов

ВЛИЯНИЕ АДАПТАЦИИ К ДЕЙСТВИЮ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ГИПОБАРИЧЕСКОЙ ГИПОКСИИ НА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ БИОМЕМБРАН И РАБОТОСПОСОБНОСТЬ СПОРТСМЕНОВ

АЛ. Никоноров, В.П. Теердохлиб*

ОГМА, г. Оренбург ОГИМ*, г. Оренбург

Изучено влияние адаптации к действию регламентированной периодической гипобарической гипоксии на показатели работоспособности спортсменов, выраженность постнагрузочной лактацидемии, активность перекисного окисления липидов в эритроцитарных мембранах и их жидкостные характеристики. Показано, что адаптационное повышение уровня общей работоспособности спортсменов и выраженность постнагрузочной ферментемии находится в прямой зависимости от динамики жидкостных характеристик биомембран и, что адаптационный эффект реализуется через изменение «микровязкости» биомембран и стабилизацию свободно-радикальных процессов в организме.

Применение периодического воздействия различных факторов внешней среды (гипоксии, физической нагрузки, температуры и т.д.) для повышения резистентности организма человека к экстремальным ситуациям в настоящее время реализовалось в самостоятельную отрасль науки и медицины

- адаптационную медицину. Адаптация к периодическому воздействию как нормобарической, так и гипобарической гипоксии широко используется для лечения и профилактики целого ряда неинфекционных заболеваний и повышения работоспособности здорового человека [1,6,7, 9, 10, 14,15].

Вместе с тем, эффективность адаптационного процесса зависит от анаболической активности клетки, позволяющей сформировать и закрепить на структурно-функциональном уровне «системный структурный след», обеспечивающий повышенную устойчивость организма не только к действию адаптационного агента, но и к целому ряду других факторов внешней среды [10]. При этом функциональная активность клетки в частности и, организма в целом, определяется, прежде всего, активностью мембранно-зависимых процессов, непосредственно зависящих от жидкостного состояния фосфолипидного бислоя клеточных и субклеточных мембран.

Таким образом, целью настоящей работы явилось изучение динамики жидкостных характеристик биомембран в процессе спортивной деятельности и адаптации к действию регламентированной периодической гипобарической гипоксии спортсменов и взаимосвязи исследуемых показателей с общей и специальной работоспособностью.

Материалы и методы

В работе приняли участие 35 спортсменов высокого класса, специализирующихся в видах спорта на выносливость (легкая атлетика, лыжные гонки). Адаптацию спортсменов к действию регла-

ментированной периодической гипобарической гипоксии (Агип) осуществляли в многоместной гипобарической барокамере «Урал-1», начиная с «высоты» 1000 м, ступенчато повышая её до 3500 м, по 3 часа в день в течение 28 дней. За сутки до и через сутки после Агип у спортсменов определялся уровень общей работоспособности в тесте PWCno и по реакции организма на стандартную физическую нагрузку: пробегание 500 м и, через 1 мин отдыха, 1000-метрового отрезка за заданное время. Для оценки устойчивости организма к экстремальным воздействиям через сутки после Ann, спортсмены подвергались однократной экстремальной физической (соревновательной) нагрузке. В эти же сроки проводились и биохимические исследования. Кровь для биохимических исследований брали из локтевой вены в утренние часы натощак с использованием в качестве антикоагулянта ЭДТА. Устойчивость биомембран к повреждающим агентам оценивали по осмотической резистентности эритроцитов (ОРЭ) и уровню органоспецифической ферментемии фруктозо-1фосфат-альдолазы (КФ 4.1.2.7.) [5]. Жидкостные характеристики отмытых эритроцитарных мембран, как универсальных маркеров состояния цитоплазматических мембран организма, оценивали по соотношению эксимеров (Fe) и мономеров (Fm) флюоресцентного зонда пирена в зонах липид/липидного и липид/белкового взаимодействия, а также по тушению флюоресценции белка пиреном [3], определяемых на спектрофлюори-метре Hitachi - 4m. Состояние процессов перекисного окисления липидов (ПОЛ) в эритроцитарных мембранах оценивали по содержанию первичных

- диеновых конъюгатов [8] и вторичных - малонового диальдегида [17] продуктов липопероксида-ции и по активности основных ферментов антира-

Физиология двигательной активности и спорта

дикальной защиты клетки - СОД [13] и каталазы [18] определяемых в гемолизате эритроцитов.

Соотношение аэробного и анаэробного путей энергообеспечения мышечной деятельности оценивали по уровню лактата и ПВК [5] в капиллярной крови после выполнения стандартной физической нагрузки.

Полученные результаты с учетом нормальности распределения обработаны при помощи статистической диалоговой системы STADIA версия 4.51/1.92 г. (авт. А. Кулаичев) с использованием t-критерия Стьюдента и представлены в виде средней (М) ± стандартная ошибка средней (т).

Результаты и их обсуждение

Учитывая субъективные ощущения спортсменов, тест PWC170 и выраженность лактацидемии после проведения стандартной физической нагрузки все адаптированные к гипоксии спортсмены были разбиты на 3 группы (табл. 1). I группа (74% от всех адаптированных спортсменов) -субъективно чувствовали улучшение своего состояния и в тесте PWC170 наблюдалось 18% повышение работоспособности; II группа (14%) - субъективно не отмечали изменений своего физического состояния и уровень работоспособности практически не отличался от такового до Агип и, III группа (12%) - отмечали ухудшение состояния после курса Агип и тест PWCno выявил 10% снижение работоспособности. Определение уровня лак-

тата и ПВК в капиллярной крови после проведения стандартной физической нагрузки показало, что наибольший прирост исследуемых показателей (4-кратный по лактату и 2-кратный по ПВК) наблюдался в III группе спортсменов, что свидетельствовало о снижение вклада аэробных механизмов энергообеспечения мышечной деятельности и, соответственно, об ограничении продолжительности выполняемой работы.

Изучение устойчивости биомембран к повреждающим агентам также выявило различие динамики исследуемых показателей в разных группах спортсменов (табл. 2). Несмотря на постнагрузоч-ную интенсификацию процессов ПОЛ в биомембранах (35% повышение МДА и 15% - ДК) у спортсменов I группы не наблюдалось выраженной органоспецифической ферментемии, что свидетельствовало о сохранении целостности цитоплазматических мембран гепатоцитов и, соответственно, о возможности реализации их биохимической функции в полном объёме. В то же время у

спортсменов III группы соревновательная нагрузка вызвала существенно более выраженную активацию ПОЛ на фоне истощения основного звена защиты клетки от активных радикалов кислорода (снижение активности СОД составило 19%, а каталазы - 39%). 3-кратная гиперферментемия и резкое снижение ОРЭ свидетельствовали о существенном повреждении цитоплазматических мембран и нарушении мебранозависимых процессов, что было показано нами ранее в отношении ферментной системы цитохрома Р450 [12].

Сравнение жидкостных характеристик эрит-роцитарных мембран у спортсменов разных групп позволило выявить следующую закономерность (таблица 3). У спортсменов I группы наблюдалось существенное снижение «микровязкости» эритро-цитарных мембран как в зоне липид/липидного, так и липид/белкового взаимодействия, что являлось положительным моментом Агвп, обеспечивая тах интенсификацию мембранозависимых процессов и, соответственно, более высокую работоспособность, что и было показано в тесте Р\¥С17о-У спортсменов II группы Агип не вызвала каких либо существенных сдвигов «микровязкости» исследуемых мембран, и, как следствие, не наблюдалось изменения уровня их работоспособности. У спортсменов III группы АГШ1 привела к достоверному повышению «микровязкости» эритро-цитарных мембран в среднем на 13% в сравнении

с исходными показателями, а по сравнению со спортсменами I группы - на 43%, что существенно сказалось на их общей работоспособности, а также устойчивости к действию на организм экстремальных физических (соревновательных) нагрузок. Важно отметить, что в процессе соревновательной нагрузки спортсмены I группы показали результаты на уровне личных рекордов, а спортсмены III группы - значительно хуже своих обычных результатов, отмечая очень плохое самочувствие.

Т.о., курс Агип сопровождается существенным повышением как общей, так и специальной работоспособности, реализуемый через снижение микровязкости фосфолипидного бислоя биомембран и повышения их резистентности к повреждающим агентам. Это позволяет рекомендовать адаптацию к периодическому действию гипобарической гипоксии в качестве нефармакологического метода повышения работоспособности спортсменов и устойчивости организма к действию экстремальных факторов внешней среды.

Таблица 1

Влияние Атеп на работоспособность спортсменов и выраженность постнагрузочной лактацидемии

Показатели Контроль п=35 I группа п=26 П группа п=5 III группа п=4

PWC170 (Вт) 427,7±5,15 502,3±4,14* 431,3±5,48 387,7±11,07*

Лактат (ммоль/л) 1,035±0,075 2,163±0,178* 3,072±0,155* 4,151±0,213*

ПВК (мкмоль/л) 89,1±6,25 116,4±6,3* 129,9±7,06* 163,3±11,2*

* достоверность отличия от контроля (р<0,01).

38

Вестник ЮУрГУ, № 3, 2006

Никоноров А.А., Твердохлиб В.П.

Влияние адаптации к действию периодической гипобарической гипоксии на физико-химические...

Таблица 2

Выраженность органоспецифической ферментемии Фр-1ф-А, ОРЭ, уровень ПОЛ и активность СОД и каталазы у Агип спортсменов через сутки после соревновательной нагрузки

Показатели Контроль I группа II группа III группа

Фр-1ф-А (усл.ед.) 1,1±0,12 1,3±0,31 2,8±0,34* 3,4±0,41*

ОРЭ (%) 45±4,3 47,4±7,2 65,1±11,0* 79,5±12,3*

МДА (нмоль/мг.б.) 1,9±0,18 2,56±0,33* 3,07±0,37* 3,84±0,51*

ДК (ед.оп.пл./мг.л.) 0, №0,006 0,196±0,01* 0,224±0,015* 0,292±0,031*

СОД(и/1) 217,1±6,7 219,3±7,1 202,4±13,5 175,7±14,8*

Каталаза (кат.ед • 10J) 1,8±0,06 2,0±0,17 1,3±0,27* 1,1±0,32*

* достоверность отличия от контроля (р<0,01).

Таблица 3

Влияние Ага„ на жидкостные характеристики эритроцитарных мембран спортсменов

Показатели Контроль I группа II группа III группа

Зона липид/липидного взаимодействия \юзб=334 нм (РеЛРт) 1,995±0,123 2,485±0,024* 1,955±0,054 1,744±0,041*

Зона белок/липидного взаимодействия \озб=286 нм (Ре/Тт) 1,899±0,147 2,331±0,059* 1,885±0,029 1,733±0,039*

% тушения флюоресценции белка пиреном \озб=286 нм (Рззо/Рззо+Пиоен) 35,9±3,178 47,8±1,49* 36,06±1,31 28,0±1,34*

* достоверность отличия от контроля (р<0,01).

Литература

1. Агаджанян Н.А., Миррахгшов М.М. Горы и резистентность организма. - М.: Наука, 1970. -184 с.

2. Баевский P.M., Берсенева А.П. Оценка адаптационных возможностей организма и риск развития заболеваний. - М.: Медицина, 1997. -236 с.

3. Владимиров Ю.А., Добрецов Г.Е. Флюоресцентные зонды в исследовании биологических мембран. - М.: Наука, 1980. - С. 121 - 132.

4. Дятлов ДА., Волчегорский И.А., Пушкарев Е.Д. Изменения функционального статуса циркулирующих фагоцитов как критерий риска развития респираторных инфекций у спортсменов — лыжников //Иммунология, 1998. -№ 5. - С. 59-60.

5. Колб В.Г., Камышников B.C. Справочник по клинической химии. - Мн.: Беларусь, 1982. -366 с.

6. Караш Ю.М., Стрелков Р.Б., Чижов А.Я. Нормобарическая гипоксия в лечении, профилактике и реабилитации. - М.: Медицина, 1988. - 352 с.

7. Платонов В.Н., Булатова М.М. Гипоксиче-ская тренировка в спорте //Hypoxia Medical J. -1994.-No 4.-С. 17-23.

8. Стальная ИД. Метод определения диеновой конъюгации ненасыщенных высших жирных кислот/ Современные методы в биохимии. - М.: Наука, 1977. -С. 63 - 64.

9. Меерсон Ф.З., Твердохлиб В.П., Боев В.М., Фролов Б.А. Адаптация к периодической гипоксии в терапии и профилактике. - М.: Наука, 1989 - 70 с.

10. Меерсон Ф.З. Адаптационная медицина: Механизмы и защитные эффекты адаптации //Hyp. Med. Ltd. -М., 1993. - 332 с.

11. Максимов А.Л., Максимова Н.Н., Днйко В.В. Особенности корреляционных взаимосвязей математических параметров кардиоритма у лиц с различным уровнем гипоксической устойчивости// Компьютерная электрокардиография на рубеже столетий: Тезисы докладов международного симпозиума. - М., 1999. - С. 153-154.

12. Никоноров А.А. Стрессорные нарушения детоксикационной функции печени и их предупреждение: Автореф. дисс. ...канд. мед. наук. -Челябинск, 1990. - 24 с.

13. Fridovich I. Superoxide dismutases. Ann. Rev. Boichem. - 1975. - Vol. 44. -P. 147-159

14. Kolchinskaya A.Z. Mechanisms of interval hypoxic training effects //Hyp. Med. J. - 1993. -Ml. -P. 5-7.

15.Kolchinskaya A.Z, Tkatchouk E.N. Interval hypoxic training combined with traditional sports training of athletes //Hyp. Med.J. -1993. -Ns l.-P, 9.

16. Savchenko Zh.P., Yougai N.V. Interval hypoxic training in volleyball //Hyp. Med. J. - 1993. -№ 3,-P. 32-34.

17. Ohkawa H., Ohishi N., Vagi K. Assay for lipid peroxides in animal tissues by thiobarbituric acid reaction //Analyt. Biochem. - 1979. - V 95. — P. 351-358.

18. Zuck H. In Methods of enzymatic analysis /Ed by Bergmeger H., Pergamon Press. -1963. - P. 885-894.