ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА, 2004, том 30, № 2, с. 101-109
УДК 612.821
ИЗМЕНЕНИЯ БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ И РАБОТОСПОСОБНОСТИ СПОРТСМЕНОВ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ АНТИГИПОКСАНТОВ ПОЛИФЕНОЛЬНОГО РЯДА
© 2004 г. Н. Д. Алтухов, Н. И. Волков, С. Л. Хороншк
Российская государственная академия физической культуры, Москва Поступила в редакцию 28.01.2003 г.
Исследовали влияние антигипоксантов полифенольного ряда на дыхание митохондрий и гомогена-тов скелетных мышц, а также на состояние биоэнергетических функций и работоспособность спортсменов. Путем полярографической регистрации установлено, что преинкубация митохондрий, выделенных из скелетных мышц, в присутствии антигипоксанта вызывает сильное угнетение окисления глютамата в 4-м состоянии (более чем в 2 раза). В гомогенатах мышц окисление глюта-мата под воздействием антигипоксанта незначительно увеличивается в исходном состоянии, но заметно снижается в присутствии разобщителя. Из этих данных следует, что введение антигипоксанта оказывает ингибирующее влияние на АТФ-азу митохондрий, но не изменяет в сколь-либо заметной степени активность АТФ-синтетазы и не оказывает прямого воздействия на дыхательную цепь. В исследованиях с участием спортсменов введение антигипоксанта в концентрации около 30 мг/кг веса тела за 1 час до начала работы способствовало достижению больших величин закисления при выполнении упражнений с предельной длительностью от 1 до 10 мин, но не оказывало заметного влияния на основные биоэнергетические функции - уровень потребления 02, выделения "излишка" С02, размеры 02-долга и 02-запроса упражнения. Вместе с тем, прием препарата антигипоксичес-кого действия сопровождался существенным улучшением показателей работоспособности в упражнениях с предельной продолжительностью от 3 до 10 мин. В условиях ответственных соревнований улучшение спортивных достижений у высококвалифицированных спортсменов под влиянием приема препарата антигипоксического действия составило от 2 до 6% от лучшего результата в беге на дистанциях от 200 до 10000 м.
Активация свободнорадикального окисления в условиях напряженной мышечной деятельности сопровождается нарушениями процессов тканевого дыхания, что является причиной быстро развивающегося утомления и снижения переносимости гипоксических состояний, перманентно возникающих в процессе выполнения упражнения [1-7]. Применение препаратов, обладающих антиокислительным и антигипоксическим действием, ведет к разрушению перекисных продуктов, стабилизирует работу дыхательных ферментов, локализованных на митохондриальных мембранах, и снижает скорость развития утомления в процессе работы [8-12]. Такого рода действием обладает препарат диоксиполиорилен (ДОП), синтезированный в НИИ особо чистых биопрепаратов, г. Санкт-Петербург [13, 14]. Антигипокси-ческая активность данного препарата обусловлена особенностями его молекулярной структуры (фенольный полимер с наличием тиосульфатной группировки) и функциональными свойствами, близкими к природным антиоксидантам типа уби-хинона. В организме человека основным местом акцепторного действия препарата являются ткани, обладающие наиболее высоким уровнем окислительной активности, - головной мозг, сер-
дечная и скелетная мышцы, печень и т.п. В условиях сверхутилизационной гипоксии, возникающей при напряженной мышечной деятельности, введение препарата может улучшить эффективность аэробного обмена и существенно повысить анаэробную производительность [15-19].
Настоящее исследование было предпринято с целью изучения влияния препарата ДОП на состояние процессов митохондриального дыхания в скелетных мышцах, а также на биоэнергетические функции и работоспособность спортсменов, специализирующихся в беге на средние и длинные дистанции.
МЕТОДИКА
Изучение эффектов препарата ДОП на дыхание митохондрий и гомогенатов скелетных мышц проводили на биопсических образцах, взятых из m. Quadriceps испытуемых в состоянии покоя. Дыхание митохондрий и гомогенатов скелетных мышц регистрировали полярографическим методом с помощью кислородного электрода Кларка.
Для выделения митохондрий и получения го-могената из скелетных мышц охлажденную ткань гомогенизировали механическим способом
в стеклянном гомогенизаторе при разбавлении средой выделения в соотношении 1 : 8. Полученную суспензию отфильтровывали и к оставшемуся гомогенату добавляли среду (1 : 1) следующего состава: 120 mM KCl, 10 mM MOPS, pH 7.4. В этой среде препарат хранили на льду. При работе с го-могенатом состав среды инкубации был тот же, что и при выделении. Для выделения митохондрий процеженную суспензию центрифугировали 10 мин при 600 g. Супернатант сливали и центрифугировали 10 мин при 17000 g. Затем митохондрии ресуспензировали и центрифугировали 10 мин при 17000 g. Среда инкубации для митохондрий была такого же состава, как и для гомогена-та. Количество белка в митохондриях определяли биуретовым методом.
Изучение влияния препарата ДОП на биоэнергетические функции и работоспособность спортсменов проводили в форме стендовых лабораторных испытаний с использованием стандартных тестирующих процедур [20-22], а также путем апробации препарата в национальной сборной команде по легкой атлетике при подготовке и участии спортсменов в ответственных внутрироссий-ских и международных соревнованиях.
В стендовых испытаниях препарата приняли участие 8 высококвалифицированных спортсменов, специализирующихся в беге на средние дистанции (мастера спорта и кандидаты в мастера спорта). Все они были добровольцами и не имели каких-либо серьезных отклонений в состоянии здоровья. Возраст испытуемых составлял 19-22 года, рост - 174-184 см, вес - 61-74 кг, относительная величина максимального 02-потребле-ния - 75.4 мл 02/кг мин.
Первоначально все обследованные лица были подвергнуты испытаниям в тесте со ступенчатым повышением нагрузки [20, 22] и в тесте максимальной анаэробной мощности [23, 24]. Затем на основе результатов этих исследований была осуществлена программа контрольных экспериментов, которая включала выполнение пяти различных видов упражнений на велоэргометре: упражнения на удержание критической мощности, трех- и двухминутные упражнения на критической мощности, десяти- и одноминутные упражнения с предельной мощностью. В каждом из перечисленных упражнений испытуемые были тестированы в обычном состоянии (контроль) и после приема препарата. Ежедневно выполнялся один вид работы. Перерывы между экспериментами составляли от 1 до 3 дней. С целью исключения воздействия предыдущего эксперимента на последующие очередность выполнения различных видов нагрузки устанавливалась по таблице случайных чисел.
Эксперименты проводились в первой половине дня. Испытуемые приходили в лабораторию утром натощак. После 30-минутного отдыха испытуемых (сидя в кресле) у них определяли уровень покоя (ЗЫК) и показатели кислотно-щелочного равновесия (КЩР). Тестирующие нагрузки выполнялись без предварительной разминки. Во время упражнения и в течение 20 мин восстановительного периода непрерывно регистрировали показатели газообмена и КЩР. Пробы крови для анализа забирали из предварительно разогретых пальцев рук. Определение показателей КЩР и газов крови проводили на микрогазоанализаторе "ИЛ-213" фирмы "Инструментейшн лаборатори" (США). Ошибка определения рН составляла менее 0.001 усл. ед., для р С02 - около 0.1 мм рт. ст.
Газометрические измерения осуществляли с помощью аппарата для метаболических исследований "ММС" фирмы "Беккман". Компьютерная система аппарата позволяли вести расчет и получать в форме телетайпной записи величины легочной вентиляции (в системе ВТРЗ), потребления 02, выделения С02 (в системе БТРБ) и дыхательного коэффициента за каждые 15-30-секундные интервалы времени. Ежедневно перед началом экспериментов проводили калибровку газоанализаторов по стандартным газовым смесям. Точность измерений на приборе концентрации 02 составляла около 0.1 об. %, С02 - около 0.02 об. %, объема вентиляции - 2% при потоке от 6 до 600 л/мин.
Тестирующие нагрузки выполнялись на велоэргометре фирмы "Монарк" (Швеция).
Оптимальная доза одноразового приема препарата ДОП, установленная в ходе предварительных исследований, составляла 30-40 мг/кг веса тела. Эти дозировки были использованы во всех стендовых и полевых испытаниях. Препарат вводился перорально в форме желатиновых капсул, содержащих по 0.7 г активного вещества, за 60 мин до начала эксперимента или старта в ответственных соревнованиях.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Влияние препарата ДОП на дыхание митохондрий и гомогенатов скелетных мышц человека
Одним из наиболее информативных показателей сопряженности процессов переноса электронов по дыхательной цепи и фосфорилирования АДФ в митохондриях является величина дыхательного контроля по Чансу и Вильям су [25], представляющая отношение скорости дыхания в 3-м состоянии к скорости дыхания в 4-м состоя-
А
мх
мх мх 11
мх ♦
АДФ >
ДНФ *
мх i
Б
АДФ
1 МИН
I_I
1
1.2 тМ
ДНФ *
1 МИН
I_I
Рис. 1. Влияние препарата ДОП на дыхание митохондрий (МХ), выделенных из скелетных мышц человека (А) и ин-гибирование препаратом ДОП дыхания этих же митохондрий (Б).
Кривая 1 - контроль, кривая 2 - прединкубация с препаратом ДОП в концентрации 1.2 тМ, кривая 3 - то же в концентрации 2.4 тМ, кривая 4 - то же в концентрации 6.0 тМ. Использованные добавки: глютамат - 4 тМ, АДФ - 600 ||М, 2,4-ДНФ - 20 |М. Цифры у кривых соответствуют значениям скорости дыхания митохондрий в пМ 02/мг белка/мин.
нии. Чем выше значение дыхательного контроля, тем выше и степень сопряженности дыхания и фосфорилирования.
Для оценки действия препарата ДОП на функции митохондриального дыхания были выделены
митохондрии с низким значением дыхательного контроля и высокой АТФ-азной активностью (см. рис. 1, А и табл. 1). Дыхательный контроль в контрольной пробе (рис. 1, А, кривая 1) составлял 2.44. Разобщитель, добавленный на фоне 4-го со-
Таблица 1. Влияние препарата ДОП на изменение скорости дыхания* митохондрий, выделенных из скелетных мышц человека
Показатели Глутамат 4 тМ Сукцинат 10 тМ, глутамат 4 тМ, ротенон 2 х 10 6 М
скорости дых
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.