БИОФИЗИКА, 2012, том 57, вып. 5, с. 880-887
БИОФИЗИКА СЛОЖНЫХ СИСТЕМ
УДК 612.217.1:612.532
ИЗМЕНЕНИЯ В ДЫХАТЕЛЬНЫХ И ЛОКОМОТОPНЫХ МЫШЦАХ
У KPЫС ПPИ АЭРОБНОЙ БЕГОВОЙ TPЕНИPОВКЕ С ПОСТОЯННОЙ CKОPОCTЬЮ И В ИНTЕP ВАЛЬНОМ P ЕЖИМЕ
© 2012 г. А.А. Борзых*, И .В. Кузьмин* **, А.А. Мартьянов**, А.С. Боровик*, А.П. Шарова*, О.С. Тарасова* **, О.Л. Виноградова*
*Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Государственный научный центр Pоссийской Федерации - Институт медико-биологических проблем Pоссийской академии наук,
123007, Москва, Xорошевское шоссе, д. 76A;
**Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова», 119234, Москва, Ленинские горы 1, стр. 12 E-mail: borzykh.anna@gmail.сот Поступила в p едакцию 05.07.12 г.
П роводили 8-недельную аэробную тренировку самцов крыс Вистар на тредбане в двух режима x: с постоянной скоростью бега и с чередованием интервалов высокой и низкой скорости. Оба способа тренировки привели к повышению аэробной работоспособности крыс и увеличению активности цитратсинтазы в медиальной головке икроножной мышцы, при этом различия между эффектами двух протоколов нагрузки не наблюдались. Вместе с тем после интервальной тренировки в отличие от постоянной у крыс развивалась гипертрофия миокарда и, кроме того, были менее выраженными изменения в диафрагме, такие как сдвиг миозинового фенотипа в медленную сторону и уменьшение площади поперечного сечения мышечных волокон. Ни один из режимов тренировки не оказывал влияния на содержание кортикостерона и тиреоидных гормонов в крови крыс, но интервальная тренировка приводила к увеличению содержания тестостерона. Анаболическое влияние тестостерона при интервальной аэробной тренировке может обеспечивать повышение гемодинамической производительности сердца и поддержание силовых характеристик диафрагмы.
Ключевые слова: диафрагма, икроножная мышца, цитратсинтаза, миозиновый фенотип, тестостерон.
Физическая нагрузка на организм сопровождается повышением интенсивности метаболических пр оцессов в работающих мышцах. П ри ритмической р аботе умеренной интенсивности скелетные мышцы получают энер гию пр еиму-щественно за счет аэробного метаболизма [1]. Поэтому при такой работе увеличивается потребление кислорода, повышается легочная вентиляция и, следовательно, нагрузка на дыха-тельную мускулатуру.
Дыхательные мышцы ритмически активны в течение всей жизни организма и обильно снабжаются кровью даже в отсутствие физической нагрузки [2,3], в связи с чем по строению и метаболическим характеристикам они отличаются от локомоторных мышц. Диафрагма, основная инспираторная мышца млекопитаю-
Сокращения: ЦС - цитратсинтаза, МВ - мышечные волокна (МВ1 - тип I, медленные; МВ11 - тип II, быстрые), ППС - площадь поперечного сечения.
щих, состоит из сравнительно мелких мышечных волокон с высокой активностью митохон-дриальных ферментов (т.е. высоким окислительным потенциалом) и имеет очень густую капиллярную сеть [4-6]. Такие особенности строения позволяют предполагать, что стратегии адаптации локомоторных и дыхательных мышц к физической нагрузке также могут различаться, однако этот вопрос требует дальнейшего изучения. Поскольку эффекты физической тренировки сильно зависят от функционального со -стояния организма и протокола тренировочной нагрузки [1], адекватное сопоставление эффектов тренировки на эти два разные в функциональном отношении типа мышц возможно лишь при их исследовании в р амках одной работы, а подобных работ очень мало.
В спорте и восстановительной медицине тр е-нир овочные занятия часто пр оводятся в интервальном режиме, т.е. с чередованием пер иодов интенсивной и сравнительно небольшой нагруз-
ки. Показано, что такие интер вальные тренировки более эффективны в отношении повышения аэробных возможностей организма и развития адаптивных процессов в мышечной ткани [7-10]. Однако остается неясным вопро с, какой должна быть мощность нагрузки во вр е-мя интенсивных интер валов: обязательно ли она должна превышать уровень, при котором в мышцах происходит интенсификация гликолиза, т.е. наблюдается переход метаболизма от преимущественно аэробного к анаэр обному?
Целью данной работы был сравнительный анализ эффектов двух режимов аэробной тре-нир овки (с постоянной и интер вально изменяющейся скоростью бега) на активность цитрат-синтазы (Ц C), миозиновый фенотип и размеры мышечных волокон (МВ) в дыхательной и локомоторной мышцах у крыс. Для этого про -водили исследования реберного отдела диафрагмы, который в основном обеспечивает ее дыхательную функцию [11], и медиальной головки икроножной мышцы, которая принимает активное участие в локомоции и со стоит из разных типов мышечных волокон [5], что важно для изучения пластичности мышечной ткани. К роме того, для поиска путей регуляции адаптации мышц к физическим нагрузкам измеряли уровень кортикостерона, тиреоидных гормонов и тестостерона, которые могут участвовать в таких процессах.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Исследования проводили на половозрелых самцах крыс линии Вистар по протоколу, одобренному комиссией по биомедицинской этике ГНЦ РФ - ИМБП РАН. Возраст животных к началу эксперимента составлял 2-2,5 месяца.
Для создания беговой нагрузки использовали 4-канальный тредбан Ехег-4И (Columbus Instruments, США), для которого была разработана система управления, позволяющая с помощью компьютерной программы задавать необходимый паттерн нагрузки. В начале эксперимента крыс обучали бегу на тредбане: в течение 5 дней по 10 мин в день при скорости 10 м/мин и угле наклона 5°. Затем для крыс, которые проявили способность к бегу, проводили тест с возрастающей нагрузкой с измерением концентрации лактата в крови для того, чтобы оценить их аэробную работоспособность. Скорость движения дор ожки увеличивали каждые 2,5 мин на 5 м/мин до 45 м/мин. В конце каждой ступени из надреза кончика хвоста брали пробу крови (20 мкл), в которой электрохимическим методом определяли концентрацию лактата (анализатор Бирег GL Easy,
Гер мания). Показателем аэр обной работоспособности считали скорость бега, при которой концентрация лактата повышалась до 2,5 ммоль/л.
По результатам такого теста крысы были разделены на три сопоставимые по аэр обной работоспособности группы. Две группы крыс далее тренировали с использованием разных протоколов нагрузки. Крысы третьей, контрольной, группы для поддержания навыка бега два раза в неделю бегали на горизонтальной дорожке по 10 мин со скоростью 10 м/мин.
Тренировочные занятия проводили шесть раз в неделю в течение восьми недель. Два протокола нагрузки (с постоянной скоростью и в интервальном режиме) были строго уравнены по длительности тренировочного занятия (85,5 мин в день) и суммарной выполненной работе. Угол наклона беговой дорожки не изменялся и составлял 5°. В течение первых четырех недель постепенно повышали нагрузку путем увеличения средней скорости бега. Далее при тренировке в постоянном режиме с пятой по восьмую неделю крысы бегали со скоростью 18,8 м/мин. При тренировке в интервальном режиме протокол тренировочного занятия со -стоял из трех этапов: преднагрузки (10 мин при 10 м/мин), основной нагрузки и постнагрузки (5,5 мин при 10 м/мин). О сновная нагрузка в течение последних четырех недель тренировочного цикла была следующей: 10 ступенек с высокой скоростью (40 м/мин) длительностью 2,5 мин, разделенные 4,5-минутными интервалами бега с низкой скоро стью (10 м/мин). Во время выполнения обоих тренировочных про -токолов концентрация лактата в крови крыс не превышала 2,5 ммоль/л, т.е. энергообеспечение работающих мышц происходило в основном за счет аэробных метаболических про -цессов.
Для оценки влияния тренировки на аэробную работоспособность крыс тестирование с возрастающей нагрузкой и измерением концентрации лактата в крови повторяли на последней неделе тренировочного цикла.
Через 24-48 ч после последнего трениро-вочного занятия крыс наркотизировали нембу-талом (40 мг/кг, внутрибрюшинно), декапити-ровали гильотиной и собирали кровь для получения сыворотки. Затем выделяли и взвешивали сердце (отдельно правый желудочек и левый желудочек с перегородкой), а также медиальную головку икроножной мышцы и фрагмент реберного отдела диафрагмы. Мышцы быстро замораживали в жидком азоте (для последующего определения активности цитрат-синтаза) или в 2-метилбутане (Sigma, США),
Морфометрические показатели и содержание гормонов в сыворотке крови у контрольных крыс и у крыс, тренированных с постоянной скоростью бега или в режиме переменной нагрузки
Показатели Контроль (n = 16) Тренировка
Постоянная (n = 12) Интервальная (n = 10)
Масса тела в начале эксперимента, г 261,1 ± 8,5 250,3 ± 9,4 258,3 ± 9,3
Масса тела в конце эксперимента, г 435,6 ± 7,1# 383,2 ± 10,8*,# 391,7 ± 8,6*,#
Масса правого желудочка сердца, мг/100 г массы тела 60,7 ± 2,0 63,0 ± 1,3 64,8 ± 1,8
Масса левого желудочка сердца, мг/100 г массы тела 189,1 ± 2,2 198,4 ± 6,7 204,9 ± 1,4*
Кортикостерон, нмоль/л 23,1 ± 2,9 30,4 ± 5,7 19,1 ± 7,0
Тестостерон, нмоль/л 6,2 ± 0,9 12,1 ± 3,5 16,4 ± 2,5*
Общий тироксин, нмоль/л 15,1 + 0,79 17,0 + 1,02 16.0+1.9
Свободный трийодтиронин, пмоль/л 1,3 + 0,2 1,7 +0.2 1.5+0.4
Примечание. *р < 0,05 по сравнению с контролем, #р < 0,05 по сравнению со значением в начале тренировочного цикла. Определение концентраций гормонов проводили у половины крыс в каждой группе (п = 8, п = 7 и п = 5 соответственно).
охлажденном парами жидкого азота (для гистологического исследования) и хр анили при -70°C до проведения исследований.
Активность цитратсинтазы в гомогенате мышечной ткани определяли по протоколу Srere [12] с некоторыми модификациями. За единицу активности фермента принимали количество фермента, катализирующего за 1 мин превращение 1 мкмоль субстрата. Полученные значения нормировали на концентрацию белка в гомогенате, которую определяли по методу Бредфорда [13].
Мышечные волокна медленного (МВ1) и быстрого (MBII) типов выявляли на срезах, приготовленных из замороженных образцов, с испол
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.