Міністерство охорони здоров’я України
Луганський державний медичний університет
Гаврилін Віталій Олексійович
УДК 612.111: 796.071.2:796.015.6
Вплив фізичних навантажень на віковий склад та метаболічний статус червонокрівців периферійної крові спортсменів, які займаються бігом на середні дистанції
14.03.04 – патологічна фізіологія
Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата біологічних наук
Луганськ-2008
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Фізичні навантаження на організм спортсменів протягом тренувального макроциклу, і, особливо, в його змагальному періоді, супроводжуються значними витратами енергії, для відновлення якої необхідний кисень, який в енергетичному обміні виконує функцію акцептора електронів. Єдиними спеціалізованими постачальниками кисню до тканин є червонокрівці, від функціонального стану яких залежить ефективність їх транспортної функції. Тривалість життя червонокрівців складає 120 діб, при цьому в загальній їх масі, циркулюючій в крові, знаходяться клітини різного віку та, відповідно, вони мають різний функціональний потенціал. Наявність вікової різнорідності червонокрівців підтверджується їх неоднаковою чутливістю до кислотного гемолізу, що є передумовою для розробки способу кількісного визначення вікових груп червонокрівців. До нинішнього часу вікового фракціонування червонокрівців периферичної крові не проводилось.
Фізичні навантаження, яким піддаються організми спортсменів-бігунів на середні дистанції, викликають в організмі кисневу заборгованість, що обумовлює тканинну гіпоксію, та активує процеси перекисного окиснення ліпідів (ПОЛ) (Луцик Е.Г. та співавт., 2001; Гаврилін В. та співавт., 2008). Відомо, що надлишкова активація процесів ПОЛ відбувається на тлі недостатності системи антиокислювального захисту (АОЗ) та негативно впливає на енергетичний потенціал клітин (Галий С.Н., Яковлева Е.В., 2007; Cazzola R. et al., 2003). Дослідження рівня ПОЛ, ферментативної системи АОЗ, а також активності ферментів глюкозо-6-фосфатдегідрогенази (Г-6-ФДГ), лактатдегідрогенази (ЛДГ) з її ізоферментними фракціями, та енергетичного потенціалу (вмісту аденозину фосфатів – АТФ, АДФ та АМФ) в різних вікових групах червонокрівців периферичної крові спортсменів-бігунів на середні дистанції до нинішнього часу не проводили. Не вивчені також особливості метаболічного статусу в червонокрівцях різних вікових груп і, особливо, їх перерозподілу в динаміці змагального періоду в спортсменів різних кваліфікацій.
Зв'язок роботи з науковими програмами, темами . Тема роботи є фрагментом планової наукової теми кафедри патофізіології Луганського державного медичного університету «Імунний, метаболічний та мікробіологічний статус спортсменів» (реєстраційний номер 0107U003013). Автор є співвиконавцем комплексної теми.
Мета роботи: Визначити вплив фізичних навантажень змагального періоду на кількість, віковий склад та метаболічний статус червонокрівців периферичної крові спортсменів-бігунів на середні дистанції.
Для досягнення мети були поставлені наступні задачі:
Вивчити в динаміці змагального періоду в спортсменів-бігунів на середні дистанції, в залежності від їх спортивної кваліфікації, вплив фізичних навантажень на:
1. Кількість та віковий склад червонокрівців периферичної крові.
2. Кислотну резистентність червонокрівців.
3. Інтенсивність процесів ПОЛ та активність ферментів системи АОЗ в червонокрівцях різних вікових груп.
4. Активність Г-6-ФДГ, ЛДГ та фракційний склад останньої в червонокрівцях різних вікових груп.
5. Вміст АТФ, АДФ та АМФ, значення енергетичного заряду (ЕЗ) в червонокрівцях різних вікових груп.
Об'єкт дослідження: кількість, віковий склад та метаболічний статус червонокрівців периферичної крові спортсменів-бігунів на середні дистанції.
Предмети дослідження: вплив фізичних навантажень змагального періоду на кількість, віковий склад та метаболічний статус червонокрівців периферичної крові спортсменів-бігунів різної кваліфікації.
Методи дослідження: морфологічні (аналіз мазків периферичної крові під світловим мікроскопом), біохімічні (вивчення вмісту дієнових кон’югатів – ДК, малонового діальдегіду – МДА, активності каталази – КТ, супероксиддисмутази – СОД, Г-6-ФДГ, вмісту АТФ, АДФ і АМФ, ЛДГ та її фракцій в червонокрівцях), експериментальні (вивчення показників кислотної резистентності червонокрівців, фракціонування клітин за кислотною резистентністю), статистичні (метод варіаційної статистики).
Наукова новизна одержаних результатів. Визначений віковий склад червонокрівців периферичної крові практично здорових нетренованих осіб та спортсменів у змагальному періоді. Виділено 5 вікових груп червонокрівців: старі, зрілі-2, зрілі-1, молоді та юні клітини; визначена частка кожної з груп в загальній структурі червонокрівців нетренованих осіб та спортсменів. Визначені активність ПОЛ, ферментів системи АОЗ, Г-6-ФДГ, ЛДГ та її фракцій, а також енергетичний потенціал у вікових групах червонокрівців нетренованих осіб та спортсменів у залежності від їх спортивної кваліфікації в динаміці змагального періоду. Показано, що різні вікові групи червонокрівців характеризуються різним рівнем активності ПОЛ, ферментів системи АОЗ, Г-6-ФДГ, ЛДГ та її фракцій, а також мають різний ЕЗ і різний внутрішньоклітинний вміст АТФ, АДФ та АМФ.
Виявлені особливості впливу фізичних навантажень на зміни загальної кількості та вікових фракцій червонокрівців, на їх кислотну резистентність у спортсменів різної кваліфікації в динаміці змагального періоду. Показано, що фізичні навантаження сприяють в різних вікових групах клітин розвитку різних за інтенсивністю процесів ПОЛ, недостатності системи АОЗ та зниженню активності Г-6-ФДГ, ЛДГ та її фракцій, ЕЗ та внутрішньоклітинного вмісту АТФ. Встановлено, що в силу переважання в периферичній крові спортсменів високої кваліфікації юних, молодих та зрілих-1 червонокрівців, які мають найбільший антиокислювальний та енергетичний потенціал, негативний вплив фізичних навантажень в даного контингенту спортсменів на метаболізм червонокрівців є менш виразним, ніж у бігунів-розрядників.
Практичне значення одержаних результатів. Розроблена методика визначення вікового складу червонокрівців периферичної крові. Удосконалена методика визначення внутрішньоклітинного вмісту хімічних речовин та активності внутрішньоклітинних ферментів за умов проведення кислотного гемолізу червонокрівців.
Отримані дані використовуються в навчальному процесі кафедр мікробіології та патофізіології Луганського державного медичного університету МОЗ України, в навчальному процесі кафедри фізичного виховання Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля МОН України, що підтверджено відповідними актами впровадження.
Особистий внесок здобувача. Вибір теми наукового дослідження, постановка мети, задач і обговорення одержаних результатів, планування роботи були здійснені разом з науковим керівником. Особисто автором проведений патентно-інформаційний пошук, аналіз літератури за темою дисертації, виконана експериментальна частина роботи, вивчені та узагальнені результати проведених досліджень, обґрунтовані наукові висновки і рекомендації для практичного використання одержаних результатів, написані всі розділи дисертації та автореферат.
Апробація роботи. Основні положення дисертації повідомлені та обговорені на засіданнях: Українсько-російської науково-методичної конференції «Дидактика спорту: проблеми, тенденції, перспективи» (Донецьк, 2003); Міжнародної науково-практичної конференції «Актуальні проблеми фізичного виховання і спорту студентської молоді» (Харків, 2004); науково-практичної конференції «Спортивна наука Донбасу» (Донецьк, 2004); 111-ї Всеукраїнської наукової конференції Донецького національного університету «Здоров’я і освіта: проблеми та перспективи» (Донецьк, 2004); 9-ї міжнародної наукової конференції «Молода спортивна наука України» (Львів, 2005); 4-ї Всеукраїнської науково-практичної конференції «Здоров`я і освіта: проблеми та перспективи» (Донецьк, 2006); 1 регіонального науково-практичного семінару «Теоретико-методичні основи організації фізичного виховання молоді» (Львів, 2006); Міжнародних науково-практичних конференцій студентів, молодих вчених, лікарів та викладачів «Сучасні досягнення внутрішньої медицини», «Сучасні досягнення в хірургії», «Сучасні досягнення теоретичної та практичної медицини», присвячених Дню науки в Україні та 60-річчю Сумського державного університету (Суми, 2008); XІI Міжнародного медичного конгресу студентів і молодих вчених (Тернопіль, 2008); ІV Міжнародної наукової конференції студентів і аспірантів «Молодь та поступ біології» біологічного факультету Львівського національного університету імені Івана Франка (Львів, 2008); науково-практичної конференції з міжнародною участю студентів, інтернів, магістрів, аспірантів та молодих вчених медичного факультету Ужгородського національного університету (Ужгород, 2008); науково-практичної конференції кафедри загальної та клінічної патофізіології ім. В.В. Підвисоцького Одеського державного медичного університету «Сьомі читання ім. В.В. Підвисоцького» (Одеса, 2008), а також на засіданнях Луганського обласного товариства патофізіологів в 2006-2008 рр.
Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 8 наукових статей в часописах, які відповідають вимогам ВАК України та надруковані згідно вимог, викладених в пункті 3 Постанови ВАК України від 15 січня 2003 р. за № 7-05/1, та 18 тез.
Обсяг і структура дисертації. Робота написана на 122 сторінках комп'ютерного набору та складається з вступу, огляду літератури, 3 розділів власних досліджень, аналізу одержаних результатів, висновків, практичних рекомендацій та списку літературних посилань. Робота ілюстрована 21 таблицею (загальний обсяг – 0 сторінок). Список літератури включає 114 джерел вітчизняних та іноземних авторів.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Матеріал і методи дослідження. Під спостереженням протягом 2006-2008 рр. знаходилось 108 спортсменів-чоловіків 18-21 року, які займались бігом на середні дистанції (50 спортсменів масових розрядів, 58 кандидатів та майстрів спорту). Контрольну групу склали 47 практично здорових нетренованих чоловіків 18-21 року. Робота виконувалась у відповідності до загальноприйнятих біоетичних норм. Дослідження здійснювали до та після змагань в науковій лабораторії кафедри патофізіології Луганського державного медичного університету (завідувач кафедри – професор Н.К. Казімірко).
У периферичній крові проводили підрахунок кількості червонокрівців, ретикулоцитів, визначали показник гематокриту. Гемолізати червонокрівців отримували шляхом змішування 2 мл отриманої суспензії з 2 мл 0,002 М HCl на 0,9% розчині NaCl. Кислотну резистентність червонокрівців визначали методом И.А. Терскова та И.И. Гительзона (1957). Із отриманих даних складали еритрограми та підраховували показник стійкості червонокрівців. При цьому враховували час сферуляції (точка початку гемолізу), час появи максимуму, час початку та закінчення гемолізу, висоту максимуму, кількість максимумів. На еритрограмах визначали точки: (1) кінця сферуляції (відповідала початку кислотного гемолізу); (2) передмаксимуму гемолізу; (3) максимуму гемолізу; (4) постмаксимуму-1 гемолізу; (5) постмаксимуму-2 гемолізу; (6) кінця гемолізу. На графічному зображенні еритрограми визначали загальну площу фігури, використовуючи формули визначення площі прямокутника та трикутника. Приймали розраховану площу до кількості червонокрівців в 1 літрі крові. З часових точок (1-6) ламаної лінії опускали перпендикуляри на ось ординат та вираховували площі фігур між перпендикулярами. Площа кожної фігури відповідала частці червонокрівців певного віку. Розрахунок абсолютної кількості червонокрівців кожної вікової групи проводили за формулою: кількість червонокрівців=(А+В)/С, де А – загальна кількість червонокрівців (Т/л), В – площа фігури між перпендикулярами, С – загальна площа фігури, обчислена при визначенні еритрограми.
Для визначення показників ПОЛ, системи АОЗ, вмісту аденозину фосфатів у різних вікових групах червонокрівців на еритрограмах визначали 6 точок, описаних вище. Для ізоляції клітин певної вікової групи з другої порції крові реакцію зупиняли в точці сферуляції, з третьої порції – в точці передмаксимуму, з четвертої – в точці максимуму, з п’ятої – в точці постмаксимуму-1, з шостої – в точці постмаксимуму-2. Реакцію зупиняли додаванням 3 мл 0,002 N розчину NaOH, який знаходився в центрифужній пробірці обсягом 20 мл. Після зупинки реакції кислотного гемолізу червонокрівців пробірку негайно центрифугували протягом 1 хвилини при 1000 оборотах за хвилину. Після центрифугування забирали надосадову рідину, в якій визначали необхідні метаболічні показники, розрахунок концентрації проводили з урахуванням кратності розведення вихідного об’єму крові, від отриманого результату віднімали значення відповідних метаболічних показників в сироватці крові (визначені з урахуванням гематокриту), результат відповідав вмісту метаболітів у червонокрівцях.
У червонокрівцях вивчали: вміст МДА, ДК, активність КТ, СОД, Г-6-ФДГ та ЛДГ, вміст АМФ, АДФ, АТФ, ізоферментний спектр ЛДГ. ЕЗ вираховували за формулою: ЕЗ = ((АТФ) + 1/2(АДФ))/((АТФ) + (АДФ) + (АМФ)). Характер виявлених змін був проаналізований з використанням варіаційної статистики на ЕОМ.
Результати дослідження та їх аналіз. Вплив фізичних навантажень на кількісний та віковий склад червонокрівців. Загальні кількості червонокрівців в крові осіб контрольної групи та спортсменів до змагань були практично однаковими. Після змагань загальні кількості червонокрівців збільшувались, але в розрядників - невірогідно.
До змагань абсолютна та відносна кількість старих клітин в розрядників та осіб контрольної групи була практично однаковою. У висококваліфікованих бігунів частка та абсолютний вміст старих червонокрівців виявились вірогідно нижчими показників осіб контрольної групи та розрядників. Кількість зрілих-2 клітин в розрядників відповідала показнику осіб контрольної групи, тоді як в висококваліфікованих бігунів була суттєво нижчою. Кількість зрілих-1 клітин у розрядників за відносним і абсолютним показниками знаходилась в межах значень осіб контрольної групи; а в бігунів високої кваліфікації – була суттєво збільшеною. У розрядників відносний вміст молодих клітин не відрізнявся від показника осіб контрольної групи та був вірогідно вищим, ніж відносні кількості старих, зрілих-2 та зрілих-1 червонокрівців. У бігунів високої кваліфікації відносна кількість молодих клітин невірогідно відрізнялась від такої в розрядників, але була вірогідно вищою, ніж частки старих, зрілих-2 та зрілих-1 клітин всередині групи. Абсолютна кількість молодих клітин у висококваліфікованих бігунів вірогідно переважала над рівнями старих, зрілих-2 та зрілих-1 червонокрівців, але невірогідно перевищила показник розрядників. Рівень юних клітин в розрядників за відносним та абсолютним показниками невірогідно відрізнявся від показників осіб контрольної групи. У висококваліфікованих спортсменів частка юних червонокрівців була практично однаковою з показниками осіб контрольної групи та розрядників.
Після змагань в розрядників сума старих та зрілих-2 червонокрівців склала 38,48±1,53%, що було в 1,19 рази вище їх вихідного рівня (р<0,05), або 1,897±0,076 Г/мл проти 1,19±0,047 Г/мл у висококваліфікованих бігунів (р<0,001), тоді як сума зрілих-1, молодих та юних клітин склала 61,52±2,8%, що було нижче вихідного рівня в 1,1 рази (р<0,05), або 3,03±0,12 Г/мл проти 3,83±0,15 Г/мл у висококваліфікованих бігунів (р<0,001). У висококваліфікованих бігунів сукупність старих та зрілих-2 червонокрівців після змагань склала 23,72±0,94%, що було невірогідно вище вихідного рівня.
Вплив фізичних навантажень на кислотну резистентність червонокрівців. До змагань не виявлено вірогідних розбіжностей між показниками кислотної резистентності спортсменів та осіб контрольної групи. Однак у висококваліфікованих бігунів спостерігали вірогідне подовшення часу сферуляції, невірогідне збільшення часу появи передмаксимуму, максимуму, першого та другого постмаксимумів порівняно з розрядниками. Тривалість гемолізу у висококваліфікованих спортсменів виявилась невірогідно довшою, ніж в розрядників. У всіх спортсменів реєстрували тільки один максимум гемолізу.
Після змагань в розрядників час сферуляції, появи передмаксимуму та максимуму вірогідно скорочувався порівняно з показниками висококваліфікованих бігунів та осіб контрольної групи. Висота максимуму гемолізу в розрядників виявилась невірогідно вищою, ніж вихідний рівень, та вірогідно вищою показника осіб контрольної групи. У всіх розрядників реєстрували тільки один максимум гемолізу, а також вірогідне скорочення часу появи першого та другого постмаксимумів та тривалості гемолізу порівняно з вихідним рівнем та особами контрольної групи.
У висококваліфікованих бігунів час сферуляції після змагань невірогідно скоротився проти вихідного рівня, не відрізнявся від показника осіб контрольної групи та був вірогідно довшим, ніж в розрядників. Час появи передмаксимуму також невірогідно скорочувався відносно вихідного рівня та не відрізнявся від показника осіб контрольної групи, тоді як порівняно з показником розрядників був вірогідно збільшеним. Час появи максимуму коливався в межах значень осіб контрольної групи, але був невірогідно нижчим вихідного рівня та вірогідно перевищував показник розрядників. Висота максимуму невірогідно збільшилась проти вихідного значення та показника розрядників. Збільшення висоти максимуму в бігунів високої кваліфікації після змагань, порівняно з показником осіб контрольної групи, було вірогідним. Особливістю еритрограми була поява в 45% висококваліфікованих бігунів двох максимумів. Відзначали невірогідне скорочення часу появи першого та другого постмаксимумів відносно вихідного рівня. Крім того, зареєстровані показники виявились вірогідно вищими, ніж в розрядників для часу появи першого та другого передмаксимумів. Тривалість гемолізу невірогідно скоротилась порівняно з вихідним рівнем, але була вірогідно більшою показників осіб контрольної групи та розрядників.
Вплив фізичних навантажень на стан процесів ПОЛ в червонокрівцях. До змагань вміст ДК та МДА в червонокрівцях розрядників вірогідно не відрізнявся від показників осіб контрольної групи. У висококваліфікованих бігунів вміст ДК та МДА був вірогідно нижчим показників осіб контрольної групи та розрядників. Після змагань в розрядників рівні ДК та МДА вірогідно збільшились проти вихідних рівнів та показників осіб контрольної групи. Активація процесів ПОЛ у висококваліфікованих бігунів була менш значною.
Вміст ДК та МДА в старих клітинах розрядників виявився вірогідно вищим, ніж в зрілих-2, зрілих-1, молодих та юних червонокрівцях. У розрядників до змагань концентрації ДК та МДА в клітинах різних вікових груп не відрізнялись від таких в осіб контрольної групи. У висококваліфікованих бігунів вихідні рівні ДК та МДА суттєво відрізнялись від значень осіб контрольної групи та були нижчими їх, при збереженні тенденції до найвищої активності процесів ПОЛ в старих червонокрівцях та найменшої – в юних.
Після змагань активність процесів ПОЛ у всіх вікових групах клітин суттєво збільшувалась, при цьому найбільшу інтенсифікацію спостерігали в клітинах розрядників. Незалежно від кваліфікації спортсменів, найінтенсивніший перебіг процесів ПОЛ реєстрували в старих клітинах, помірний – в зрілих-2 та зрілих-1, найменш активний – в юних.
Вплив фізичних навантажень на стан системи АОЗ в червонокрівцях. У загальному пулі клітин розрядників до змагань активність КТ була вірогідно нижчою, ніж у висококваліфікованих бігунів, та невірогідно нижчою показника осіб контрольної групи. Вихідний рівень активності СОД в спортсменів вірогідних відмінностей з показником осіб контрольної групи не мав, але активність СОД у висококваліфікованих бігунів виявилась вірогідно вищою. Після змагань зареєстроване суттєве зниження активності КТ та СОД в обох групах спортсменів, однак в бігунів високої кваліфікації активність КТ та СОД виявилась вірогідно вищою.
Різні вікові групи червонокрівців характеризувались різним рівнем активності КТ та СОД. У осіб контрольної групи активність КТ в старих клітинах виявилась в 1,69 рази меншою, ніж в зрілих-2 клітинах; в 2,23 рази меншою, ніж в зрілих-1, в 2,83 та 3,19 рази меншою, ніж в молодих та юних клітинах (р<0,001 в усіх випадках). Активність СОД в старих клітинах осіб контрольної групи виявилась в 1,44 рази меншою, ніж в зрілих-2, в 1,87 рази меншою, ніж в зрілих-1, та, відповідно, в 3,05 та 3,45 рази меншою ніж в молодих та юних клітинах (р<0,05 в усіх випадках).
Різна активність КТ та СОД зареєстрована також у вікових групах клітин спортсменів до змагань. У цілому, активність КТ та СОД у
8-09-2015, 21:55