Научный журнал
Научное обозрение. Биологические науки
ISSN 2500-3399
ПИ №ФС77-57454

БИОХИМИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ РЕАКЦИИ ОРГАНИЗМА НА ПОВЫШЕННУЮ ФИЗИЧЕСКУЮ НАГРУЗКУ

Шамитова Е.Н. 1 Александрова Н.Л. 1 Михайлова К.Н. 1
1 ФГБОУ ВО «Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова»
Представлены сведения, указывающие на изменения скорости метаболических процессов в организме студентов, занимающихся физической культурой в рамках учебного плана, и студентов, занимающихся лёгкой атлетикой. При выполнении физической нагрузки в организме повышается скорость катаболических процессов, сопровождающихся выделением энергии и синтезом АТФ, при одновременном снижении скорости анаболизма, потребляющего значительное количество АТФ для обеспечения различных синтезов. Были выявлены биохимические маркеры утомления и восстановления, адекватно отражающие картину изменений метаболизма. В организме студентов наблюдалась различная степень активности креатинфосфокиназы, лактатдегидрогеназы, свидетельствующих о высоких адаптивных возможностях организма. Активность креатинфосфокиназы отражает в большей степени морфофункциональное состояние скелетных мышц в процессе прогрессирования систематических физических нагрузок. Также был обнаружен сдвиг показателя лактата, являющегося конечным продуктом анаэробного гликолиза. Изменение концентрации молочной кислоты в исследуемых группах демонстрирует схожесть процессов энергообеспечения организма при кратковременной нагрузке. Однако различная степень увеличения свидетельствует о разнице в энергетической емкости организма студентов с различной двигательной активностью. В результате с учетом роли метаболических процессов в мышечной ткани, обусловливающих и адаптивные реакции, и сам многоступенчатый процесс адаптации, полагаем, что студенты, занимающиеся физической культурой в рамках учебного плана, и студенты, занимающиеся спортом на профессиональной основе, характеризуются мобильностью систем адаптации и серьезными функциональными резервами.
биохимические маркеры
физическая нагрузка
креатинфосфокиназа
лактат
1. Михайлов С.С. Спортивная биохимия / С.С. Михайлов. – М.: Советский спорт, 2013. – 348 с.
2. Ашкинази С.М. Результаты экспериментального исследования методики развития специальных физических качеств спортсменов, занимающихся смешанными единоборствами / С.М. Ашкинази, А.А. Обвинцев, Е.А. Бавыкин, А.Б. Таймазов // Актуальные проблемы физической и специальной подготовки силовых структур. – 2016. – № 1. – С. 118–128.
3. Бондарева Э.А. Ассоциации четырех полиморфных генетических систем (АСЕ, EPAS1, ACTN3 и NOS3) со спортивной успешностью в борьбе самбо / Э.А. Бондарева, В.В. Шиян, В.А. Спицын, Е.З. Година // Вестник Московского университета. Серия 23: Антропология. – 2010. – № 1. – С. 36–45.
4. Ачкасов Е.Е. Сравнительный анализ современных аппаратно-программных комплексов для исследования и оценки функционального состояния спортсменов / Е.Е. Ачкасов [и др.] // Спортивная медицина: наука и практика. – 2011. – № 3. – С. 7–14.
5. Байкеев Р.Ф. Идентификация спортсменов различной квалификации биохимическим методом / Р.Ф. Байкеев [и др.] // Спортивная медицина: наука и практика. – 2012. – № 4. – С. 25–32.
6. Бутова О.А. Адаптация к физическим нагрузкам: анаэробный метаболизм мышечной ткани / О.А. Бутова, С.В. Масалов// Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. – 2011. – № 1. – С. 123 – 128.
7. Brancaccio P. Creatine kinase monitoring in sport medicine / P. Brancaccio, N. Maffulli, F.M. Limongelli // Br. Med. Bull. – 2007. – № 81–82. – P. 209–230.

Физкультурно-спортивная деятельность, в которую включаются студенты, является одним из эффективных средств повышения их работоспособности в учебном процессе. Особенностью обучения в медицинском вузе является повышенная умственная деятельность, требующая огромных затрат АТФ. При выполнении физической нагрузки в организме повышается скорость катаболических процессов, сопровождающихся выделением энергии и синтезом АТФ, при одновременном снижении скорости анаболизма, потребляющего значительное количество АТФ для обеспечения различных синтезов. Такое изменение направленности метаболизма приводит к улучшению энергообеспечения работающих мышц, к повышению мощности и продолжительности работы [1]. Однако чрезмерные нагрузки могут привести к нарушениям в различных системах организма. С развитием современных лабораторных технологий информация о состоянии тканей, органов и систем на клеточном и молекулярном уровнях стала более доступна. Следует заметить, что высокая диагностическая информативность комплексного лабораторного обследования обеспечивается совокупностью биохимических, химико-микроскопических, иммунологических и молекулярно-биологических методов исследования биологических материалов. Использование перечисленных методов позволяет оценить характер и степень воздействия повышенной физической нагрузки на организм и, как следствие, его утомляемость. Уже традиционным стало измерение в тренировочном процессе лактата в мышцах и артериальной крови, показателей рH артериальной крови, регистрации АТФ в мышцах, а также активности креатинфосфокиназы (КФК), играющей важную роль в высвобождении энергии в анаэробном алактатном процессе и позволяющем оценить его мощность и емкость. Однако, несмотря на то, что биохимические тесты, отражающие общие закономерности и индивидуальные особенности метаболических процессов [2, 3], используются достаточно давно, поиск объективных критериев определения функционального состояния студентов после физической и умственной нагрузки является актуальным по сей день.

Цель исследования

Цель настоящей работы – подобрать наиболее информативные биохимические маркеры утомления и восстановления, адекватно отражающие картину изменений метаболизма в организме студентов 1 и 2 курсов медицинского факультета после плановых занятий физической культуры и студентов, занимающихся спортом на профессиональной основе.

Материалы и методы исследования

Исследование проводилось в ходе ежегодного медицинского осмотра. В нём приняло участие 128 студентов 1 и 2 курсов медицинского факультета Чувашского государственного университета им. И.Н. Ульянова, из которых было сформировано 2 группы. Данные характеристики экспериментальных групп представлены в табл. 1.

Таблица 1

Характеристика экспериментальных групп

Группа

Мужчины

Женщины

Итого, чел

1

42

65

107

2

8

13

21

 

50

78

128

1-я группа – студенты 1 и 2 курсов, посещающие занятия физической культурой в рамках учебного плана.

2-я группа – студенты 1 и 2 курсов, профессионально занимающиеся лёгкой атлетикой.

Широкое распространение получает идентификация студентов, занимающихся разными видами спорта, биохимическими методами, под которыми понимают анализ совокупности доступных для регистрации биохимических параметров сыворотки крови и других биологических жидкостей, клеток и тканей, обработанных современными компьютерными статистическими программами [4, 5].

Для проведения лабораторных анализов в утренние часы проводили взятие крови путём пункции локтевой вены с использованием бесконтактных систем. Забор крови для биохимического анализа производился до выполнения физической нагрузки и после ее завершения (примерно через 5 мин).

Исследование проводили с применением следующих методов:

1) клинико-физиологических – измерение артериального давления (АД) и частоты сердечных сокращений в покое и после физической нагрузки (ЧСС) при помощи электронного тонометра «OmronMX».

2) биохимических – определение в сыворотке крови с помощью анализатора АРД-300:

- содержания лактата колориметрическим методом (реагент «LactatFS»);

- содержания глюкозы (глюкозооксидазный метод);

- содержания мочевины (уреазный кинетический метод);

- активности креатинфосфокиназы (КФК);

- активности аспартатаминотрансферазы (АсАт);

- активности лактатдегидрогеназы (ЛДГ).

3) гематологических – исследование общего анализа крови: определение уровня гемоглобина, количества форменных элементов.

4) математических – расчёт средней арифметической (М); ошибки средней арифметической (m); коэффициентов корреляции (r, В. Боровиков, 2003).

Результаты исследования и их обсуждение

Спектр выделяемых биохимических маркеров, наиболее адекватно отражающих картину изменений метаболизма в организме студентов при напряженной мышечной деятельности, достаточно широк, но при этом надежность и информативность тестов, применяемых для оценки переносимости нагрузок, нельзя считать однозначной [2].

Установлено, что число сердечных сокращений (ЧСС) в покое у студентов сравниваемых групп на протяжении наблюдений имело относительно узкий диапазон колебаний от 80,7 ± 3,3 до 82,5 ± 3,1 уд/мин (табл. 2). После физической нагрузки диапазон колебаний составил от 100 ± 1,6 до 117,6 ± 1,4 уд./мин. Причём у студентов 1 группы данный показатель деятельности сердца был больше, нежели у представителей 2 группы.

Таблица 2

Показатели клинико-физиологического состояния (M ± m)

Группы

Состояние

ЧСС, уд/мин

АД, мм рт.ст.

Мужчины

Женщины

Мужчины

Женщины

1

В покое

80,8 ± 2,9

82,5 ± 3,1

125,6 ± 2,6

121,4 ± 4,5

После нагрузки

114,3 ± 2,2

117,6 ± 1,4

136,4 ± 1,3

134,9 ± 3,7

2

В покое

80,7 ± 3,3

81,2 ± 4,2

122,6 ± 2,4

120,1 ± 2,5

После нагрузки

100 ± 1,6

102,3 ± 2,8

125,1 ± 2,2

122,4 ± 1,6

Значения артериального давления (АД) у мужчин и женщин обеих групп волнообразно колебались на протяжении всего периода наблюдений. В состоянии покоя у женщин от 120,1 ± 2,5 до 121,4 ± 4,5 мм рт.ст., у мужчин от 122,6 ± 2,4 до 125,6 ± 2,6 мм рт.ст. АД увеличилось после нагрузки в 1 группе до 134,9 ± 3,7 мм рт.ст. у женщин и до 136,4 ± 1,3 мм рт.ст. у мужчин (в 1,1 и 1,08 раза соответственно). Во 2 группе артериальное давление после нагрузки увеличилось до 122,4 ± 1,6 мм рт.ст. у женщин и до 125,1 ± 2,2 мм.рт.ст. у мужчин (в 1,01 и 1,02 раза соответственно). Необходимо заметить, что этот гемодинамический показатель был выше после занятия физической культурой у студентов 1 группы, чем таковой у лиц 2 группы (в 1,09 и 1,06 раз соответственно у женщин и мужчин).

В ходе исследования также было выявлено, что число эритроцитов в крови у мужчин обеих групп после физической нагрузки колебалось от 4,6 ± 0,02 до 5,5 ± 0,09 1012/л, у женщин от 4,1 ± 0,06 до 4,4 ± 0,05 1012/л. Концентрация гемоглобина у сравниваемых групп соответствовала динамике числа эритроцитов.

Число тромбоцитов у женщин и 1 и 2 групп находилось в относительно узком диапазоне колебаний от 275,0 ± 0,8 до 284,8 ± 0,7 109/л в состоянии покоя, от 287,3 ± 0,4 до 297,2 ± 0,2 109/л после нагрузки. Аналогичная закономерность, но в менее выраженной форме отмечена в динамике количества тромбоцитов у мужчин изучаемых групп. Характер изменений концентрации гематологических показателей крови в состоянии покоя (табл. 3) в целом соответствовал норме.

Таблица 3

Гематологические показатели (M ± m)

Группы

Состояние

Пол

Гематологические показатели

Гемоглобин,

г/л

Эритроциты,

1012/л

Лейкоциты,

109/л

Тромбоциты,

109/л

1

В покое

М

140,9 ± 0,50

4,4 ± 0,30

5,7 ± 0,01

261,7 ± 0,8

Ж

127,5 ± 0,90

3,8 ± 0,08

6,8 ± 0,02

284,8 ± 0,7

После нагрузки

М

141,6 ± 0,90

4,6 ± 0,02

7,8 ± 0,02

276,9 ± 0,1

Ж

130,1 ± 0,30

4,1 ± 0,06

8,1 ± 0,03

297,2 ± 0,2

2

В покое

М

156,0 ± 0,10

5,4 ± 0,01

5,6 ± 0,03

256,0 ± 0,4

Ж

136,0 ± 0,10

4,2 ± 0,01

7,2 ± 0,03

275,0 ± 0,8

После нагрузки

М

158,3 ± 0,30

5,5 ± 0,09

11,0 ± 0,01

266,4 ± 0,6

Ж

139,0 ± 0,20

4,4 ± 0,05

12,2 ± 0,03

287,3 ± 0,4

Что касается лейкоцитов, было установлено, что их количество возросло после тренировочного процесса. В 1 группе число лейкоцитов увеличилось до 7,8 ± 0,02 109/л у мужчин и до 8,1 ± 0,03 109/л у женщин (в 1,37 и 1,19 раза соответственно). Во 2 группе – до 11,0 ± 0,01 109/л у мужчин и до 12,2 ± 0,03 109/л у женщин (в 1,9 и 1,7 раза соответственно) Данный показатель был выше у лиц, активно занимающихся лёгкой атлетикой, чем у студентов, посещающих урок физической культуры в рамках учебного плана (в 1,43 раза).

В ходе исследования проанализирована динамика изменений биохимических показателей метаболизма мышечной ткани (табл. 4). Изменение химического состава крови является отражением тех биохимических сдвигов, которые возникают при мышечной деятельности в различных внутренних органах, скелетных мышцах. Биохимические сдвиги, наблюдаемые в крови, в значительной мере зависят от характера нагрузки, и поэтому анализ проводится с учётом мощности и продолжительности тренировочного процесса [1].

Таблица 4

Биохимические показатели метаболизма мышечной ткани (M ± m)

Показатели

Пол

Норма

Состояние покоя

После нагрузки

1

2

1

2

Лактат, ммоль/л

М

0,9–1,7

1,2 ± 0,04

1,9 ± 0,08

2,1 ± 0,06

2,2 ± 0,03

Ж

1,3 ± 0,10

1,8 ± 0,03

2,4 ± 0,06

2,2 ± 0,05

Глюкоза, ммоль/л

М

3,5–5,7

4,3 ± 0,52

4,8 ± 0,61

5,8 ± 0,43

6,2 ± 0,75

Ж

4,2 ± 0,70

4,6 ± 0,95

5,7 ± 0,27

6,1 ± 0,60

Мочевина, ммоль/л

М

2,1–7,1

5,7 ± 0,05

5,6 ± 0,01

5,8 ± 0,07

5,6 ± 0,02

Ж

4,7 ± 0,06

5,1 ± 0,03

4,9 ± 0,08

5,2 ± 0,04

Креатинфосфокиназа

(КФК), Ед/л

М

20–200

27,4 ± 0,09

32,6 ± 0,11

181,2 ± 5,30

210,4 ± 3,90

Ж

20–180

21,6 ± 0,08

25,7 ± 0,09

164,0 ± 7,10

192,6 ± 4,20

Аспартатаминотранс-

фераза (АсАт), u/л

М

0–40

14,5 ± 0,06

13,7 ± 0,04

24,6 ± 0,19

22,3 ± 0,02

Ж

15,9 ± 0,13

12,1 ± 0,05

25,2 ± 0,36

21,4 ± 0,03

Лактатдегидрогеназа

(ЛДГ), Ед/л

М

140–280

154,7 ± 2,74

161,2 ± 1,95

219,6 ± 6,83

243,7 ± 3,80

Ж

164,3 ± 4,10

170,8 ± 2,31

226,4 ± 7,21

251,2 ± 5,09

Молочная кислота (лактат) является конечным продуктом анаэробного гликолиза и гликогенолиза, а также субстратом глюконеогенеза. Увеличение содержания лактата в крови отмечается при целом ряде патологических состояний, сопровождающихся усиленными мышечными сокращениями [6]. В покое у мужчин содержание лактата в крови равняется 1,2 ± 0,04 и 1,9 ± 0,08 ммоль/л соответственно у 1 и 2 групп. У женщин 1,3 ± 0,10 и 1,8 ± 0,03 ммоль/л соответственно. Было установлено, что у студентов 1 группы после физической нагрузки уровень лактата увеличился в 1,75 и 1,85 раза у мужчин и женщин соответственно. У студентов 2 группы – в 1,15 и 1,2 раза.

Содержание глюкозы и мочевины в крови находится в пределах нормы как в состояние покоя, так и после физической нагрузки.

При анализе активности креатинфосфокиназы (КФК) в сыворотке крови отмечено, что наименьшая активность этого фермента наблюдалась в период физического покоя, наибольшая – после нагрузки. Активность фермента КФК в сыворотке крови является информативным маркером функционального состояния мышечной ткани и широко используется в мониторинге тренировочного процесса [7]. У мужчин 1 группы концентрация данного фермента после тренировки возросла до 181,2 ± 5,30 ед/л, у женщин до 164,0 ± 7,10 ед/л (в 6,6 и 7,6 раза соответственно). У студентов, занимающихся лёгкой атлетикой, показатель КФК увеличился в 6,45 раз у мужчин и в 7,5 раз у женщин. После нагрузки увеличение показателя КФК свидетельствует о высоких адаптивных возможностях организма. Обнаруженное нами достоверное повышение активности креатинфосфокиназы в организме легкоатлетов может быть объяснено более высоким развитием их мышечной массы в сравнении со студентами 1 группы. Известно, что чем выше уровень КФК, тем выше спортивная тренированность. Кроме того, активность КФК свидетельствовует о том, что во 2 группе наряду с активацией гликолиза задействован и креатинфосфокиназный механизм энергообразования [6]. Данные биохимических показателей метаболизма мышечной ткани экспериментальных групп представлены в табл. 4.

На основе полученных результатов было выявлено, что динамика активности аспартатаминотрансферазы (АсАт) у мужчин и женщин 1 группы после нагрузки увеличилась в 1,69 и 1,58 раза соответственно, у 2 группы – в 1,62 и 1,76 раза.

Анализ активности лактатдегидрогеназы (ЛДГ), фермента, катализирующего взаимопревращение пировиноградной и молочной кислот, являющегося важным критерием для оценки работы мышечной ткани в условиях анаэробного гликолиза [6], установил, что после тренировочного процесса данный показатель возрастает, но не выходит за пределы нормы.

Выводы

Под наблюдением было 128 студентов 1 и 2 курсов медицинского факультета Чувашского государственного университета им. И.Н. Ульянова. Из них 50 мужчин и 78 женщин. С учетом роли метаболических процессов в мышечной ткани, обусловливающих и адаптивные реакции, и сам многоступенчатый процесс адаптации, полагаем, что студенты, занимающиеся физической культурой в рамках учебного плана, и студенты, занимающиеся спортом на профессиональной основе, характеризуются мобильностью систем адаптации и серьезными функциональными резервами. Исходя из полученных результатов мы делаем вывод о том, что у студентов 1 и 2 курсов биохимические маркеры утомления и восстановления в норме. Всё это свидетельствует о сбалансированности физической и умственной нагрузки, что не приводит к патологическим изменениям в организме.


Библиографическая ссылка

Шамитова Е.Н., Александрова Н.Л., Михайлова К.Н. БИОХИМИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ РЕАКЦИИ ОРГАНИЗМА НА ПОВЫШЕННУЮ ФИЗИЧЕСКУЮ НАГРУЗКУ // Научное обозрение. Биологические науки. – 2018. – № 2. – С. 27-31;
URL: https://science-biology.ru/ru/article/view?id=1099 (дата обращения: 09.02.2023).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.685