Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,931

EFFECTS OF AEROBIC AND ANAEROBIC EXERCISES ON WHITE ADIPOSE TISSUE LACTATE PRODUCTION IN OBESE RATS

Yakimovich I.Yu. 1 Ivanov V.V. 1 Grishko E.N. 1 Vasilev V.N. 1, 2 Gusakova S.V. 1 Borodin D.A. 1 Podrezov I.K. 1 Kotlovsky M.Yu. 3 Sukhanova G.A. 1 Fedorova T.S. 1 Lasukova T.V. 4
1 Siberian State Medical University
2 National research Tomsk polytechnic university
3 Krasnoyarsk State Medical University
4 Tomsk State Pedagogical University
Цель работы: оценить продукцию лактата адипоцитами белой жировой ткани крыс разной локализации при физических нагрузках преимущественно аэробного и анаэробного характера на фоне ожирения. Жировая ткань является одним из источников продукции лактата как в покое, так и при различных физиологических и патологических состояниях. При ожирении синтез молочной кислоты адипоцитами увеличен за счет гипоксии вследствие неадекватной васкуляризации и недостаточного обеспечения кислородом разрастающегося жирового депо. Скелетные мышцы, при выполнении физических упражнений становятся одним из основных источников производства лактата. Исследования проводилось на 32 белых крысах самцах. Животные, находившиеся на высокожировой диете, подвергались физическим тренировкам в виде плавания. Установлено, что высокоинтенсивные интервальные физические нагрузки (преимущественно анаэробного режима тренировок) способствуют снижению продукции лактата в висцеральном жировом депо, малоинтенсивные продолжительные (преимущественного аэробного режима тренировок) в большой степени в подкожной жировой ткани. Определена зависимость нелинейного характера между удельной массой жировой ткани и уровнем лактата сыворотки крови крыс при ожирении.
Lactic acid is produced by both – skeletal muscle and adipose tissue. In obese individuals adipocytes produce more lactic acid due to inadequate blood supply and hypoxia. The aim was to determine white adipose tissue (WAT) depots lactate levels after series of aerobic and anaerobic exercises in obese rats. Adult male Wistar rats were used, n = 32. Animals received hi-fat diet and performed physical exercises – swimming in a deep water reservoir. Series of vigorous intermittent anaerobic exercises may decrease lactate production in visceral fat depot. Series of low- to moderate-intensity continuous aerobic exercises may decrease lactate production in subcutaneous fat depot. Nonlinear dependence between WAT relative weight and serum lactate levels was determined.
adipose tissue
adipocyte
hi-fat diet
lactale
physical exercises

Молочная кислота (лактат) является важным метаболическим субстратом для периферических тканей и печени. Основные источники лактата: скелетные мышцы, мозг, эритроциты, а также жировая ткань. Более 50 % глюкозы в жировой ткани метаболизируется в лактат [10]. Лактат через активацию рецептора GPR81 участвует в проявлении противолиполитических эффектов инсулина, в связи с чем может непосредственно гормоноподобным образом оказывать влияние на метаболические процессы [6,12]. Уровень лактата используется как маркер тканевой гипоперфузии при сосудистой недостаточности и маркера окислительного потенциала при выполнении физических упражнений [7]. Повышенный уровень молочной кислоты регистрируется при ожирении, сахарном диабете 2 типа, а также коррелирует с инсулинорезистентностью [8].

При нормальной массе тела и в состоянии покоя жировая ткань в организме продуцирует больше лактата в состоянии голода и после приема пищи. При ожирении синтез молочной кислоты адипоцитами увеличен за счет гипоксии вследствие неадекватной васкуляризации и недостаточного обеспечения кислородом разрастающегося жирового депо, усилении обменных процессов в клетках при развивающейся патологии и увеличении синтеза провоспалительных адипокинов собственно жировой тканью [1,8]. Во время выполнения физических упражнений скелетные мышцы становятся одним из основных источников производства лактата. Поскольку увеличение производства лактата совпадает с ацидозом, лактат является косвенным маркером метаболического состояния клетки [14].

Цель работы: изучить продукцию лактата адипоцитами белой жировой ткани крыс разной локализации при физических нагрузках преимущественно аэробного и анаэробного характера на фоне ожирения.

Материалы и методы. Исследования проводили на 32 белых крысах самцах Wistar. Животные находились в стандартных условиях содержания на естественном световом режиме при свободном доступе к воде и пище (температура воздуха в виварии 20±2 °С, влажность – не более 80 %). Содержание и все манипуляции, которым подвергались животные, соответствовали правилам лабораторной практики, утвержденным приказом министра здравоохранения и социального развития от 23 августа 2010 г. N 708н «Об утверждении правил лабораторной практики», а также с соблюдением конвенции по защите животных, принятой Европейским союзом в 1986 году, и директивы 86/609 ЕЭС, основанной на тексте соглашения «Dr. Robert Hubrecht, Current EU Legislation Controlling Animal Experiments».

Животные были разделены на четыре группы по 8 особей в каждой группе. В группе «1» животные содержались на стандартном рационе для лабораторных грызунов (доля жира в общей калорийности корма составила 11,6 %) и не получали физических нагрузок. Животные групп «2», «3» и «4» содержались на высокожировой диете (доля жира в общей калорийности корма составила 32,0 %) в течение 12 недель. В группе «2» не проводились физические тренировки. В группе «3» проводились физические тренировки преимущественно в аэробном режиме – плавание в воде через день в течение одного часа с отягощением 4 % от массы тела (малоинтенсивные продолжительные нагрузки). С животными группы «4» выполнялись физические тренировки преимущественно в анаэробном режиме — плавание в воде через день в течение 80 секунд с отягощением 8 % от массы тела в три подхода с 5-минутными периодами отдыха между подходами (высокоинтенсивные интервальные нагрузки). Физические нагрузки проводились в виде плавания в цилиндрической емкости глубиной 120 см, адаптация к водной среде длилась в течение 15 дней. Продолжительность тренировок составила шесть недель. Характер физической нагрузки был определен методом максимального стабильного содержания лактата (Maximal Lactate Stable State) в сыворотке крови крыс [11].

По окончании физических нагрузок через 24 часа после последнего занятия животных выводили из эксперимента СО2 - асфиксией.

Методом диссекции выделялась и взвешивалась подкожно-паховая (ПЖТ), эпидидимальная (ЭЖТ), забрюшинная (ЗЖТ) и мезентериальная (МЖТ) жировая ткань.

Проводилась оценка следующих морфометрических параметров: масса тела крысы, безжировая масса тела, удельная масса жировой ткани (масса жировой ткани на 100 г массы тела крысы).

Адипоциты выделяли из жировой ткани по методу M. Rodbell [15] с использованием коллагеназы (SigmaAldrich, США). Концентрацию адипоцитов в суспензии стандартизировали с помощью разведения буфером до 1 × 105 клеток в 1 мл. Определение продукции молочной кислоты проводили через 3 часа в инкубационной среде ферментативным методомс помощью наборов фирмы Chronolab.

Уровень молочной кислоты в сыворотке крови определяли ферментативным методом с помощью наборов фирмы Chronolab. Измерения оптической плотности проводили на спектрофотометре СФ-2000 (Россия).

Полученные результаты выражены в виде медианы (Ме), верхнего и нижнего квартилей (Q1–Q3). Статистическую обработку данных проводили с использованием программного пакета SPSS 22.0. Различия считали достоверными при p<0,05.

Результаты и обсуждение

В результате эксперимента установлено, что в группе животных, находившихся на высокожировой диете, отмечено увеличение массы тела (p<0,01), а также удельной массы жировой ткани в два раза (p<0,01) по сравнению с группой крыс, получавших стандартную диету, при этом безжировая масса практически не отличалась ни в одной из групп. По завершении тренировочных занятий в виде плавания в заданных режимах не отмечено существенного снижения общей массы тела у тренированных животных. При этом удельная масса жировой ткани в группах животных с физическими нагрузкам снижалась, наибольшее ее снижение по сравнению с животными без тренировок отмечалось у крыс с аэробными нагрузками (в 1,8 раз, p<0,05) и в 1,5 раза (p<0,05) с анаэробными нагрузками (табл.1).

Таблица 1

Влияние высокожировой диеты и физических нагрузок на массу тела и удельную массу белой жировой ткани крыс, Me (Q 1 - Q3)

Показатель

Экспериментальные группы

p межгруппо

вой (кр. Краскела –Уоллиса)

p попарный (кр. Манна – Уитни с поправкой Бонферрони

Группа «1»

Стандартная диета, (n=8)

Группа «2»

Высоко

жировая диета, (n=8)

Группа «3»

Высоко

жировая

диета и аэробные нагрузки,

(n=8)

Группа «4»

Высоко жировая диета и анаэробные нагрузки,(n=8)

Масса тела, г

450

(410-

475)

536

(495-593)

486,5

(471-

549)

496

(470-

541)

p <0,01

p 1-2 <0,01

p 2-3 > 0,05

p 2-4 > 0,05

Безжировая масса, г

431,54

(391,9 - 455,07)

493,9

(440,2 - 527,45

454,19

(448,81 - 505,78)

461,85

(438,88 - 508,53)

p > 0,05

p 1-2 > 0,05

p 2-3 > 0,05

p 2-4 > 0,05

Удельная масса жировой

ткани, г/100 г массы тела

4,26

(3,9-

4,75)

9,59

(7,98-13,15)

5,41

(5,01-8,94)

6,56

(6,08-

7,53)

p <0,001

p 1-2 <0,01

p 2-3 <0,05

p 2-4 <0,05

Примечание: n – число животных в группе; р – уровень статистической значимости.

Жировая ткань является одним из источников продукции лактата как в покое, так и при различных физиологических и патологических состояниях. Увеличение объема жировой ткани происходит за счет гипертрофии или гиперплазии адипоцитов. Гипертрофированные адипоциты производят больше лактата по сравнению с клетками малых размеров [5]. Уровень молочной кислоты, продуцируемой определенной тканью организма, в том числе и жировой, является прежде всего маркером анаэробного метаболического пути использования глюкозы клетками. При быстром увеличении массы жировой ткани отстает её васкулинизация, формируется гипоперфузия, ограничивается диффузия кислорода в гипертрофированные клетки, и, как следствие, развивается гипоксия [5,9,13].

В результате проведенного исследования в группе животных, находившихся на высокожировой диете, отмечалось увеличение продукции лактата адипоцитами ПЖТ на 204 % (p<0,005), МЖТ на 124% (p<0,005), ЗЖТ на 22% (p<0,01) по сравнению с группой животных, находившихся на стандартной диете.

Во всех исследуемых группах преобладала продукция лактата адипоцитами МЖТ (рисунок). Возможно, это обусловлено такой особенностью данного депо жировой ткани как её высокая метаболическая активность.

Продукция лактата адипоцитами белой жировой ткани крыс разной локализации при ожирении и аэробных, анаэробных физических нагрузках

В процессе тренировок продукция лактата клетками жировой ткани уменьшалась при режиме тренировок преимущественно аэробного характера в ПЖТ на 46 % (p<0,005), МЖТ на 30 % (p<0,005), ЗЖТ на 34 % (p<0,005), ЭЖТ на 26 % (p<0,005). При режиме тренировок преимущественно анаэробного характера произошло аналогичное снижение образования лактата в ПЖТ на 24 % (p> 0,05), МЖТ на 47 % (p<0,005), ЗЖТ на 51 % (p<0,005), ЭЖТ на 32 % (p<0,005) (рисунок).

Таким образом, нагрузки малоинтенсивные продолжительные в большей степени снижали продукцию лактата клетками подкожного жирового депо по сравнению с висцеральным. Высокоинтенсивные интервальные нагрузки преимущественно снижали продукцию лактата в висцеральном жировом депо, что может быть связано с его анатомическим расположением в сочетании с высокой скоростью обменных процессов и перфузии крови, особенно мезентериальной жировой ткани [10]. Физические тренировки приводят к уменьшению среднего размера адипоцитов [3], с чем связано повышение метаболической и секторной активности клеток жировой ткани, а также кровотока.

Для оценки гипоксии при физической нагрузке в процессе ее биологического моделирования на лабораторных животных в качестве маркеров используются: ЧСС, лактацидемия, активация транскрипции и накопление в тканях HIF-1 [4]. Для изучения аэробных возможностей тренирующегося и выбора на этой основе оптимальных физических нагрузок разработан метод определения аэробно-анаэробного перехода (ПАНО) [2].

По полученным данным в группе «2», содержавшейся на высокожировой диете, отмечалось увеличение уровня лактата сыворотки крови на 64 % (p<0,005). В группах тренированных животных зарегистрировано снижение уровня молочной кислоты в сыворотке крови в большей степени при нагрузках преимущественно анаэробного режима тренировок на 24 % (p<0,005), на 6 % (p<0,05) при нагрузках преимущественно аэробного режима (таб. 2).

Таблица 2

Влияние высокожировой диеты и физических нагрузок на уровень лактата сыворотки крови, Me (Q1 - Q3)

Экспериментальные группы

Уровень лактата в сыворотке крови, ммоль/л

p межгрупповой (кр. Краскела – Уоллиса)

p попарный (кр. Манна – Уитни с поправкой Бонферрони

Группа «1»

Стандартная диета, (n=8)

1,55

(1,47 - 1,92)

p <0,001

p 1-2 <0,005

p 2-3 <0,05

p 2-4 <0,005

Группа «2»

Высокожировая диета, (n=8)

2,54

(2,5 - 2 ,66)

Группа «3»

Высокожировая

диета и аэробные нагрузки,(n=8)

2,38

(2,15 - 2,41)

Группа «4»

Высокожировая диета и анаэробные нагрузки,(n=8)

1,93

(1,79 -2,15)

Примечание: n – число животных в группе; р – уровень статистической значимости.

В группе животных, находившихся на высокожировой диете, определена нелинейная зависимость между уровнем лактата в сыворотке крови и удельной массой жировой ткани (R-квадрат равен 0,777). Увеличение удельной массы жировой ткани вносит значительный вклад в развитие лактацидемии, что в свою очередь может способствовать усугублению метаболических нарушений.

Заключение. Таким образом, высокожировая диета способствует увеличению объема жировых депо, физические нагрузки заданных режимов приводят к уменьшению массы жировой ткани. Высокоинтенсивные интервальные физические нагрузки (преимущественно анаэробного режима тренировок) способствуют снижению продукции лактата в висцеральном жировом депо, малоинтенсивные продолжительные (преимущественного аэробного режима тренировок) в большой степени в подкожной жировой ткани. Установлена зависимость нелинейного характера между удельной массой жировой ткани и уровнем лактата сыворотки крови крыс при ожирении.