Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,813

СВОБОДНОРАДИКАЛЬНОЕ ОКИСЛЕНИЕ В ЦЕЛЬНОЙ КРОВИ ПРИ ФИЗИЧЕСКИХ НАГРУЗКАХ РАЗЛИЧНОЙ ДЛИТЕЛЬНОСТИ И ИНТЕНСИВНОСТИ

Кантюков С.А. 1 Ермолаева Е.Н. 1 Кривохижина Л.В. 1
1 ГБОУ ВПО «Южно-Уральский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации
Физическая нагрузка моделировалась в эксперименте на 68 белых беспородных крысах. Модель острой физической нагрузки воспроизводилась плаванием в течение 4 мин с грузом массой 20% от веса тела. Забор крови производился через 25–30 мин после плавания. Хроническую физическую нагрузку субмаксимальной мощности моделировали ежедневным плаванием в течение 30 мин. Нагрузку увеличивали постепенно: первые 7 дней животные ежедневно плавали без груза, следующие 2 недели животные плавали с грузом 2% от массы тела. На 9-й, 15-й и 21-й день эксперимента животные подвергались дополнительно максимальной физической нагрузке: плавали в течение 4 мин с грузом массой 20% от веса тела. Хроническую физическую нагрузку умеренной мощности моделировали ежедневным плаванием в течение 30 мин. Забор крови производился на 9-й, 15-й и 21-й день эксперимента после физической нагрузки внутрисердечно. Интенсивность свободнорадикального окисления в цельной крови исследовали методом люминол-усиленной хемилюминесценции. Физическая нагрузка любой интенсивности приводит к изменению свободнорадикальных процессов в цельной крови: при острой физической нагрузке возрастает как базальное, так и индуцированное свечение; хроническая физическая нагрузка умеренной мощности сопровождается возрастанием базального свечения на 15–21-е сутки и снижением индуцируемого свечения крови на 9–21-е сутки; при хронической физической нагрузке субмаксимальной мощности базальное свечение не изменяется, индуцированное свечение снижается. Интенсивность свободнорадикальных процессов в цельной крови при физических нагрузках связана как с функциональным состоянием нейтрофильных лейкоцитов, так и с их количественными изменениями.
физическая нагрузка
нейтрофилы
хемилюминесценция
свободнорадикальное окисление
1. Ермолаева Е.Н., Кривохижина Л.В. Дислипидемия при хронических физических нагрузках различной интенсивности // Фундаментальные исследования. – 2015. — № 1-6. – С. 1147–1151.
2. Краснов А.Ф., Самоданова Г.И., Усик С.В., Яковлев Н.Н. Уровень молочной кислоты в крови как показатель реакции на физические нагрузки // Физиол. журн. СССР им. И.М. Сеченова. – 1978. – Т. 64, № 4. – С. 538–542.
3. Кривохижина Л.В., Нестеров М.И., Кантюков С.А., Ермолаева Е.Н. Свободнорадикальное окисление в крови при кровопотере различной степени тяжести // Научное обозрение, 2014. – № 6. – С. 121–124.
4. Сазонова Т.Г., Глазачев О.С., Болотова А.В. и др. Адаптация к гипоксии и гипероксии повышает физическую выносливость: роль активных форм кислорода и редокс сигнализации // Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. — 2012. — Т. 98, № 6. — С. 793–807.
5. Фархутдинов Р.Р., Клебанов. Г.И. Антиоксиданты. Антиоксидантная активность. Методы исследования // Рос. журн. гастроэнтерологии, гепатологии, колопроктологии. – 2006. – № 2. – С. 108–117.
6. Babior B.M. The neutrophil NADPH oxidase/ B.M. Babior, J.D. Lambeth, W. Nauseef // Archives of Biochemistry and Biophysics — 2002. Vol. 397, № 2. – P. 342–344.
7. Natale V.M. Effects of three different types of exercise on blood leukocyte count during and following exercise / V.M. Natale, I.K. Brenner, A.I. Moldoveanu et all.// Sao Paulo Med. J. — 2003. Vol. 121, № 1. — P. 9–14.
8. Powers S.K. Reactive oxygen and nitrogen species as intracellular signals in skeletal muscle / S.K. Powers, E.E. Talbert, P.J. Adhihetty // J. Physiol. — 2011. Vol. 589, № 9. — Р. 2129–2138.
9. Sen C. K. Antioxidant and redox regulation of cellular signaling: introduction // Medicine and Science in Sports and Exercise – 2001. Vol. 33, №. 3. – Р. 368–370.
10. Vasilaki A. Genetic modification of the manganese superoxide dismutase/glutathione peroxidase 1 pathway influences intracellular ROS generation in quiescent, but not contracting, skeletal muscle cells /A. Vasilaki, M. Csete, D. Pye et all. // Free Radic. Biol. Med. — 2006. Vol. 41. — Р. 1719–1725.
Основами быстро развивающего утомления при интенсивных физических нагрузках являются развитие гипоксии и активация процессов свободнорадикального окисления [10]. Следствие оксидативного стресса на клеточном уровне — повреждение липидов, белков, ДНК, нарушение организации мембранных структур [8]. Однако повышение генерации активных форм кислорода, выполняющих роль вторичного мессенджера при передаче сигнала через клеточную мембрану, — основа адаптивных реакций организма к экстремальным условиям [9]. Это рассматривается в качестве пускового звена, определяющего направление переходных процессов при фазовых изменениях адаптации при регулярных физических нагрузках [4]. В определенной степени активность процессов свободнорадикального окисления (а, следовательно, адаптивные и дизадаптивные последствия окислительного напряжения) должны зависеть от интенсивности и продолжительности физических нагрузок.

Цель исследования

Исследовать интенсивность свободнорадикального окисления в цельной крови при физических нагрузках различной интенсивности.

Материалы и методы

Исследование проведено на 68 белых беспородных крысах. Все эксперименты выполнены согласно Европейской Конвенции по защите экспериментальных животных. Контрольную группу составили интактные животные; в эксперименте участвовали животные, подвергавшиеся острой [2] и хронической физической нагрузке субмаксимальной и умеренной мощности [1]. Модель острой физической нагрузки воспроизводилась по методу А.Ф. Краснова, Г.И. Самодановой и др. Животные плавали в течение 4 мин с грузом массой 20% от веса тела. Температура воды 320С. Забор крови производился через 25–30 мин после плавания. ХФН субмаксимальной мощности моделировали ежедневным плаванием в течение 30 мин. Нагрузку увеличивали постепенно: первые 7 дней животные ежедневно плавали без груза, следующие 2 недели животные плавали с грузом 2% от массы тела. На 9-й, 15-й и 21-й день эксперимента животные подвергались дополнительно максимальной физической нагрузке: плавали в течение 4 мин с грузом массой 20% от веса тела. ХФН умеренной мощности моделировали ежедневным плаванием в течение 30 мин. Забор крови производился на 9-й, 15-й и 21-й день  эксперимента после физической нагрузки внутрисердечно согласно правилам для гематологических исследований.

Интенсивность свободнорадикального окисления (СРО) в цельной крови исследовали методом люминол-усиленной хемилюминесценции с помощью прибора «Хемилюминомер-003» с компьютерным обеспечением по программе «Кровь» [5]. Первоначально регистрировали базальную хемилюминесценцию (ХЛ) цельной крови — светосумму (СС, у.е.•мин) и максимальную светимость (МС, у.е.). Далее в этих же пробах после инкубации регистрировали ХЛ-индуцированную. С учетом того, что основным источником свободных радикалов в цельной крови являются нейтрофилы, их активации (за счет адгезии к стеклянной поверхности) способствовала инкубация образцов крови (60 мин при 370С). Параллельно в крови подсчитывали общее количество лейкоцитов, лейкоцитарную формулу. ХЛ крови выражали в абсолютных величинах и с пересчетом на количество нейтрофилов (105/мл). Вычисляли функциональный резерв нейтрофилов по проценту прироста показателей индуцированного свечения по отношению к показателям базального свечения. Статистическая обработка результатов исследования проводилась на персональном компьютере с помощью пакета программ анализа данных Statistica 6.0. Использованы: непараметрический критерий Манна—Уитни, коэффициент корреляции Спирмена.

Результаты исследования и их обсуждение

При любом виде физической нагрузки в крови изменяется интенсивность свободнорадикальных процессов (табл. 1).

ОФН привела к активации процессов СРО в крови. Светосумма базального свечения возросла на 73,8%, максимальная светимость — на 48,55%. Показатели индуцированного свечения возросли на 135,7% (СС) и 177,2% (МС) относительно контрольных значений. При ХФН умеренной мощности наблюдается постепенное повышение показателей базального свечения относительно контроля: СС увеличилась от 18,2% (9-е сутки) до 42% (21-е сутки); МС от 12% (9-е сутки) до 46% (21-е сутки). При этом индуцированное свечение цельной крови (СС и МС) стало достоверно ниже контрольных значений. ХФН субмаксимальной мощности не изменила значений показателей базального свечения крови, но индуцированное свечение (СС и МС) цельной крови относительно контроля стало достоверно ниже.


Таблица 1

Показатели хемилюминесценции  цельной крови крыс при физической нагрузке различной интенсивности (М±m)

 

Группы сравнения/

показатели

 

Контроль

(n=9)

ОФН

(n=9)

ХФН умеренной мощности

ХФН субмаксимальной мощности

9-е сутки

(n=8)

15-е сутки

(n=8)

21-е сутки

(n=9)

9-е сутки

(n=8)

15-е сутки

(n=8)

21-е сутки

(n=9)

Базальное

свечение

СС, у.е.•мин

0,677±0,02

 

1,17±0,17

*0,00035

0,80±0,05

 

0,95±0,04

*0,0008

0,97±0,05

*0,0017

0,75±0,03

0,775±0,04

 

0,81±0,05

 

МС,

у.е.

0,276±0,014

 

0,41±0,04

*0,0006

0,31±0,02

0,37±0,013

*0,0007

0,404±0,02

*0,015

0,29±0,012

0,31±0,015

 

0,34±0,02

Индуцирован ное свечение

СС, у.е.•мин

2,66±0,21

 

6,27±0,065

*0,0004

1,23±0,14

*0,009

1,32±0,16

*0,0005

1,77±0,17

*0,0007

1,07±0,15

*0,001

1,11±0,036

*0,0017

1,31±0,11

*0,009

МС, у.е.

0,79±0,14

 

2,19±0,37

*0,008

0,475±0,04

*0,0023

0,49±0,037

*0,0007

0,576±0,06

*0,0011

0,41±0,04

*0,009

0,39±0,015

*0,015

0,43±0,02

 

* — достоверность  по критерию Манна—Уитни по сравнению с контролем

 

Таблица 2

Показатели хемилюминесценции  цельной крови крыс при физической нагрузке различной интенсивности в пересчете на нейтрофилы х105 (М±m)

 

Группы сравнения/

показатели

 

Контроль

(n=9)

ОФН

(n=9)

ХФН умеренной мощности

ХФН субмаксимальной мощности

9-е сутки

(n=8)

15-е сутки

(n=8)

21-е сутки

(n=9)

9-е сутки

(n=8)

15-е сутки

(n=8)

21-е сутки

(n=9)

Базальное свечение

СС, у.е.•мин

0,33±0,026

 

0,23±0,05

*0,012

0,24±0,03

*0,004

0,235±0,02

*0,0011

0,185±0,01

*0,0003

0,203±0,02

*0,034

0,16±0,02

*0,038

^0,024

0,124±0,01

*0,0001

^0,0054

МС,

у.е.

0,13±0,01

 

0,08±0,01

*0,0031

0,13±0,04

 

0,09±0,01

*0,0011

0,08±0,004

*0,0003

0,08±0,006

*0,0013

0,063±0,006

*0,019

^ 0,024

0,052±0,005

*0,0007

^0,0027

Индуцирован ное свечение

СС, у.е.•мин

1,29±0,13

 

 

1,19±0,13

 

0,35±0,02

*0,0005

 

0,34±0,07

*0,0015

 

0,31±0,003

*0,0003

 

0,30±0,06

*0,0005

 

0,33±0,12

*0,0007

 

0,204±0,02

*0,0003

^0,019

МС,

у.е.

0,39±0,08

 

 

0,41±0,07

 

0,13±0,01

*0,0041

 

0,135±0,025

*0,0011

 

0,11±0,01

*0,003

 

0,13±0,03

*0,001

 

0,1±0,025

*0,0017

 

0,066±0,006

*0,0006

^0,003

Функциональный резерв нейтрофилов, %

201,11±64,74

 

 

443,8±105,4

220,8

65,45±32,2

*0,0036

 

37,85±11,63

*0,0015

 

44,93±15,5

*0,001

 

37,87±13,3

*0,012

 

27,3±9,6

*0,003

 

27,5±8,3

*0,004

 

  • — достоверность  по критерию Манна—Уитни по сравнению с контролем; ^ — достоверность с аналогичным сроком ХФН умеренной мощности

Основными источниками свободных радикалов в крови являются нейтрофилы, количество и активность которых изменяются при физической нагрузке [7]. Кроме того, само мышечное сокращение активирует нейтрофильную НАДФН-оксидазу, генерирующую активные радикалы кислорода [6].

Все виды нагрузки приводят к достоверному увеличению нейтрофилов в абсолютных числах в 1,5 и более раз (рис. 1).

* — достоверность  по критерию Манна—Уитни по сравнению с контролем

Рис. 1. Изменение количества лейкоцитов и абсолютного числа нейтрофилов в крови крыс при физической нагрузке различной интенсивности х109 (М±m)

 

При пересчете интенсивности базальной ХЛ крови на х105  нейтрофилов СС и МС практически при всех видах нагрузки и во все сроки исследования достоверно снижаются (табл. 2). Индуцированное свечение и функциональный резерв нейтрофилов относительно контроля не изменяются при ОФН, но значительно снижаются при ХФН умеренной и максимальной мощности.

Возрастание базальной и индуцированной ХЛ в цельной крови при ОФН связано с увеличением количества нейтрофилов и сохранением их способности к продукции кислородных радикалов, что подтверждается достоверными положительными корреляционными связями между абсолютным количеством нейтрофилов и СС базальной и индуцированной ХЛ цельной крови и сохранением функционального резерва (табл. 2, 3). При ХФН умеренной мощности тенденция к возрастанию СС базальной ХЛ на 9-е сутки связана с количеством лейкоцитов, но не с ростом их функциональной активности. На 15-е, 21-е сутки достоверные связи между базальной ХЛ крови и количеством нейтрофилов отсутствуют, появляются отрицательные связи, хотя и недостоверные, между количеством нейтрофилов и СС индуцированной ХЛ, что согласуется со снижением показателей их функционального резерва. При ХФН субмаксимальной мощности интенсивность свободнорадикальных процессов в крови не связана с количеством нейтрофилов, что доказывается появлением достоверной отрицательной связи между базальной ХЛ и количеством нейтрофилов на 21-е сутки нагрузки при достоверном снижении их функционального резерва во все сроки наблюдения.

Таблица 3

Корреляционный анализ между абсолютным количеством нейтрофилов и показателями светосуммы базальной и индуцированной хемилюминесценцией цельной крови крыс при физической нагрузке различной интенсивности х109 (М±m)

Кол-во нейтрофилов

х109/л

ХЛ цельной крови

ОФН

 

ХФН умеренной мощности

ХФН субмаксимальной мощности

9-е

сутки

15-е

сутки

21-е

сутки

9-е

сутки

15-е

сутки

21-е

сутки

СС базального свечения цельной крови у.е.•мин

0,82

р≤0,05

0,72

р≤0,05

0,463

 

0,459

 

-0,246

 

-0,32

 

-0,61

р≤0,05

СС индуцированного свечения цельной крови у.е.•мин

0,63

р≤0,05

-0,23

 

-0,603

 

-0,42

 

-0,56

 

-0,53

 

-0,496

 

Одной из причин снижения функционального резерва нейтрофилов относительно продукции кислородных радикалов может быть ограничение «респираторного взрыва» в нейтрофилах при абсолютном или относительном дефиците кислорода вследствие физической нагрузки и/или кислородного долга. Показано, что при тяжелой гипоксии, вызванной массивной острой кровопотерей, СРО в крови снижается [3]. Наше исследование в определенной мере объясняет механизм снижения функциональной активности нейтрофилов у спортсменов в спорте высших достижений [7].

Выводы:

1. Физическая нагрузка любой интенсивности приводит к изменению свободнорадикальных процессов в цельной крови: при ОФН возрастает как базальное, так и индуцированное свечение; ХФН умеренной мощности сопровождается возрастанием базального свечения (СС, МС) на 15–21-е сутки и снижением индуцируемого свечения (СС, МС) на 9–21-е сутки; при ХФН субмаксимальной мощности базальное свечение (СС, МС) не изменяется, индуцированное свечение снижается.

2. Интенсивность свободнорадикальных процессов в цельной крови при физических нагрузках связана как с функциональным состоянием нейтрофильных лейкоцитов, так и с их количественными изменениями.

 
Рецензенты:

Цейликман В.Э, д.м.н., профессор, зав. кафедрой биохимии ГБОУ ВПО «ЮУГМУ»,                г. Челябинск;

Колесников О.Л., д.м.н., профессор, зав. кафедрой биологии ГБОУ ВПО «ЮУГМУ»,               г. Челябинск.



Библиографическая ссылка

Кантюков С.А., Ермолаева Е.Н., Кривохижина Л.В. СВОБОДНОРАДИКАЛЬНОЕ ОКИСЛЕНИЕ В ЦЕЛЬНОЙ КРОВИ ПРИ ФИЗИЧЕСКИХ НАГРУЗКАХ РАЗЛИЧНОЙ ДЛИТЕЛЬНОСТИ И ИНТЕНСИВНОСТИ // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 6.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=23081 (дата обращения: 14.08.2020).


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 = 1.074