Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Обзор литературы. 18
1.1 Метаболическая адаптация к мышечной деятельности 18
1.2 Метаболическая адаптация к гиподинамии, иммобилизационному стрессу и травме 7
1.3 Роль оксидантного стресса в патогенезе метаболических нарушений и их коррекция антиоксидантами 55
ГЛАВА II. Объект и методы исследования. 69
2.1 Объект и клинико-лабораторные методы исследования 69
2.1.1 Объект и методика исследования влияния дозированной физической нагрузки 69
2.1.2 Объект и методика исследования адаптации к регулярной мышечной деятельности 73
2.1.3 Объект и методика исследования при напряженной мышечной деятельности 73
2.1.4 Объект и методика исследования гиподинамии и эффективности применения аскорбиновой кислоты и -токоферола 74
2.1.5 Объект и методика исследования больных с переломом костей голени и бедра 74
2.2 Методы биохимических исследований 75
2.2.1 Методы исследования метаболизма белков 75
2.2.2 Методы изучения углеводного обмена 76
2.2.3 Методы исследования обмена липидов 77
2.2.4 Методы исследования пуринового обмена 78
2.2.5 Методы изучения процессов липопероксидации и антиоксидантной защиты организма 78
2.2.6 Методы определения активности ферментов 81
2.3 Методы статистической обработки 82
ГЛАВА III. Изучение влияния дозированной физической нагрузки на биохимические показатели плазмы крови и эритроцитов разноадаптированных лиц 84
3.1 Биохимические исследования в плазме крови 84
3.1.1 Результаты исследования белкового обмена 84
3.1.2 Результаты исследования углеводного обмена 88
3.1.3 Результаты исследования липидного обмена 92
3.1.4 Результаты исследования пуринового обмена 101
3.1.5 Результаты исследования активности ферментов 103
3.1.6 Результаты исследования процессов липопероксидации и антиоксидантной защиты 106
3.1.7 Результаты исследования диагностических коэффициентов 119
3.2 Биохимические исследования в эритроцитах 123
ГЛАВА IV. Изучение адаптации к регулярной мышечной деятельности 147
4.1 Биохимические исследования в плазме крови 147
4.1.1 Результаты исследования белкового и пуринового обменов 147
4.1.2 Результаты исследования углеводного обмена 149
4.1.3 Результаты исследования липидного обмена 151
4.1.4 Результаты исследования активности ферментов 153
4.1.5 Результаты исследования процессов липопероксидации и антиоксидантной защиты 154
4.2 Биохимические исследования в эритроцитах 157
4.3 Биохимические исследования в гомогенатах органов 165
4.3.1 Биохимические исследования в гомогенатах скелетной мышцы 165
4.3.2 Биохимические исследования в гомогенатах сердца 167
4.3.3 Биохимические исследования в гомогенатах легких 170
4.3.4 Биохимические исследования в гомогенатах печени 173
4.3.5 Биохимические исследования в гомогенатах почек 176
ГЛАВА V. Комплексная биохимическая оценка при напряженной мышечной деятельности 180
5.1 Биохимические исследования в плазме крови 181
5.2 Биохимические исследования в эритроцитах 187
5.3 Биохимические исследования в гомогенатах скелетной мышцы 189
5.4 Биохимические исследования в гомогенатах сердца, легких, печени и почек 191 CLASS ГЛАВА VI. Комплексная биохимическая оценка при гиподинамии и эффективность применения аскорбиновой кислоты и -токоферола 195 CLASS
6.1 Биохимические исследования в плазме крови 195
6.1.1 Результаты исследования белкового и пуринового обменов 195
6.1.2 Результаты исследования активности ферментов 199
6.1.3 Результаты исследования липидного обмена 201
6.1.4 Результаты исследования процессов липопероксидации и антиоксидантной защиты 204
6.2 Биохимические исследования в эритроцитах 209
6.3 Биохимические исследования в гомогенатах органов 220
6.3.1 Биохимические исследования в гомогенатах скелетной мышцы... 221
6.3.2 Биохимические исследования в гомогенатах сердца 225
6.3.3 Биохимические исследования в гомогенатах легких .230
6.3.4 Биохимические исследования в гомогенатах печени 234
6.3.5 Биохимические исследования в гомогенатах почек 238
ГЛАВА VII. Комплексная биохимическая оценка больных с переломами костей голени и бедра 245
7.1 Биохимические исследования в плазме крови 245
7.1.1 Результаты исследования белкового, углеводного и пуринового обменов 245
7.1.2 Результаты исследования активности ферментов .248
7.1.3 Результаты исследования липидного обмена 250
7.1.4 Результаты исследования процессов липопероксидации и антиоксидантной защиты 253
7.1.5 Результаты исследования процессов липопероксидации в липопротеиновых фракциях и диагностических коэффициентов .257
7.2 Биохимические исследования в эритроцитах 261
7.2.2 Результаты исследования процессов липопероксидации и антиоксидантной защиты 261
7.2.2 Результаты исследования показателей липидного обмена и осмотической устойчивости эритроцитов 264
Заключение 268
Выводы 275
Практические рекомендации 278
Список литературы
- Метаболическая адаптация к гиподинамии, иммобилизационному стрессу и травме
- Объект и методика исследования при напряженной мышечной деятельности
- Результаты исследования пуринового обмена
- Результаты исследования процессов липопероксидации и антиоксидантной защиты
Метаболическая адаптация к гиподинамии, иммобилизационному стрессу и травме
Для решения поставленных задач автором проведено комплексное исследование с применением современных клинико-лабораторных, биохимических и статистических методов. Степень достоверности, апробация результатов, личное участие автора
Достоверность полученных результатов обусловлена достаточным объемом исследования, четкой постановкой эксперимента и сформулированными критериями включения в исследование, подборки группы сравнения и сопоставления полученных результатов, применением статистического анализа.
Результаты работы были представлены в материалах научной сессии Пермской государственной медицинской академии (Пермь, 2001), VII итоговой научно-практической конференции студентов и молодых ученых с международным участием «Молодежь и медицинская наука в ХХI веке», (Киров, 2001), научной сессии Кировского филиала РАЕ и Кировского областного отделения РАЕН (Киров, 2001), 66-й Республиканской научной конференции студентов и молодых ученых (Уфа, 2001), VIII итоговой научно-практической конференции студентов и молодых ученых с международным участием «Молодежь и медицинская наука в ХХI веке», (Киров, 2003), научно 9 практической конференции биохимиков Урала, Поволжья и Западной Сибири «Биохимия: от внедрения исследования молекулярных механизмов – до внедрения в производство» (Оренбург, 2003), III конференции молодых ученых России с международным участием «Фундаментальные науки и прогресс клинической медицины» (Москва, 2004), научной сессии Кировского филиала РАЕ и Кировского областного отделения РАЕН (Киров, 2004), II симпозиуме с международным участием «Проблема адаптации к экологическим и социальным условиям Севера» (Сыктывкар, 2004), Всероссийской конференции «Компенсаторно-приспособительные процессы: экологические и клинические аспекты (Новосибирск, 2004), Всероссийской научно-методической конференции (Москва, 2004), межрегиональной научно-пр. конф., посвященной 60-летию Победы в Великой Отечественной войне и 55-летию факультета физической культуры ВГГУ (Киров, 2004), VIII конгресса с международным участием «Паллиативная медицина и реабилитация в здравоохранении» (Турция, 2005), конгрессе Всероссийского форума «Здоровье нации – основа процветания России» (Москва, 2005), IХ итоговой научно-практической конференции студентов и молодых ученых с международным участием «Молодежь и медицинская наука в ХХI веке», (Киров, 2005), VIII Всероссийском конгрессе к 75-летию Государственного учреждения НИИ питания РАМН (Москва, 2005), межрегиональной научно-практической конференции «Новая идеология в единстве фундаментальной науки и клинической медицины» (Самара, 2005), I-ой Региональной научно-практической конференции «Проблемы питания: гигиена, безопасность, регионально-ориентированный подход» (Киров, 2006), шестой международной научной конференции молодых ученых «Актуальные вопросы спортивной медицинской лечебной физической культуры и курортологии» (Москва, 2007), Всероссийской научно-практической конференции «Клеточные нанотехнологии в биологии и медицине» (Курган, 2007), Всероссийской научно практической конференции «Актуальные вопросы современной биохимии», посвященной 20-летию Кировской ГМА (Киров, 2007), III Всероссийской конференции «Медико-физиологические проблемы экологии человека» (Ульяновск, 2009), Межрегиональных научно-практических конференциях «Актуальные проблемы потребительского рынка товаров и услуг» (Киров, 2009, 2011), Региональной научно-практической конференции «Клиническая биохимия: единство фундаментальной науки и лабораторной диагностики» (Ижевск, 2010), Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные вопросы трансфузиологии и клинической медицины» (Киров, 2010), апробация диссертации на расширенном заседании кафедры химии ГБОУ ВПО Кировская ГМА Минздрава России, протокол № 4 от 27 ноября 2012 года.
Личное участие автора состоит в непосредственном участии на всех этапах диссертационного исследования: планирование научной работы, включая формулировку рабочей гипотезы, определение методологии и общей концепции диссертационного исследования проводилось совместно с научным консультантом Цапок П. И., зав. кафедрой химии в ГБОУ ВПО Кировская ГМА Минздрава России. Цель и задачи сформулированы совместно с научным консультантом. Дизайн исследования разработан лично автором. Анализ современной отечественной и зарубежной литературы по изучаемой проблеме проведен лично автором. Отбор контингента разноадаптированных к физическим нагрузкам лиц осуществлялся совместно со старшим преподавателем кафедры физического воспитания ГБОУ ВПО Кировская ГМА Минздрава России Кокушевой (Юкляевской) М.И. при консультативной помощи сотрудников ГБОУ ВПО «Вятский государственный гуманитарный университет» Министерства образования и науки РФ. Отбор контингента травматологических больных осуществлялся совместно с заведующим отделением неотложной помощи Кировского областного государственного бюджетного учреждения здравоохранения «Кировская областная клиническая больница №3» Караваевым С.А. Экспериментальные исследования проведены лично диссертантом. Лабораторные исследования проведены лично диссертантом. Статистическая обработка первичных данных, интерпретация и анализ полученных результатов, написание и оформление рукописи диссертации, представление результатов работы в научных публикациях и в виде докладов на конференциях осуществлялась соискателем лично.
Объект и методика исследования при напряженной мышечной деятельности
В качестве модели использовали работу на велоэргометре. Следует отметить, что нагрузка подбиралась по группам таким образом, чтобы ЧСС во время ее выполнения поддерживалась в пределах 145±10 уд/мин, что соответствует аэробно-анаэробному режиму работы. Нагрузка дозировалась: 1. Для нетренированных (1-я группа) - мощностью 75 Вт в течение 30 мин при частоте педалирования 60 оборотов в минуту, что составило 13500 кгм. 2. Для спортсменов массовых разрядов ациклических видов спорта (2-я группа) – мощностью 100 Вт в течение 30 мин при частоте педалирования 60 оборотов в минуту, что составило 18000 кгм. 3. Для спортсменов высоких разрядов ациклических видов спорта (3-я группа) – мощностью 135 Вт в течение 30 мин при частоте педалирования 60 оборотов в минуту, что составило 24300 кгм. 4. Для спортсменов массовых разрядов циклических видов спорта (4-я группа) – мощностью 100 Вт в течение 30 мин при частоте педалирования 60 оборотов в минуту, что составило 18000 кгм. 5. Для спортсменов высоких разрядов циклических видов спорта (5-я группа) – мощностью 150 Вт в течение 30 мин при частоте педалирования 60 оборотов в минуту, что составило 27000 кгм.
До и после физической нагрузки у испытуемых определяли интегральные показатели сердечно-сосудистой системы, которые включали: измерение артериального давления аускультативным способом Короткова; определение ЧСС по датчику велоэргометра.
Материалом для биохимического исследования служила кровь из локтевой вены. Все анализы собирали утром натощак, после 10-12 часового голодания испытуемых [37]. Путем венепункции осуществляли забор крови до и через 5 и 30 минут после дозированной физической нагрузки. Пробы центрифугировали в течение 15 минут при 3000 об/мин и для биохимического исследования использовали плазму крови и эритроциты. 2.1.2 Объект и методика исследования адаптации к регулярной
мышечной деятельности
Объектом исследования служили 32 взрослые беспородные белые крысы-самцы. Состояние тренированности у животных вызывали ежедневными в течение месяца умеренными плавательными нагрузками. При постановке эксперимента мышечную деятельность дозировали в виде плавания с грузом, составляющим 10% от массы тела, в течение 20 минут [210]. Результаты сравнивали с контрольной группой. Животные были распределены на группы: 1-я - контроль, 2-я - нетренированные животные после физической нагрузки, 3-я -тренированные животные в состоянии покоя, 4-я - тренированные животные после физической нагрузки. Сразу после выполнения физической нагрузки животных декапитировали в состоянии кратковременного эфирного наркоза. Цельную кровь центрифугировали при 3000 об/мин в течение 15 минут. Биохимические исследования проводили в плазме крови, эритроцитах и гомогенатах мышцы бедра, сердца, легкого, печени и почки.
Объектом исследования служили 24 взрослых беспородных белых крыс-самцов. Мышечная деятельность дозировалась в виде плавания с грузом, составляющим 10% от массы тела: умеренная – 20 минут без признаков утомления, напряженная – при развитии явных признаков утомления (90 минут) [210]. Результаты сравнивали с контрольной группой (8 крыс). Сразу после выполнения физической нагрузки животных декапитировали в состоянии кратковременного эфирного наркоза. Цельную кровь центрифугировали при 3000 об/мин в течение 15 минут. Биохимические исследования проводили в плазме, эритроцитах и гомогенатах мышцы бедра, сердца, легкого, печени и почки.
Исследования проведены на 78 взрослых беспородных крысах-самцах. Состояние гиподинамии вызывалось помещением животных в индивидуальные клетки площадью 40 см (при существующей норме содержания 150 см). Витамины С (аскорбиновая кислота) и Е (-токоферол) ежедневно вводили зондом внутрижелудочно в дозе 2 и 1 мг соответственно. Результаты сравнивали с контролем. Распределение животных по группам было следующим: 1-я -гиподинамия без применения антиоксидантов, 2-я - гиподинамии с применением аскорбиновой кислоты, 3-я - гиподинамия с применением -токоферола. Животных выводили из эксперимента путем декапитации в состоянии кратковременного эфирного наркоза соответственно на 7-й, 14-й, 21-й и 28-й день ограничения двигательной активности. Цельную кровь центрифугировали при 3000 об/мин в течение 15 минут. Биохимические исследования проводили в плазме крови, эритроцитах и гомогенатах мышцы бедра, сердца, легкого, печени и почки.
Результаты исследования пуринового обмена
После велоэргометрии активность ЛДГ увеличилась во всех группах, однако достоверные отличия обнаружены только у испытуемых 1-й (на 53,6%; p 0,001) и 2-й (на 27,6%; p 0,05) групп. У спортсменов 3-й группы эти изменения носили менее выраженный характер и практически полностью отсутствовали у испытуемых 5-й группы. Таким образом, уровень увеличения активности АСТ зависит от тренированности испытуемого и, в определенной мере, его спортивной специализации.
После восстановительного периода активность АСТ снизилась во всех группах и практически не отличалась от таковой в состоянии покоя.
При исследовании активности АЛТ после выполнения дозированной физической нагрузки и восстановительного периода, по сравнению с состоянием покоя, статистически значимых изменений не обнаружено. Так же не обнаружено достоверной разницы между группами в состоянии покоя.
После работы на биостенде и периода отдыха активность АЛТ у спортсменов 3-й группы была выше, чем у нетренированных испытуемых на 56,3% (p 0,001) и 71,4% (p 0,001) соответственно. Подобные изменения активности АЛТ можно объяснить большей активностью ферментов глюкозо-аланинового цикла, но данный вопрос требует дальнейшего изучения. Следует отметить аналогичную тенденцию, по сравнению с испытуемыми 1-й группы, у спортсменов 2-й группы, но статистически значимых изменений обнаружено не было.
Результаты исследования активности ЛДГ представлены в таблице 12.
Исследование активности ЛДГ в состоянии покоя позволило обнаружить более низкую активность этого фермента у спортсменов по сравнению с контролем. При этом наибольшая разница отмечена со спортсменами 3-й (на 12,6%; p 0,1) и 5-й (на 15,7%; p 0,05) групп. Это объясняется более быстрым расходом ЛДГ в циркулирующей крови и более экономным режимом работы мышечной ткани спортсменов.
После дозированной физической нагрузки активность ЛДГ достоверно увеличилась во всех группах параллельно содержанию лактата. При этом увеличение активности ЛДГ по группам было следующим: у 1-й на 82,9% (p 0,001), у 2-й на 60,1% (p 0,001), у 3-й на 46,4% (p 0,001), у 4-й на 46,2% (p 0,001) и у 5-й на 18,1% (p 0,05). При этом наибольшие значения активности ЛДГ были отмечены у нетренированных лиц, у спортсменов массовых разрядов и спортсменов 3-й группы они меньше, и наименьшие значения отмечены у спортсменов высоких разрядов в циклических видах спорта. Таким образом, сдвиги активности ЛДГ после выполнения дозированной физической нагрузки зависят от степени тренированности испытуемого и его спортивной специализации.
После восстановительного периода, по сравнению с периодом после выполнения физической нагрузки, отмечено снижение активности ЛДГ во всех группах, однако исходных значений снижение активности ЛДГ не достигало не в одной из них. При этом, по сравнению с состоянием покоя, активность ЛДГ была достоверно выше у испытуемых 1-й (на 43,4%; p 0,001), 2-й (на 22,3%; p 0,001) и 4-й (на 31,2%; p 0,01) групп.
Следует отметить, что схожие изменения активности ЛДГ при велоэргометрии были отмечены в работе [48].
Нами установлено, что исследованные показатели обмена веществ, тесно взаимосвязаны с процессами ЛПО и системы АОЗ организма. Нами исследовано содержание промежуточных (ДК) и вторичных (МДА) продуктов ЛПО. Результаты представлены в таблице 13.
Содержание МДА в состоянии покоя у 2-й и 4-й групп ниже на 9,9% (р 0,1) и 19,7% (р 0,01), чем у нетренированных испытуемых, что, по-видимому, связано с активацией системы АОЗ в процессе тренировок. У 3-й и 5-й групп выше на 6,7% (р 0,1) и 25,1% (р 0,05), чем у нетренированных лиц. Увеличение содержания МДА у высококвалифицированных спортсменов, по нашему мнению, связано с усилением обновления клеточных мембран, что необходимо для поддержания высокой степени адаптации к интенсивным физическим нагрузкам. После нагрузки у 2-й, 4-й, 5-й групп содержание МДА ниже, чем у нетренированных лиц на 10,8–13,4%, а у 3-й группы содержание МДА выше на 13,6%, чем у нетренированных испытуемых. После 30 минутного отдыха содержание МДА у всех групп спортсменов ниже, чем у нетренированных лиц на 24,2–41,1%, что связано с эффективной работой системы АОЗ в восстановительный период и подтверждается показателями ХЛ. Не исключается также использование высококвалифицированными спортсменами промежуточных продуктов ПОЛ в качестве источника энергии, например, путем превращения МДА в D-лактат через глиоксалазную систему [3]. У нетренированных лиц уровень МДА почти не изменяется после нагрузки и становится больше на 28,4% (р 0,01) после 30 минутного отдыха. Известно, что для запуска свободнорадикальных реакций требуются активные формы кислорода.
Сопровождающая мышечную деятельность гипоксия в скелетных мышцах, в известной мере тормозит процессы ЛПО. Однако у нетренированных лиц в восстановительный период, при поступлении достаточных количеств кислорода процессы ЛПО запускаются в полной мере, что сопровождается накоплением МДА. У 2-й группы после восстановительного периода выявлена тенденция к накоплению МДА как по сравнению с периодом после физической нагрузки (на 14,4%), так и состоянием покоя (на 11,3%). У 3-й группы после нагрузки выявлена тенденция к увеличению содержание МДА на 4,7% (р 0,05), а после отдыха к уменьшению на 8,7%.
Результаты исследования процессов липопероксидации и антиоксидантной защиты
Содержание ДК в состоянии покоя, по сравнению с контролем, больше у тренированных животных на 34,2% (p 0,01). После плавательной нагрузки данный показатель у нетренированных животных увеличился на 113,7% (p 0,001), а у тренированных на 26,5% (p 0,05). При этом содержание ДК у крыс 4-й группы на 20,5% (p 0,01) меньше, чем у крыс 2-й группы.
Содержание МДА в состоянии покоя у тренированных животных, по сравнению с контролем, меньше на 15,8%. После плавательной нагрузки содержание МДА у нетренированных животных увеличилось на 26,7%, у тренированных на 12,2%. При этом у животных 4-й группы, по сравнению со 2-й, данный показатель меньше на 25,4% (p 0,05).
Величина ХЛ (пик) в состоянии покоя, по сравнению с контролем, больше у тренированных животных на 6,5%. После плавательной нагрузки величина ХЛ (пик) увеличилась у нетренированных животных на 8,7%, а у тренированных на 2,3%. При этом разница данного показателя у животных 2-й и 4-й групп практически отсутствует.
Значения интенсивности ХЛ (S30) у животных 1-й и 3-й групп также практически не отличались. После плавательной нагрузки интенсивность ХЛ (S30) у нетренированных животных увеличилась на 13,4%, а у тренированных на 4,0%. При этом у животных 4-й группы данный показатель был на 8,4% меньше, чем у 2-й группы.
Схожая динамика получена и при исследовании ХЛ (S60). Величина данного показателя в состоянии покоя, незначительно (на 3,5%), выше у тренированных животных, по сравнению с контролем. После плавательной нагрузки интенсивность ХЛ (S60) увеличилась у нетренированных животных на 18,0% (p 0,05), а у тренированных на 5,1%. При этом данный показатель на 7,8% у крыс 4-й группы меньше, чем у крыс 2-й группы.
Исследования расчетного показателя АОА дало следующие результаты. У тренированных животных, в состоянии покоя, величина АОА на 6,7% больше, чем у контроля. После плавательной нагрузки данный показатель имел тенденцию к снижению в обеих группах: у нетренированных крыс на 4,1%, а у тренированных крыс на 1,4%. При этом значение АОА у животных 4-й группы превышало аналогичный показатель у животных 2-й группы на 9,6%.
При исследовании АРА в гомогенатах скелетной мышцы установлено, что величина данного показателя, по сравнению с контролем, у тренированных животных была несколько выше (на 2,9%). После плавательной нагрузки значения АРА имели тенденцию к снижению у нетренированных животных на 3,2%, а у тренированных животных на 2,5%. При этом величина данного показателя была выше у крыс 4-й группы на 3,7%, чем у 2-й группы. Подобные изменения АРА коррелируют со сдвигами АОА.
Содержание ХС в скелетной мышце в состоянии покоя у тренированных животных меньше на 15,1% (p 0,1). После плавательной нагрузки отмечена незначительная тенденция к снижению данного показателя у нетренированных животных на 3,1%, а у тренированных животных данный показатель практически не изменился. При этом содержание ХС у крыс 4-й группы было на 13,2% меньше, чем у 2-й группы.
Таким образом, исследование показателей ЛПО и АОЗ в скелетной мышце выявило более высокие содержание ДК и интенсивности ХЛ, что, по-видимому, связано с усилением обновления клеточных мембран, а также более низким содержанием ХС. После выполнения плавательной нагрузки интенсифицировались процессы ЛПО и снизились показатели АОЗ. При этом изменения у тренированных животных были менее выражены.
Биохимические исследования в гомогенатах сердца Результаты исследования представлены в таблице 36.
Содержание ДК в состоянии покоя у тренированных животных на 5,4% выше, чем у контроля. После плавательной нагрузки у нетренированных животных отмечалась незначительная (на 4,0%) тенденция к снижению содержания ДК, на фоне достоверного снижения данного показателя на 20,0% (p 0,05) у тренированных животных. При этом содержание ДК у крыс 4-й группы было ниже на 12,1% по сравнению с крысами 2-й группы.
Содержание МДА в сердечной мышце в состоянии покоя у тренированных животных было на 9,5% ниже, чем у контроля. После плавательной нагрузки содержание МДА у нетренированных животных также имело незначительную тенденцию к снижению на 3,6%, на фоне достоверного снижения данного показателя у тренированных животных на 18,5% (p 0,01). При этом содержание МДА у крыс 4-й группы было достоверно ниже на 23,5% (p 0,01).
