Введение к работе
Актуальность темы. К настоящему времени известно, что физические нагрузки (ФН) сопровождаются многочисленными биохимическими изменениями в организме, которые зависят от интенсивности и длительности мышечной деятельности [Яковлев, 1974; Меньшиков, Волков, 1986]. Прежде всего эти изменения затрагивают скелетные мышцы - ткань, обеспечивающую двигательную активность организма.
Изучение процессов синтеза белка и путей его регуляции в скелетных мышцах занимает одно из центральных мест в функциональной биохимии. Исследования, проведённые в секторе биохимии СПб НИИ Физической культуры показали, что:
-
в восстановительный период после однократных и систематических ФН в скелетных мышцах происходят изменения, затрагивающие все основные процессы синтеза белка транскрипцию [Зильбер, Рогозкин, 1971; Плискин, 1973; Фельдкорен, 1979], ядерно-цитоплазматический транспорт [Плискин, 1973; Морозов, 1976], трансляцию [Литвинова, Рогозкин, 1970];
-
синтез белков в скелетных мышцах регулируется андрогенами и их синтетическими аналогами [Фельдкорен, 1979; Рогозкин, 1988]. В частности было установлено, что анаболические стероиды регулируют активность фермента ДНК-зависимой РНК-полимеразы I, что в конечном итоге приводит к усиленному синтезу как сократительных, так и энзиматических белков скелетных мышц. Анаболические стероиды привлекают особое внимание исследователей из за их широкого применения в медицинской практике, что связано с выраженным миотропным эффектом аналогов андрогенов [Пивницкий, 1974; Рогозкин, 1988].
В последнее время принимается, что андрогены реализуют свой метаболический эффект через индукцию синтеза некоторых андроген- зависимых ферментов, которые выполняют важные функции в клетках и обеспечивают дальнейшее метаболическое действие андрогенов при стимуляции анаболических процессов. Это предположение было сделано на основании фактов о том, что концентрация тестостерона увеличивается в крови животных практически сразу после выполнения физических нагрузок, то есть
во время выраженных катаболических процессов в скелетных мышцах.
К группе ферментов, активно отвечающих на действие андрогенов во многих органах животных относятся ключевые ферменты синтеза полиаминов - орнитиндекарбоксилаза (ОДК) и S-аденозилметиониндекарбоксилаза (S-АМДК) [Ярыгин, 1987; Seller, 1996]. Эти ферменты катализируют синтез полиаминов (путресцина, спермидина, спермина), которые активируют РНК-полимеразы [Jacob, Rose, 1978; Abraham, Pihl, 1981], влияют на ацетилирование гистонов и негистоновых белков хроматина [Desiderio et al., 1992], стабилизируют рибосомы и тРНК [Pegg et al., 1982; Rudkin et al., 1984; Tabor, 1984], что в конечном итоге отражается на скорости синтеза белков клеток, их росте и развитии. Было показано, что концентрация полиаминов и активность ферментов ОДК и S-АМДК хорошо коррелирует с интенсивностью анаболических процессов в ткани [Rudkin, 1984; Holtta, 1985; Bolkenius, Seiler, 1987; Matthews, 1993].
В работах Яковлева H.H.[ 1979] было показано, что активность фермента ОДК и содержание полиаминов изменяются в скелетных мышцах в ответ на ФН. Однако, возможные механизмы активации системы синтеза полиаминов андрогенами, концентрация которых увеличивается в восстановительный период после ФН, не были исследованы. Кроме того, в литературе отсутствуют прямые указания на влияние анаболических стероидов на синтез полиаминов в скелетных мышцах.
Цель исследования. Цель настоящей работы состояла в исследовании эффекта физических нагрузок различной интенсивности и длительности и введения 17а-метилтестостерона на синтез полиаминов в скелетных мышцах крыс.
Задачи исследования;
1. Развить метод определения содержания полиаминов в скелетных
мышцах крыс с использованием ионообменной и
высокоэффективной жидкостной хроматографии.
2, Определить условия для измерения активности
орнитиндекарбоксилазы и S-аденозилметиониндекарбоксилазы в
скелетных мышцах различного функционального профиля.
-
Изучить изменение активностей этих ферментов и содержания полиаминов в скелетных мышцах крыс при выполнении однократных физических нагрузок различной интенсивности и длительности.
-
Исследовать влияние систематической мышечной деятельности различной направленности и состояния тренированности на синтез полиаминов в скелетных мышцах.
-
Изучить влияние однократного и систематического введения 17ос-метилтестостерона на активность ферментов и содержание полиаминов в скелетных мышцах различного функционального профиля.
Научная новизна н практическая значимость исследования. Данные по исследованию содержания полиаминов (путресцина, спермидина, спермина) и активности двух ферментов (ОДК и S-АМДК), осуществляющих синтез полиаминов, в скелетных мышцах в период отдыха после различных ФН, представляют особый интерес, поскольку до настоящего времени практически отсутствуют работы по данной теме. Из отечественной литературы известна лишь одна публикация [Яковлев, 1979], посвященная исследованию активности фермента ОДК и содержания полиаминов в скелетных мышцах после ФН. Однако, представленные в ней результаты несколько отличаются от данных, полученных нами.
В результате экспериментов установлено, что активность ферментов ОДК и S-АМДК и содержание полиаминов (путресцина, спермидина, спермина) в скелетных мышцах зависят от типа волокон составляющих мышцу. Значения данных показателей в мышцах, содержащих преимущественно оксидативные волокна в два раза превышали таковые в волокнах гликолитического типа.
Впервые одновременно исследовали изменение активности ферментов ОДК, S-АМДК, содержания полиаминов в скелетных мышцах и содержания тестостерона в крови животных в различные периоды отдыха после ФН. Повышение содержания в мышцах путресцина в срочный период восстановления (катаболическая фаза) было обусловлено увеличением активности ОДК в это же время. В отставленный период восстановления (анаболическая фаза) повышалось содержание в мышцах спермидина и спермина, вызванное возрастанием активности фермента S-АМДК. При этом изменение концентрации тестостерона в крови носило фазный
характер и первый пик увеличения концентрации тестостерона совпадал по времени с возрастанием активности ОДК.
Установлено, что однократная анаэробная ФН приводит к большей активации системы синтеза полиаминов в гликолитических, а однократная аэробная ФН - в оксидативных мышечных волокнах, что соответствует представлению о специфичности биохимических процессов адаптации к ФН определенной направленности.
Выполнение систематических ФН преимущественно аэробной
направленности сопровождалось снижением содержания
полиаминов в смешанных мышечных волокнах. При выполнении
систематических ФН анаэробной направленности и аэробной
направленности с включением "ускорений" установлено
увеличение их содержания в этих мышечных волокнах.
Опыты с введением анаболического стероида 17а-метилтестостерона показали, что синтез полиаминов увеличивается под воздействием этого гормона, но степень увеличения активности ферментов ОДК, S-АМДК и содержания полиаминов зависела от типа мышечных волокон, составляющих скелетную мышцу.
Выполненная работа имеет преимущественно
экспериментальный характер и позволяет судить об особенностях метаболизма индивидуальных ферментов и низкомолекулярных веществ при адаптации мышц к повышенной физической активности и об их гормональной регуляции. Материалы исследования могут быть использованы в курсах общей эндокринологии. Кроме того, показанная в работе взаимосвязь между уровнем андрогенов в крови и активностью системы синтеза полиаминов в скелетных мышцах позволяет использовать этот теоретический материал при оптимизации рационального питания спортсменов на разных уровнях их подготовки и соревнований, а также при оптимизации профилактического питания. Разработанный высокочувствительный метод определения содержания полиаминов и оптимизированные методы измерения активности ферментов ОДК и S-АМДК могут быть использованы в клиниках для диагностики онкологических заболеваний.
Положения выносимые на защиту. 1. Активности ключевых ферментов синтеза полиаминов ОДК и БАМДК и содержание
полиаминов ( путресцина, спермидина, спермина) зависят от типа мышечных волокон.
2. Увеличение активностей ключевых ферментов в синтезе
полиаминов ОДК и S-АМДК и содержания полиаминов после
однократной аэробной ФН выражено больше в оксидативных
мышечных волокнах, а после анаэробной ФН - в гликолитических
мышечных волокнах.
3. Систематические ФН аэробной направленности
сопровождаются снижением содержания полиаминов в скелетных
мышцах белых крыс. Систематические анаэробные ФН или ФН
аэробной направленности с включением "ускорений" приводят к
увеличению содержания полиаминов в скелетных мышцах.
4. Однократное и систематическое введение Па-метил-
тестостерона приводит к активации системы синтеза полиаминов в
скелетных мышцах.
Структура и объем диссертации. Работа изложена на 132 страницах, содержит 13 таблиц и 20 рисунков. Она состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, результатов и их обсуждения. Список использованной литературы включает 175 наименования, в том числе 133 на английском языке.