Аналіз структурно-метаболічної адаптації м’язової тканини до поєднаної дії переривчастої гіпоксії та напруженої м’язової діяльності

При проведенні курсу ІГТ в перші 2 тижні фізичних тренувань (5-та група) збільшення вмісту вторинних продуктів ПОЛ не відмічалось, активність СОД підвищувалася на 16%, КАТ - на 20% відносно контролю. Застосування курсу ІГТ в останні 2 тиж фізичних тренувань (6-та група) також не призвело до зростання ТБК-АП у литковому м'язі щурів при високій активності антиоксидантних ферментів (активність СОД залишалася вище контрольного рівня на 19%, КАТ - на 26%). Таким чином, у тварин 6-ї групи показники антиоксидантного захисту м'язової тканини були вищими, а показники стану прооксидантної системи більш низькими, ніж у тварин 5-ї групи. Слід відмітити значні зміни у системі ПОЛ - АОС у відповідь на СН. За цих умов у щурів 6-ї та 5-ї груп вміст ТБК-АП був меншим на 20 та 15% відповідно у порівнянні з тваринами контрольної групи. Активність антиоксидантних ферментів після СН була вищою від контрольнихзначень: СОД - на 45 та 28%, КАТ - на 24 та 16% відповідно. Це свідчить, що у тварин 5-ї та 6-ї груп із запропонованим режимом ІГТ формування адаптаційних реакцій у м'язах відбувається ефективніше, ніж за умов дії лише ГН. Це підтверджує точку зору деяких авторів відносно позитивних перехресних ефектів адаптації до гіпоксичної гіпоксії та адаптації до напруженої м'язової діяльності (Меерсон Ф.З. и др., 2002). Як видно, при поєднанні ГН і ІГТ швидше, ніж при фізичних тренуваннях без застосування ІГТ, досягається баланс між про- та антиоксидантними системами м'язової тканини. Таким чином, довгострокова сумісна дія на організм гіпоксії двох типів - переривчастої гіпоксичної та гіперметаболічної (ГН) - стимулює власні ендогенні механізми неспецифічної резистентності організму, серед яких важливе місце посідає стимуляція систем антиоксидантного захисту у м'язовій тканині. Такий метод адаптації організму до різних типів гіпоксії може бути більш ефективним щодо попередження активації ПОЛ і мати більш практичну значимість, ніж рекомендовані деякими авторами тривалі фізичні тренування у комбінації з дієтою, багатою на антиоксидантні добавки, вітаміни та ферментативні кофактори.

ВИСНОВКИ

У дисертації теоретично обґрунтовано й експериментально доведено
основне положення, яке полягає в тому, що адаптація до переривчастої гіпоксичної гіпоксії модулює і потенціює функціональні, структурні та метаболічні перебудови в організмі та м'язовій тканині, що виникають при тривалій дії напруженої м'язової діяльності з розвитком гіпоксії навантаження субкомпенсованого ступеня.

1. На експериментальних моделях роздільного та комплексного застосування одного з варіантів переривчастої гіпоксії - інтервального гіпоксичного тренування та ГН, яка виникає при фізичному тренуванні щурів на витривалість, показано, що саме їх поєднання сприяє найбільшому зростанню інтегральних показників тренованості й аеробної продуктивності організму (фізична витривалість збільшилася в 7 разів, максимальне споживання кисню підвищилося на 37,5% порівняно з контрольними значеннями), а також найбільшому зростанню показників транспорту кисню в м'язах (середньотканинне РО2 збільшилося до (39,5 ± 3,3) мм рт. ст. порівняно з (23,5 ± 2,1) мм рт. ст. в контролі).

2. Адаптація до двох досліджуваних типів гіпоксії сприяє найбільш повній мобілізації функціональних резервів транспорту й утилізації кисню в м'язовій тканині, що було виявлено при застосуванні додаткового стандартного фізичного навантаження. Останнє супроводжувалося найменшими проявами тканинної гіпоксії: найменшим збільшенням вмісту лактату та співвідношення лактат/піруват, найменшим зниженням співвідношення НАД/НАДН, напруження кисню в м'язі (на 10% порівняно з вихідними значеннями, тоді як у контролі у нетренованих тварин таке зменшення становило 31,8%), найменшим зниженням рН м'яза (до 6,48 порівняно з 6,23 в контролі) і крові (до 7,11 порівняно з 6,88 в контролі).

3. У щурів, що піддавалися фізичним тренуванням з розвитком гіпоксії навантаження субкомпенсованого ступеня, зростає порівняно з нетренованими тваринами швидкість окиснення сукцинату в метаболічному стані V3 м'язових мітохондрій, а також збільшується активність СДГ у м'язовій тканині як у спокої, так і після застосування стандартного навантаження. Внесок сукцинатзалежних процесів окиснення в енергопродукцію мітохондрій зменшується як після курсу ІГТ, так і при поєднаній дії ІГТ і напруженої м'язової діяльності.

4. Поєднана дія напруженої м'язової діяльності та переривчастої гіпоксії сприяє значному збільшенню ролі НАДН-оксидазного шляху окиснення в енергозабезпеченні м'язів, що виражається в підвищенні швидкості фосфорилювального дихання (V3), ефективності фосфорилювання (АДФ/О) і спряженості енергетичних реакцій (V3/V4) при окисненні б-кетоглутарату. Активація окиснення НАД-залежних субстратів підтверджується підвищенням вдвічі швидкості дихання в стані V3 і дихального контролю за Чансом при усуненні внеску ендогенного сукцинату в дихання мітохондрій за допомогою інгібітора СДГ - малонату, а також посиленням синтезу б- кетоглутарату в амінотрансферазних реакціях.

5. При фізичному тренуванні на витривалість адаптивні зрушення були більш виражені в субсарколемальній популяції мітохондрій м'язової клітини, а при поєднанні такого тренування з ІГТ відбувається достовірне збільшення щільності як інтерміофібрилярної, так і субсарколемальної популяції мітохондрій, а також збільшення лінійних розмірів мітохондрій і суми поверхонь субсарколемальних і інтерміофібрилярних мітохондрій в одиниці об'єму волокна зі збереженням структурної цілісності мітохондрій.

6. Поєднана дія на організм гіпоксії обох типів призводить до найбільшого підвищення ступеня капіляризації м'язової тканини (кількість капілярів на 1 мм2 м'язового волокна збільшується до 2530 ± 190 щодо 1080 ± 140 у контрольних тварин).

7. Застосування курсу інтервального гіпоксичного тренування в поєднанні з адаптацією до напруженої м'язової діяльності викликає значне збільшення потужності ферментативної ланки антиоксидантної системи захисту (активність супероксиддисмутази та каталази), що знижує можливості інтенсифікації процесу перекисного окиснення ліпідів у м'язовій тканині щурів при гострих гіпоксичних впливах.

8. Формування адаптивних реакцій організму та м'язової тканини відбувається ефективніше тоді, коли ІГТ застосовується в останні 2 тиж 4-тижневого курсу фізичного тренування щурів із розвитком ГН субкомпенсованого ступеня.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1. Гавенаускас Б. Л., Маньковська І. М., Носар В. І., Назаренко А. І., Братусь Л. В. Модулюючий вплив інтервального гіпоксичного тренування на функціональні і метаболічні показники адаптації організму і м'язової тканини щурів до гіпоксії навантаження // Фізіол. журн. - 2004. - Т. 50, № 6. -
С. 42-52.

2. Гавенаускас Б. Л. Вплив інтервального гіпоксичного тренування на показники фізичної витривалості і забезпечення киснем скелетного м'яза при інтенсивній м'язовій діяльності // Тези доповідей. „Актуальні питання біології та медицини”. - Луганськ, 2004. - С. 26-27.

3. Гавенаускас Б. Л., Носар В. І., Кургалюк Н. М., Маньковська І. М. Вплив інтервальної гіпоксичної гіпоксії на енергозабезпечення скелетних м'язів щурів за адаптації до фізичного навантаження // Укр. біохім. журн. - 2005. - Т. 77, № 3. - C. 120-126.

4. Гавенаускас Б.Л., Гончар О.А., Назаренко А.И., Розова Е.В. Влияние гипоксии нагрузки на метаболические процессы в ткани // Автоматизированный анализ гипоксических состояний. Сб. тр. - Нальчик - Москва: Изд-во КБНЦ РАН, 2003. - Т. 1. - С. 83-87.

5. Гончар О. О., Маньковська І. М., Гавенаускас Б. Л. Вплив різних режимів інтервального гіпоксичного тренування на прооксидантно-антиоксидантний статус м'язової тканини щурів при адаптації до гіпоксії навантаження // Експерим. та клін. фізіологія і біохімія. - 2005. - Т. 29, № 1. - С. 7-15.

6. Гончар О. О., Маньковська І. М., Гавенаускас Б. Л. Фармакологічна та нефармакологічна корекція прооксидантно-антиоксидантного гомеостазу м'язової тканини щурів за умов гіперметаболічної гіпоксії // Тези доповідей конференції: „Гомеостаз: фізіологія, патологія, фармакологія і клініка”. - Одеса, 2005. - С. 117-121.

7. Маньковська І.М., Гавенаускас Б.Л., Гончар О.О., Носар В.І., Розова К.В. Структурно-метаболічні основи адаптації м'язової тканини до різних типів гіпоксії // Клін. та експерим. патологія. - 2004. - T. 3, № 2, ч.1. - С. 76-78.

8. Розова К. В., Гавенаускас Б. Л., Маньковська І. М. Вплив інтервального гіпоксичного тренування на ультраструктуру скелетних м'язів при інтенсивному фізичному навантаженні // Клін. та експерим. патологія. - 2004. - T. 3, № 4. - С. 63-68.

9. Лябах К. Г., Гавенаускас Б. Л., Маньковська І. М. Вплив гетерогенності мітохондрій скелетного м'яза на транспорт кисню при гіпоксії навантаження // Клін. та експерим. патологія. - 2004. - T. 3, № 2, ч. 1. - С. 88.

10. Лябах Е.Г. Маньковская И.Н. Гавенаускас Б.Л. Роль различных популяций митохондрий в формировании кислородного режима мышечной ткани при гипоксии нагрузки // Дизрегуляционная патология органов и систем
(экспериментальная и клиническая патофизология): III Российский конгресс патофизиологов. Тезисы докладов. - М., 2004. - C. 216.

11. Маньковская И. Н., Братусь Л. В., Гавенаускас Б. Л., Гончар О. А.,
Лябах Е. Г., Носарь В. И., Розова Е.В. Влияние интервальной гипоксической гипоксии на структуру и АДФ-стимулированное дыхание митохондрий скелетной мышцы при адаптации к физическим нагрузкам. Материалы 4-й Российской конференции „Гипоксия: механизмы, адаптация, коррекция”. - М., 2005. - C.74-75.

12. Маньковская И.Н., Гавенаускас Б.Л., Гончар О.А., Носарь В.И., Братусь Л.В. Влияние интервальной гипоксической тренировки на энергообеспечение и прооксидантно-антиоксидантный баланс мышечной ткани крыс при интенсивной мышечной деятельности // Гипоксия. Автоматизированный анализ гипоксических состояний здоровых и больных. - М. - Нальчик: Изд-во КБНЦ РАН, 2005. - Том. 1. - С. 152-157.

13. Маньковська І.М., Гавенаускас Б.Л., Носар В.І., Назаренко А.І., Розова К.В., Братусь Л. В. Механізми адаптації мязової тканини до гіпоксії навантаження за умов дії інтервальної гіпоксичної гіпоксії // Спортивна медицина. - 2005. - № 1. - С. 3-11.

14. Маньковська І. М., Гавенаускас Б. Л., Носар В. І., Шувалова І. М. Корекція порушень мітохондріального дихання скелетних м'язів при інтенсивній м'язовій діяльності за допомогою інтервального гіпоксичного тренування // Тези доповідей конференції: „Гомеостаз: фізіологія, патологія, фармакологія і клініка”. Одеса, 2005. - С. 188-190.

15. Mankovskaya Irina, Lyabakh Kathеrine, Gavenauskas Bronislav, Gonchar Olga, Nosar Valentina, Nazarenko Ada, Rozova Katherine. Muscle tissue adaptation to normobaric intermittent hypoxic exposure // High Altitude Medicine and Biology. - 2004. - Vol. 5, № 2. - P. 244.

16. Mankovskaya I., Gavenauskas B., Nosar V., Rozova K. Structure and function of mitochondria at endurance training connecting with intermittent hypoxia. “Mitochondrial Physiology”. 4th Conf. оn Mitochondrial Physiology. - Schrоcken, Vorarlberg (Austria). - Mitochondrial Physiology Network, 2005. - P. 120-121.

АНОТАЦІЯ

Гавенаускас Б.Л. Особливості структурно-метаболічної адаптації м'язової тканини до поєднаної дії переривчастої гіпоксії та напруженої м'язової діяльності. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.13 - фізіологія людини та тварин. - Інститут фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України, Київ, 2006 р.

Дисертація присвячена дослідженню структурно-метаболічних перебудов у м'язовій тканині при адаптації щурів до поєднаної дії переривчастої гіпоксичної гіпоксії та напруженої м'язової діяльності з розвитком гіпоксії навантаження (ГН). Показано, що інтервальне гіпоксичне тренування (ІГТ) модулює та потенціює функціональні, метаболічні та структурні перебудови у м'язовій тканині, які виникають при тривалій дії ГН. Фізична витривалість та максимальне споживання кисню збільшувались у процесі адаптації до ГН істотніше у тих тварин, які піддавалися водночас ІГТ. У тих самих тварин найбільшою мірою зростав рівень РО2 у скелетному м'язі у стані спокою, а при стандартному навантаженні (СН) - у м'язі, рН крові та м'яза знижувалися менше, ніж у нетренованих тварин. У цій групі тварин СН призводило до менших зсувів вмісту лактату, співвідношень лактат/піруват і НАД/НАДН у м'язах, ніж у щурів, тренованих на витривалість без застосування ІГТ. Поєднана дія ГН і переривчастої гіпоксії сприяла найбільшому зростанню ефективності та економічності роботи дихального ланцюга мітохондрій скелетного м'яза зі збільшенням ролі НАДН-оксидазного шляху окиснення в енергозабезпеченні м'язів. Це збігалось із найбільшим підвищенням кількості, лінійних розмірів, загальної площі поверхонь мітохондрій різних популяцій, а також зростанням щільності капілярів у скелетному м'язі і значним підвищенням активності антиоксидантних ферментів - супероксиддисмутази та каталази, що лімітувало можливість інтенсифікації ПОЛ при гострих гіпоксичних впливах.

Ключові слова: скелетний м'яз, інтервальне гіпоксичне тренування, тренування на витривалість, мітохондріальне дихання, ультраструктура мітохондрій, щільність капілярів, прооксидантно-антиоксидантний статус.

Гавенаускас Б.Л. Особенности структурно-метаболической адаптации мышечной ткани к сочетанному воздействию прерывистой гипоксии и напряженной мышечной деятельности. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.13 - физиология человека и животных. - Институт физиологии им. А.А. Богомольца НАН Украины, Киев, 2006 г.

Диссертация посвящена исследованию структурно-метаболических перестроек в мышечной ткани при адаптации крыс к прерывистой гипоксической гипоксии и напряженной мышечной деятельности с развитием гипоксии нагрузки (ГН). В экспериментах на крысах-самцах линии Вистар было показано, что интервальная гипоксическая тренировка (ИГТ) модулирует и потенцирует функциональные, метаболические и структурные перестройки в мышечной ткани, возникающие при длительном воздействии ГН (тренировке на выносливость). Исследования проведены на 215 крысах-самцах линии Вистар массой 200-220 г. Моделирование ГН осуществляли в течение 4 нед плаванием крыс в воде при температуре 30-32 °С 30 мин ежедневно. Степень ГН (компенсированная либо субкомпенсированная) определяли по показателям PO2 и pH крови. ИГТ проводили 2-недельным курсом, который состоял из 14 сеансов, в каждом из которых 15-минутное дыхание животных гипоксической смесью с 12% кислорода чередовалось с 15-минутное нормоксическим интервалом (5 циклов). Комбинация ИГТ и ГН осуществлялась в двух режимах: ИГТ присоединяли к 4-недельным тренировкам плаванием в первые либо последние 2 недели. Стандартную физическую нагрузку (СН) создавали путем плавания крыс с грузом (14,0 % ± 3,0% от массы тела животного) в течение 10 мин. Физическая выносливость животных определялась временем (мин), на протяжении которого крысы плавали до изнеможения (10 с пребывания под водой). Показатели физической выносливости и максимального потребления кислорода, характеризующие физическую работоспособность и аэробную производительность организма, возрастали в процессе адаптации к ГН больше у тех животных, которые одновременно подвергались ИГТ. У этих же животных в наибольшей степени увеличивалось напряжение кислорода в скелетной мышце в покое, а при однократной стандартной интенсивной физической нагрузке РО2 в мышце, рН крови и мышцы снижались меньше, чем у нетренированных животных. СН у животных, адаптированных к напряженной мышечной деятельности в сочетании с прерывистой гипоксией, вызывала меньшие сдвиги метаболических показателей мышечной ткани (содержания лактата, отношений лактат/пируват и НАД/НАДН), чем у крыс, тренированных на выносливость без применения ИГТ. Сочетанное воздействие гипоксии нагрузки и прерывистой гипоксии способствовало наибольшему повышению эффективности и экономичности работы дыхательной цепи митохондрий скелетной мышцы с увеличением роли НАДН-оксидазного пути окисления. Последнее выражалось в повышении величин скорости фосфорилирующего дыхания (V3), эффективности фосфорилирования (АДФ/О) и сопряженности энергетических реакций (V3/V4) при окислении б-кетоглутарата. Активация окисления НАД-зависимых субстратов подтверждалась двукратным повышением скорости дыхания митохондрий в состоянии V3 и дыхательного контроля по Чансу при устранении вклада эндогенного сукцината в дыхание митохондрий с помощью ингибитора сукцинатдегидрогеназы - малоната, а также усилением синтеза б-кетоглутарата в аминотрансферазных реакциях. Это совпадало с наибольшим увеличением количества, линейных размеров, общей площади поверхности митохондрий разных популяций, а также возрастанием плотности капилляров в скелетных мышцах животных. У животных, адаптированных к напряженной мышечной деятельности в сочетании с прерывистой гипоксией, отмечалось значительное повышение активности антиоксидантных ферментов - супероксиддисмутазы и каталазы - в мышечной ткани, что ограничивало возможность интенсификации перекисного окисления липидов при острых гипоксических воздействиях. Было показано, что формирование адаптивных реакций организма и мышечной ткани происходило эффективнее тогда, когда ИГТ применялась в последние 2 нед 4-недельного курса физических тренировок крыс с развитием ГН субкомпенсированной степени.

Ключевые слова: скелетная мышца, интервальная гипоксическая тренировка, тренировка на выносливость, митохондриальное дыхание, ультраструктура митохондрий, плотность капилляров, прооксидантно-антиоксидантный статус.

Gavenauskas B.L. Peculiarities of structural-metabolic adaptation of muscle tissue to combined influence of intermittent hypoxia and prolonged endurance exercise. - Manuscript.

Dissertation for candidate of sciences degree by speciality 03.00.13 - physiology of animals and humans. - Bogomoletz Institute of Physiology National Academy of Sciences of Ukraine, Kiev, 2006.

Mechanisms of rat muscle tissue adaptation to prolonged endurance training (ET) with load hypoxia development under influence of intermittent hypoxic training (IHT) were a subject of this investigation. It was shown that endurance capacity, maximal oxygen uptake, muscle PO2 (PmO2) maximally increased in those animals who simultaneously underwent ET and IHT. The same animals demonstrated the minimal decrease in PmO2, blood and muscle pH under testing intensive physical workload. The latter led to the lesser shifts of metabolic parameters (lactate and pyruvate concentration, lactate/pyruvate and NAD/NADH ratios) in muscle of rats adapted both to IHT and ET than in rats adapted to ET only. The combined effects of IHT and adaptation to load hypoxia were expressed in an increase of the NADH - oxidation pathway role in the mitochondrial energy production. It was also shown that quantity, linear size, and total surface of muscle mitochondria of different populations have significantly increased as well as capillary density in the skeletal muscle under adaptation both to load hypoxia and intermittent hypoxia. It was found that application of IHT at ET led to a significant increase in superoxidе dismutase and catalase activities in comparison with rats who were not subjected to IHT. Such a rise was responsible for a lack of increasing of muscle lipid peroxidation after testing physical workload.

Key words: skeletal muscle, intermittent hypoxic training, endurance training, mitochondrial respiration and structure, capillary density, prooxidant-antioxidant status.

Размещено на Allbest.ru