Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Анализ состояния процессов перекисного окисления липидов и антиоксидантной защиты при физических нагрузках на фоне охлаждения под влиянием микрогидрина плюс

ВАК РФ 03.01.02, Биофизика

Автореферат диссертации по теме "Анализ состояния процессов перекисного окисления липидов и антиоксидантной защиты при физических нагрузках на фоне охлаждения под влиянием микрогидрина плюс"

й04613820

Баранов Алексей Николаевич

АНАЛИЗ

СОСТОЯНИЯ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕКИСНОГО ОКИСЛЕНИЯ ЛИПИДОВ И АНТИОКСИДАНТНОЙ ЗАЩИТЫ ПРИ ФИЗИЧЕСКИХ НАГРУЗКАХ НА ФОНЕ ОХЛАЖДЕНИЯ ПОД ВЛИЯНИЕМ МИКРОГИДРИНА ПЛЮС

03.01.02 - Биофизика (биологические науки)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

2 5 НОЯ 2010

Сургут 2010

004613820

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Сургутский государственный университет Ханты-Мансийского автономного округа - Югры».

Научный руководитель: доктор медицинских наук, профессор

Зуевский Владислав Петрович ГОУ ВПО «Сургутский государственный университет Ханты-Мансийского автономного округа-Югры»

официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Петрова Ирина Викторовна

ГОУ ВПО «Сибирский государственный медицинский университет Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию»

кандидат биологических наук, доцент Мишина Елена Анатольевна ГОУ ВПО «Сургутский государственный университет Ханты-Мансийского автономного округа-Югры»

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Тюменский государственный уни-

верситет», г. Тюмень

Защита состоится «29» ноября 2010 года в 15:00 часов на заседании диссертационного совета Д 800.005.02 в ГОУ ВПО «Сургутский государственный университет ХМАО - Югры» по адресу: 628412, г. Сургут, ул.Ленина, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Сургутского государственного университета Ханты-Мансийского автономного округа - Югры» по адресу: 628412, г. Сургут, ул. Ленина, 1

Автореферат разослан « 29 » октября

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук, доцент

2010 года

— Е.В.Майстренко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. В связи со стремительным освоением человеком суровых в климатическом отношении районов Крайнего Севера и Сибири, расширяющимися исследованиями Арктики и Антарктиды, горных высот, холодных морей нередко выполнение мышечной работы сочетается с необходимостью длительного нахождения при низкой температуре окружающей среды. В процессе адаптационных перестроек, как и в механизмах дизадапта-ционных расстройств, существенное место занимает система перекисного окисления липидов (ПОЛ) и антиоксидантной защиты (АОЗ) [Б. Т. Величков-ский, 2001; Л. Б. Заводник, 2006]. Общее холодовое воздействие в зависимости от его интенсивности и длительности может явиться неблагоприятным фактором, способным нарушить функциональное состояние организма, ограничить его работоспособность и сопротивляемость к экстремальным факторам внешней среды.

К настоящему времени накоплен обширный материал по изучению изолированного влияния физической нагрузки и охлаждения на состояние процессов липидной пероксидации, и сопряженной с ними АОЗ организма. Однако немногочисленные литературные данные о холодовом воздействии при выполнении мышечной работы на уровень процессов ПОЛ в организме носят фрагментарный характер. Отсутствует систематизация, подробный физиологический и биохимический анализ полученных в этой области результатов. Комплексное исследование метаболических аспектов защитно-приспособительных реакций на последовательных этапах адаптации с позиций структурно-функционального состояния клеточных мембран при сочетанием воздействии физических и холодовых нагрузок позволит расширить представления об узких звеньях клеточного метаболизма, лимитирующих работоспособность и создать предпосылки для разработки методов направленной коррекции липидной пероксидации в организме с помощью антиоксидантной терапии.

Для восстановления свободно-радикального гомеостаза и сокращения сроков адаптации на вооружении спортивной фармакологии имеется широкий спектр препаратов различных химических классов, ведущее место среди которых ранее занимали синтетические антиоксиданты (А. В. Котельников, 2005; Н. М. Сторожок,2002). Однако присущие многим из них побочные эффекты, такие как токсичность, несовместимость с эндогенными антиоксидантами, подавление фагоцитарного звена иммунитета, а также отсутствие стандартизированной рациональной методики подбора доз и продолжительности применения препаратов сдерживают их широкое использование в клинической практике. Особый интерес начинает уделяться исследованию новых препаратов природного происхождения с широким спектром фармакологической активности, обладающих антиоксидантным эффектом (Р. Д. Сейфулла,2005). Одним из таких препаратов является микрогидрин плюс, созданный на основе препарата микрогидрин.

Участие в разнообразных молекулярных реакциях и влияние на ряд ферментных систем организма обуславливают широкий спектр фармакологической

активности микрогидрина плюс, однако на настоящий момент в литературных источниках отсутствуют данные о применении его с целью коррекции ПОЛ при сочетанием воздействии интенсивных физических нагрузок и охлаждения.

Кроме того, перспективным является проведение исследований, посвященных адаптации, с позиций системного подхода, теории хаоса и синергетики (Еськов В.М, Хадарцев А.А, 2001-2010).

Цель исследования: изучить влияния препарата микрогидрин плюс на реакции свободно-радикального окисления липидов и антиокислительной системы в условиях физических нагрузок разной интенсивности и длительности при иммерсионном охлаждении. Задачи исследования:

1. Исследовать работоспособность экспериментальных животных на этапах срочной, полной и длительной адаптации к напряженной мышечной деятельности под влиянием микрогидрина плюс.

2. Выявить характерные закономерности в изменении системы ПОЛ - АОЗ на различных этапах адаптации к мышечной деятельности на фоне применения микрогидрина плюс.

3. Оценить влияние микрогидрина плюс на физическую работоспособность животных при последовательных этапах адаптации в условиях воздействия холода.

4. Изучить состояние процессов липидной пероксидации и активность компонентов АОС при сочетанном воздействии холодовых и мышечных нагрузок.

5. Исследовать влияние микрогидрина плюс на процессы перекисного окисления липидов и активность компонентов антиоксидантной системы при комплексном воздействии напряженных физических нагрузок и охлаждения.

6. Провести анализ параметров квазиатгракторов показателей системы ПОЛ-АОЗ в многомерном фазовом пространстве на различных этапах адаптации при комплексном воздействии напряженных физических нагрузок и охлаждения.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Воздействие низкой температуры окружающей среды приводит к снижению устойчивости к утомлению при физической нагрузке, уменьшает темп прироста работоспособности и сглаживает кумулятивный эффект тренировок.

2. Выполнение интенсивной физической нагрузки в условиях иммерсионного охлаждения сопровождается активным накоплением продуктов липидной пероксидации на фоне значительных нарушений антиоксидантной защиты организма.

3. Введение микрогидрина плюс способствует повышению работоспособности и ускорению процессов восстановления, предотвращая активацию перекисного окисления липидов и супрессию антиоксидантной защиты при изолированном воздействии интенсивных физических нагрузок и в сочетании с охлаждением.

Научная новизна работы. Впервые с позиций теории хаоса и синергетики проведено комплексное изучение особенностей адаптационных механизмов при сочетанном воздействии физической нагрузки и низкой температуры окружающей среды в условиях эксперимента. Установлено, что уменьшение работоспособности связано с выраженностью оксидативного стресса на фоне снижения компонентов антиоксидантной защиты.

Проведенное исследование позволило установить направленность метаболических реакций на основных этапах адаптации к физическим нагрузкам в климатических условиях высоких широт, а также выявить зависимость состояния системы перекисного окисления липидов от длительности воздействия экстремальных средовых факторов.

Выявлены закономерности изменения параметров квазиатгракторов вектора состояния организма животных, а также произведена оценка параметров системы ПОЛ-АОЗ при интенсивных физических нагрузках и низкой температуре.

Практическая значимость работы.

Данные, полученные в результате проведенного исследования позволяют обосновывать возможность управления адаптационным процессом и повышения работоспособности путем коррекции процессов перекисного окисления липидов посредством антиоксидантной терапии. Так же показана возможность эффективного повышения работоспособности и ускорения процессов восстановления мышечной активности после напряженных физических нагрузок при низкой температуре окружающей среды с помощью биологически активного препарата «микрогидрин плюс».

Апробация работы. Материалы диссертации были доложены на региональном конкурсе научных работ, г. Тюмень, 2006 г.; региональная конференция «Менделеевские чтения», г. Тобольск, 2007 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, из них 1 статья в реферируемом журнале, рекомендованном ВАК. Перечень публикаций приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 192 страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, трех глав результатов собственных исследований, обсуждения полученных результатов, выводов, списка литературы. Рукопись иллюстрирована 23 рисунками и 21 таблицей. Список литературы содержит 256 источника, в том числе 174 отечественных и 82 зарубежных.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектом настоящего исследования явились белые беспородные крысы-самцы с исходной массой 180-220 г, содержащиеся в стандартных условиях вивария при температуре воздуха 20-22°С и естественном освещении. Выбор белых крыс в качестве модели для изучения влияния мышечной работы и охлаждения на организм объясняется тем, что они менее зависимы от случайных из-

менений окружающей среды и достаточно хорошо изучены при воздействии неблагоприятных факторов. Кроме того, состав фосфолипидов мембран эритроцитов крыс близок составу фосфолипидов мембран эритроцитов человека. Все исследования проводили в утренние часы в одно и то же время. За 10 дней до начала и на протяжении всего эксперимента животные получали полноценный пищевой рацион в соответствии с нормами содержания лабораторных животных согласно Приказу МЗ СССР № 755 от 1977 г., Приказу МО СССР № 245 от 1982 г. и Приказу МЗ № 1179 от 1983 г.

В 1994 году корпорацией «Royal Body Care, Inc.» на рынок выпущен мик-рогидрин. Данный препарат является биологически активной добавкой к пище, прошедшей санитарно-эпидемиологическую экспертизу и государственную регистрацию в России (свидетельство № 77.99.23.3.У.55.1.05 от 11.01.2005г.). Согласно экспертному заключению № 2319-Д-МИК от 20.12.2002 г. Антидопингового Центра Комитета по содействию олимпийскому движению при правительстве Российской Федерации, биологически активная добавка микрогидрин не содержит допинговых препаратов и их метаболитов.

Нами был изучен препарат микрогидрин плюс, созданный в 2002 году на базе препарата микрогидрин, представляющий собой диоксид кремния, обогащенный водородом со слабо связанным дополнительным электроном. Все положительные свойства микрогидрина, многократно увеличились за счет добавления большего количества отрицательных зарядов и восьми разных видов ан-тиоксидантов.

Было проведено 6 серий экспериментов, включавших в себя изучение влияния микрогидрина плюс на динамику работоспособности и состояние системы ПОЛ-АОЗ на этапах срочной, полной адаптации и длительной даптации к интенсивным физическим нагрузкам, выполняемым в обычных условиях и в сочетании с иммерсионным охлаждением.

Для воспроизведения физической работы было избрано плавание экспериментальных животных в воде при глубине водного слоя 150 см. С целью исследования процессов срочной адаптации к мышечной деятельности использовали тестирующее плавание крыс «до отказа» с грузом весом 10% от массы тела при температуре воды 30±1°С. Изучение механизмов долговременной адаптации проводили с использованием ступенчато повышающейся нагрузки в течение 50 дней. Первоначально животные были протестированы на максимальную работоспособность (плавание с грузом весом 10% от массы тела «до отказа»). Объем нагрузок индивидуально строго дозировался и определялся по секундомеру в процентах от длительности тестирующего плавания перед каждым микроциклом, состоящим из десяти дней. Физические нагрузки постепенно возрастающей длительности давались в каждом цикле через день в режиме 40, 60, 80, 100% от времени плавания «до отказа», после чего вновь определялась максимальная работоспособность.

В каждой серии эксперимента выделяли 4 группы животных по 6 особей в каждой. Первая группа интактных крыс содержалась в обычных условиях вивария на стандартной диете. Вторая группа (контрольная) получала дистиллированную воду. Третья группа животных получала микрогидрин плюс в дозе 15

мг/кг. Действие названного соединения сравнивалось с известными препаратом альфа-токоферолом, вводимым в дозе 10 ME/мл (четвертая группа). Указанные препараты вводили внутрижелудочно перед однократной субмаксимальной физической нагрузкой трижды с 24-часовым интервалом, на этапах полной и длительной адаптации - ежедневно на протяжении всего этапа тренировки. Последнее введение препаратов проводили за 1 час до плавания.

Влияние низкой температуры на работоспособность изучали, используя аналогичную экспериментальную модель в сочетании с иммерсионным охлаждением животных (плавание при температуре воды 15±1°С).

Об эффективности адаптации к мышечной деятельности судили по динамике физической работоспособности, оценивая абсолютный уровень (время плавания «до отказа» до начала тренировок и в конце каждого десятидневного цикла), абсолютный прирост и темп прироста времени тестирующего плавания.

Для оценки состояния процессов ПОЛ производили определение концентрации малонового диальдегида (МДА) в сыворотке крови, диеновых конъюга-тов (ДК) и шиффовых оснований (ШО) в эритроцитах, а также активности ксантиноксидазы (КО) (КФ. 1.2.3.2). О функционировании антиоксидантной системы (АОС) судили по показателю общей антиокислительной активности сыворотки крови (АОА), в эритроцитах определяли активность супероксидцис-мутазы (СОД) (КФ. 1.15.1.1), каталазы (КФ 1.11.1.6), глутатионпероксидазы (ГП) (КФ. 1.11.1.9), содержание восстановленного глутатиона (ВГ) и свободных сульфгидрильных (SH) групп в сыворотке крови.

Результаты исследования подвергали статистической обработке. Достоверность различий средних показателей вычисляли методом дисперсионного анализа с использованием критерия Стьюдента. Статистические гипотезы считали подтвержденными при уровне значимости р<0,05.

Исследование параметров квазиаттракторов динамики поведения вектора состояния организма животных (ВСОЖ) (конкретно показателей ПОЛ-АОЗ) проводились с помощью разработанного нового метода анализа динамики поведения ВСОЖ в 10- мерном фазовом пространстве состояний с использованием компьютерных технологий. Этот метод позволяет дать обоснование и критерии оценки различий между стохастической и хаотической динамикой поведения параметров крыс на различных уровнях адаптации. Также нами были использованы критерии оценки различий между стохастическими и хаотическими процессами в многомерном фазовом пространстве путем анализа параметров многомерного параллелепипеда (расчет его объема V, его геометрического центра х,.) на ЭВМ с помощью специальной программы (программа идентификации параметров аттракторов поведения вектора состояния биосистем в ш-мерном фазовом пространстве (Еськов В.М., Брагинский М.Я., Русак С.Н., Устименко A.A., Добрынин Ю.В. свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2006613212 от 13 сентября 2006 г. РОСПАТЕНТ)).

Нами рассчитывались координаты х„• этого центра, расстояние г между точкой центра стохастического (координаты xs) и хаотического центра (координаты хс). Установлено, что чем больше расстояние между хаотическим геометрическим и среднестатистическим стохастическим центрами в фазовом т-

мерном пространстве, тем ярче выражена мера хаотичности в динамике поведения вектора состояния животных.

Исходными данными для исследования являлись результаты одновременных измерений десяти параметров множества однотипных биологических объектов (конкретно, индивидуальные показатели ПОЛ-АОЗ в группах животных), а также результаты мониторинга десяти параметров одного и того же объекта или биологической системы.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Изучение работоспособности и состояния системы ПОЛ-АОЗ на различных этапах адаптации к мышечной деятельности под влиянием мик-

рогидрина плюс

В результате исследования нами отмечено увеличение работоспособности экспериментальных животных на протяжении 30 дней выполнения ступенчато повышающейся физической нагрузки, что соответствует этапу полной адаптации, и неуклонное снижение выносливости и устойчивости к утомлению при продолжении тренировки, что может свидетельствовать о начале процесса дезадаптации (рис.1).

На этапе срочной адаптации микрогидрин плюс приводил к наибольшему повышению работоспособности по сравнению с альфа-токоферолом. К 30-му дню регулярного приема микрогидрина плюс нами отмечено увеличение времени плавания практически в 2 раза по сравнению с контролем, в 1,4 раза по сравнению с группой, получавшей альфа-токоферол. На 50-й день этот показатель с микрогидрином плюс был выше контрольной группы в 3,7 раза, группы с альфа-токоферолом - в 1,3 раза. Введение альфа-токоферола также способствовало повышению работоспособности крыс на протяжении всего 50-дневного тренировочного цикла (рис. 1).

Однократная интенсивная физическая нагрузка, характеризующая срочные адаптационные механизмы, приводила к достоверному увеличению содержания промежуточных (МДА на 52,7%, ДК на 79,4%) и конечных продуктов (ШО на 18,4%) ПОЛ в эритроцитах и сыворотке крови. Предварительное введение микрогидрина плюс и альфа-токоферола перед максимальной мышечной работой способствовало достоверному снижению продуктов переокисления липидов. Наибольшим ингибиторным эффектом на свободно-радикальные процессы обладал микрогидрин плюс (рис. 2).

После 30-дневной тренировки нарастающими по времени нагрузками содержание продуктов липидной пероксидации в эритроцитах и сыворотке крови животных значительно увеличилось. Регулярное применение микрогидрина плюс, аналогично, как и альфа-токоферола приводило к значительному подавлению процессов радикалообразования, на что указывает значительное достоверное уменьшение концентрации МДА, ДК и ШО в эритроцитах крыс (рис. 3).

I, минэо 80 70 60 50 40 30 20 10 0

10

20

30

40

50 дней

Контроль ■

I - Микрогидрин плюс 1

к — альфа-токоферола ацетат

Рис. 1. Динамика работоспособности крыс опытных групп на протяжении 50 дней тренировок

? «■

МДА

Рис. 2. Содержание продуктов ПОЛ в эритроцитах и сыворотке крови крыс после однократной субмаксимальной физической нагрузки на фоне приема антиоксидантов

Примечание: здесь и далее 1 - интактные; 2 - контроль; 3 - микрогидрин плюс; 4 - альфа-токоферол; символ * указывает, что различия достоверны по сравне-

различия достоверны по сравнению с

нию с интактной группой (р<0,05); ** контрольной группой (р<0,05).

После 50-дневной тренировки отмечено значительное увеличение содержания продуктов перекисного окисления липидов: МДА на 168,6%, ДК на 16,5%, ШО на 130,5%. Введение препаратов приводило к подавлению гиперпродукции указанных соединений, причем более активным оказался микрогидрин плюс (рис. 4).

МДА дК ШО

Рис. 3. Содержание продуктов ПОЛ в эритроцитах и сыворотке крови крыс после 30 дней регулярных физических нагрузок на фоне приема ан-

тиоксидантов

Однократная субмаксимальная физическая нагрузка, вызывая активацию перекисных процессов, сопровождалась подавлением общей АОА сыворотки крови. Продолжение нагрузок, наряду с повышением работоспособности, приводило к формированию устойчивого равновесия систем переокисления и про-тивоперекисной защиты, являясь проявлением «структурного следа» адаптации, лежащего в основе «тренированности» организма, и приводя, в свою очередь, к исчезновению стресс-реакции. На этапе длительной адаптации, к 50-му дню, наблюдалась супрессия общей АОА.

Микрогидрин плюс способствовал достоверному увеличению антиокси-дантного потенциала крови на каждом этапе формирования общего адаптационного синдрома. Эффект микрогидрина плюс после однократного плавания крыс уступал действию альфа-токоферола, на стадии формирования устойчивой долговременной адаптации сравнялся с показателем животных, получавших альфа-токоферол, а на этапе длительной адаптации превысил эффект последнего (рис. 5).

На начальном этапе адаптации к напряженной мышечной деятельности отмечено усиление активности СОД на 187,5% (р<0,001). Снижение активности каталазы на 5,8% (р>0,05), уменьшение содержания ВГ в эритроцитах на 71% (р<0,001), что может свидетельствовать о напряжении АОЗ в ответ на усиление процессов ПОЛ, вызванное максимальной физической нагрузкой.

Влияние микрогидрина плюс выражалось в достоверном увеличении активности СОД на 247% (р<0,001) по сравнению с контролем. Введение альфа-токоферола также вызывало статистически достоверное увеличение активности СОД на 28,7% (р>0,001) по сравнению с контрольной группой.

Введение микрогидрина плюс и альфа-токоферола приводило к увеличению концентрации восстановленного глутатиона в эритроцитах и составила 843,9±31,79 мкмоль/л (р<0,01) и 941,43±19,55 мкмоль/л соответственно, что на

31,3% и 46,5% соответственно, выше его содержания в контрольной группе (р<0,001).

МДА ДК

Рис. 4. Содержание продуктов ПОЛ в эритроцитах и сыворотке крови крыс после 50 дней регулярных физических нагрузок на фоне приема ан-

тиоксидантов

срочная адаптация полная адаптация дезадаптация

| оинтактные а контроль |

Рис. 5. Изменение АОА сыворотки крови крыс под влиянием антиокси-дантов на различных этапах адаптации к напряженной мышечной деятельности

Активность каталазы в группе, получавшей альфа-токоферол, была практически на одном уровне с показателем контрольной группы. Показатель активности каталазы в группе получавшей микрогидрин плюс был достоверно выше (р2<0,05), чем в контрольной группе. Разнонаправленность выявленных нами изменений можно объяснить кратковременностью воздействия экстре-

мального раздражителя и несовершенностью компенсаторно-приспособительных реакций организма.

На последующем этапе полной адаптации мы отметили достоверное повышение активности основных ферментов АОЗ: СОД на 67,6% (р<0,001), ката-лазы на 6,2% (р>0,05), ГП на 16,2% (р<0,001). Ежедневный прием препаратов способствовал выраженному усилению каталитической активности названных энзимов, причем микрогидрин плюс оказывал наибольшее активирующее действие на СОД и каталазу, в то время как альфа-токоферол в большей степени усиливал активность ГП.

Продолжение тренировки нарастающими по времени физическими нагрузками приводило к подавлению активности ферментных антиоксидантных систем в эритроцитах: ГП на 13,9% (р<0,001), СОД на 2,3% (р>0,05) и общей АОА сыворотки крови на 14,6% (р>0,05). Выявленная нами направленность сдвигов в системе противоперекисной защиты хорошо согласуется с изменениями основных показателей оксидативного гомеостаза. Начало процесса развития дизадаптивных изменений в организме крыс связано с тем, что тренировка субмаксимальными нагрузками приводит к накоплению активных форм кислорода и продуктов их взаимодействия. Компенсаторный ответ ферментных компонентов АОС организма неадекватен оксидативному стрессу, индуцированному чрезмерной мышечной работой. Микрогидрин плюс и альфа-токоферол в значительной степени предотвращают снижение активности антиоксидантных энзимов, тем самым способствуя нормализации происходящих при этом сдвигов в системе ПОЛ-АОЗ.

Изучение работоспособности и состояния системы ПОЛ-АОЗ на различных этапах адаптации к интенсивным физическим нагрузкам на фоне охлаждения под влиянием микрогидрина плюс

Воздействие холода приводит к снижению устойчивости к утомлению при динамической нагрузке. Работоспособность крыс на фоне охлаждения была значительно ниже (на 328%) по сравнению с животными, выполнявшими физическую нагрузку в обычных условиях. Однако предварительное введение микрогидрина плюс в полтора раза увеличивало работоспособность животных по сравнению с контрольной группой (р<0,05).

На этапе полной адаптации охлаждение приводит к снижению устойчивости к утомлению, уменьшает темп прироста работоспособности и сглаживает кумулятивный эффект тренировок. Пик работоспособности отмечен нами после второго 10-дневного тренировочного цикла. Введение микрогидрина плюс животным, адаптирующимся к холоду, оказывает приоритетное воздействие на работоспособность, достоверно повышая ее и по отношению к контрольной группе, и к группе с альфа-токоферолом. Альфа-токоферол также способствует сохранению работоспособности к 50-му дню эксперимента, но показатели у микрогидрина плюс были выше в 1,3-1,5 раза (рис. 6).

Однократная физическая нагрузка субмаксимальной мощности, выполняемая на фоне иммерсионного охлаждения, приводила к активному накопле-

нию продуктов ПОЛ в эритроцитах и сыворотке крови (МДА на 44,8%, ДК на 282%, ШО на 1,1%). Предварительное введение микрогидрина плюс и альфа-токоферола предотвращало активацию ПОЛ.

В целом корригирующее действие использованных нами препаратов на фоне охлаждения было выражено слабее по сравнению с применением их на этапе срочной адаптации к напряженной мышечной деятельности в обычных условиях.

1, дни

'Контроль ~Микрогидрин плюс —А—альфа-то кофе рола ацетат

Рис. 6. Динамика работоспособности крыс различных групп на протяжении 50 дней тренировок при низкой температуре окружающей среды

В целом корригирующее действие использованных нами препаратов на фоне охлаждения было выражено слабее по сравнению с применением их на этапе срочной адаптации к напряженной мышечной деятельности в обычных условиях. Так, микрогидрин плюс в условиях низкой температуры вызывает снижение концентрации промежуточных продуктов липидной пероксидации -МДА на 25%, ШО на 17,9%, в то время как после плавания до субъективного отказа при температуре 30±2°С - соответственно на 66,8% и 34,9% (рис. 2, 7).

К 30-му дню тренировок и регулярного воздействия холода активность реакций ПОЛ остается на высоком уровне: в два раза увеличивается содержание МДА, почти в четыре раза повышается концентрация ДК, на 29,4% возрастает содержание оснований Шиффа. Микрогидрин плюс способствует нормализации отмеченных выше сдвигов, причем эффективность препарата не уступала альфа-токоферолу, известному своим антирадикальным действием (рис. 8).

К 50-му дню тренировки концентрация продуктов липидной пероксидации в крови достигла максимального уровня. Микрогидрин плюс в большей степени, чем альфа-токоферол, ограничивает образование промежуточных продуктов липопероксидации в организме животных, но не приводит к полной нормализации отмеченных выше сдвигов (рис. 9).

ДК

5 «

30 25■ 20

с X

I <5"

и

1050-1

12 3 4

МПА

Рис. 7. Содержание продуктов липидной пероксидации после однократной субмаксимальной физической нагрузки и охлаждения на фоне приема ан-

тиоксидантов

с 153

I

Рис. 8. Содержание продуктов ПОЛ в эритроцитах и сыворотке крови крыс после 30 дней регулярных физических нагрузок в сочетании с охлаждением на фоне приема антиоксидантов

Включение срочных несовершенных адаптационных механизмов, как и истощение резервных возможностей, характеризуется однонаправленными изменениями ферментативного звена ПОЛ, проявляющимися усилением активности ксантиноксидазы, в то время как на стадии формирования устойчивой долговременной адаптации активность фермента практически не изменяется. Аналогичные результаты получены нами при изолированном воздействии на организм мышечной нагрузки.

Биологически активные препараты оказывали стабилизирующее действие на активность ксантиноксидазы на каждом из последовательных этапов формирования приспособительных реакций.

1 2 3 4 1 2 3 4

МДА дК шо

Рис. 9. Содержание продуктов ПОЛ в эритроцитах и сыворотке крови крыс после 50 дней регулярных физических нагрузок в сочетании с охлаждением на фоне приема антиоксидантов

Следует отметить, что на стадиях срочной и долговременной и на этапе срыва адаптации микрогидрин плюс обладал большим супрессорным эффектом на ксантиноксидазную активность по сравнению с альфа-токоферолом.

Кратковременное воздействие охлаждения и интенсивной физической нагрузки оказывало выраженный ингибиторный эффект на общую АОА, снижая ее на 20,6% (рис. 10), приводило к уменьшению концентрации ВГ. Прослеживалась тенденция к уменьшению активности СОД и ГП на фоне повышения активности каталазы в эритроцитах (на 9,3%).

Длительное воздействие холода на фоне тренировки приводило к снижению общей АОА сыворотки крови (на 19%, р<0,001), значительному уменьшению активности СОД (на 55,9%, р<0,001) и уменьшению глутатионпероксидаз-ной активности (на 16,5%, р<0,001) в эритроцитах животных.

Продолжение тренировки на фоне охлаждения сопровождалось значительным падением общей АОА (на 22,9%, р<0,001), угнетением активности ферментных антиоксидантных систем организма: СОД на 31,2% (р<0,01), ГП на 16,5% (р<0,001), снижением концентрации ВГ на 36,8% (р<0,001) и свободных сульфгидрильных групп на 10,8% (р<0,05), что свидетельствует об истощении резервных возможностей АОЗ организма.

Основываясь на собственных данных, а также на имеющихся в литературе сведениях, можно довольно детально представить цепь событий, происходящих на молекулярном уровне при общем охлаждении организма и конкретизировать механизмы, являющиеся пусковыми для развития утомления. Гипе-роксия, возникающая при однократном непродолжительном воздействии холода и мышечной нагрузки (Л.А. Сумбатов, 1985), и стресс-реакция организма, развивающаяся в ответ на низкотемпературное воздействие (Е.В. Майстрах, 1975; Т.В. Василькова, 1988), приводят к активации свободно-радикального

окисления. Компенсаторные изменения АОЗ на данном этапе носят разнонаправленный характер, что говорит о несовершенных адаптационных механизмах, возникающих в ответ на однократное воздействие раздражителей.

90 80

□ интактные ■ контроль □ микрогидрин плюс □ альфа-токоферол

Рис. 10. Изменение АОА сыворотки крови крыс под влиянием антиокси-дантов на различных этапах адаптации к напряженной мышечной деятельности и охлаждению

Увеличение активности ферментативной антиоксидантной системы после 30-ти дней плавания при низкой температуре еще сдерживает чрезмерную активацию процесса липопероксидации, однако АОС уже недостаточно эффективно контролирует свободно-радикальные процессы, что сопровождается некоторым накоплением продуктов ПОЛ. При продолжении физических и холодовых нагрузок к 50-му дню происходит взаимосвязанный срыв АОЗ и максимальная активация процессов липопереокисления. Таким образом, чрезмерная интенсификация ПОЛ приводит к накоплению токсичных продуктов липидной пероксидации, истощению собственных антиоксидантных систем и является важным звеном в патогенезе утомления и снижения работоспособности.

Полученные нами результаты подчеркивают, что изменения липидной пероксидации и АОЗ при сочетанном влиянии холодовых и мышечных нагрузок носят фазный характер и зависят от продолжительности воздействия данных факторов на организм.

Проведенная на этапе срочной адаптации к физической нагрузке и охлаждению коррекция биологически активными препаратами показала, что микрогидрин плюс способствует усилению общей АОА сыворотки крови на 13,4% (р<0,001), повышает активность СОД на 161% (р<0,001) и глутатионперокси-дазную активность на 1,2% (р<0,05). Альфа-токоферол также препятствовал вызванному низкой температурой и предельной мышечной нагрузкой падению общей АОА, повышая ее на 5,5% (р<0,05), повышал активность СОД на 102% (р<0,001).

Регулярное применение микрогидрина и альфа-токоферола на протяжении 30-дневного этапа тренировки предотвращает накопление продуктов ли-пидной пероксидации и истощение антиокислительных резервов организма и тем самым препятствовало снижению таких физических показателей, как работоспособность, выносливость и устойчивость к утомлению. Антиоксидантная активность микрогидрина плюс была выражена в большей степени по сравнению с альфа-токоферолом.

Активирующий эффект использованных нами препаратов на ферментативное звено АОЗ наиболее четко прослеживался после 50-ти дней физических и холодовых нагрузок, причем микрогидрин плюс в большей степени усиливал активность СОД и каталазы, в то время как альфа-токоферол - ГП.

Суммируя полученные нами результаты, следует отметить, что предварительное введение микрогидрина плюс и альфа-токоферола перед однократной максимальной физической нагрузкой и охлаждением, как и регулярное их применение на протяжении всего тренировочного цикла способствует эффективной нейтрализации свободных радикалов, обеспечивая лучшую сохранность фонда эндогенных антиоксидантов, предотвращает чрезмерную активацию ПОЛ, защищает мембраны клеток от воздействия свободных радикалов и продуктов их метаболизма. Применение названных препаратов можно рассматривать как один из подходов к повышению физической работоспособности организма и устойчивости к утомлению в условиях общего охлаждения.

У экспериментальных животных были идентифицированы 10 координат (показатели системы ПОЛ-АОЗ). Эти координаты вектора в данный момент определяют одну точку в десятимерном фазовом пространстве, т.е. всего использовалось 10 диагностических признаков и размерность фазового пространства ш была равна 10. Все данные показатели рассчитывались на ЭВМ. Определялись все интервалы изменения ДХ по десяти координатам, показатели асимметрии гХ по каждой координате и по всем в общем, а также рассчитывался общий объем параллелепипеда (General V value), ограничивающий квазиаттракторы движения ВСОЖ. В результате использования программы, была получена таблица 1, представляющая показатели общей асимметрии гХ для всех координат и весь объем параллелепипеда V.

Из полученной таблицы можно увидеть, что общий объем параллелепипеда ограничивающего квазиаттрактор поведения ВСОЖ в условиях нормотер-мии на этапе срочной адаптации равен 1,61*1015. Это превышает таковой на этапе длительной адаптации (2,93*1013) и дезадаптации (V= 3,89*1012). Это говорит о том, что наибольший разброс в показателях объема достигается при срочной адаптации.

Из таблицы 1 видно, что на этапах срочной адаптации и дезадаптации в условиях нормотермии, общий показатель асимметрии (гХ) в группе получавшей микрогидрин плюс ниже такового показателя в группе получавшей альфа-токоферол, что может характеризовать менее выраженную меру хаотичности в динамике поведения ВСОЖ при приеме препарата микрогидрин плюс.

Таблица 1

Значения показателя асимметрии (гХ) параметров системы ПОЛ-АОЗ и параметры суммарных размеров квазиатгракторов фазового пространства состояний ВСОЖ (V) на различных этапах адаптации при нормо- и гипотермии

Срочная адаптация Длительная адаптация на 30-й день Длительная адаптация на 50-й день

Нормотермия

гХ V гХ V гХ V

Интактные 202,18 7,76*1012 202,18 7,76*1012 202,18 7,76*1012

Контроль 667,99 4,05*1016 171,49 1,13*1015 59,95 3,29*1016

Микрогидрин плюс 18,47 1,61*1015 33,70 2,93*1013 34,20 3,89*1012

Альфа-токоферол 171,22 6,32*1015 19,37 1,29*1013 55,58 1,91*1012

Гипотермия

гХ V гХ V гХ V

Интактные 202,18 7,76*1012 202,18 7,76*1012 202,18 7,76*1012

Контроль 226,78 2,74*1014 27,70 1,95*1016 42,91 1,09*1016

Микрогидрин плюс 114,80 3,60*1015 42,35 8,88*1014 194,85 9,05*1014

Альфа-токоферол 59,70 7,81*10и 134,60 1,06*1016 67,94 7,50*1013

гХ - расстояние между стохастическим и хаотическим центрами; V - объем квазиаттрактора в фазовом пространстве.

В тоже время на этапе длительной адаптации общий показатель асимметрии в группе получавшей микрогидрин плюс (33,70) превышает таковой показатель в группе получавшей альфа-токоферол (19,37), что может характеризовать ярко выраженную хаотичность в динамике поведения ВСОЖ при приеме микрогидрина плюс. Из таблицы 1 видно, что наибольшая мера хаотичности в динамике поведения ВСОЖ наблюдается в период срочной адаптации при приеме микрогидрина плюс (1,61*1015) и альфа-токоферола (6,32*1015) в условиях нормотермии. При приеме микрогидрина плюс и альфа-токоферола в условиях нормотермии и длительной адаптации на 50-й день наблюдается уменьшение объемов квазиаттракторов, что можно трактовать как благоприятное действие этих двух препаратов. Состояние биохимических показателей в этих группах приблизилось к параметрам интактных животных.

Общий объем параллелепипеда ограничивающего квазиатграктор поведения ВСОЖ в условиях гипотермии, изменяется аналогично поведению ВСОЖ в условиях нормотермии. На этапе срочной адаптации V равен 3,60*1015, что превышает таковой на этапе длительной адаптации (8,88*1014) и дезадаптации (9,05*1014). Это говорит о том, что наибольший разброс в показателях объема достигается при срочной адаптации, а спустя 30 дней и 50 дней,

18

ВСОЖ всей группы начинает приближаться к параметрам интактных животных (7,76*1012) и удаляется от параметров ВСОЖ контрольных животных (1,95*1016) и (1,09*1016), соответственно.

В условиях гипотермии на этапах срочной адаптации и длительной адаптации на 50-й день общий показатель асимметрии в группе получавшей микро-гидрин плюс превышает таковой показатель в группе получавшей альфа-токоферол, что в свою очередь может характеризовать ярко выраженную меру хаотичности в поведении ВСОЖ на фоне приема препарата микрогидрин плюс. В свою очередь на этапе длительной адаптации на 30-й день общий показатель асимметрии в группе получавшей микрогидрин плюс (42,35) ниже такового показателя в группе получавшей альфа-токоферол (134,60), что может характеризовать менее выраженную хаотичность в динамике поведения ВСОЖ при приеме микрогидрина плюс.

При гипотермии наибольшая мера хаотичности в динамике поведения ВСОЖ при приеме микрогидрина плюс наблюдается на этапе дезадаптации, а наименьшая на этапе длительной адаптации.

На всех этапах адаптации общий показатель асимметрии демонстрирует выраженную хаотичность в поведении ВСОЖ на фоне приема микрогидрина плюс в условиях гипотермии, в группе получавшей микрогидрин плюс при нормотермии общий (18,47; 33,70; 34,20), он ниже такового при гипотермии (114,80; 42,35; 194,85).

Существенно, что хаотичная динамика поведения ВСОЖ, описывающего систему ПОЛ-АОЗ определяется влиянием внешних факторов среды. Применение микрогидрина плюс наиболее оптимально в условиях нормотермии, но и в условиях гипотермии на этапе длительной адаптации применение микрогидрина плюс оправдано и способствует нормализации показателей системы ПОЛ-АОЗ.

ВЫВОДЫ

1. Предварительное введение микрогидрина плюс перед физической нагрузкой, как и регулярное применение на протяжении всего тренировочного цикла, приводит к увеличению работоспособности экспериментальных животных на 13,9% и 623,3% соответственно и отодвигает наступление утомления.

2. Микрогидрин плюс в большей степени, чем альфа-токоферол, предотвращает активацию процессов перекисного окисления липидов под действием интенсивных физических нагрузок и повышает активность компонентов анти-оксидантной системы.

3. Регулярное применение микрогидрина плюс способствует повышению работоспособности, на этапе срочной адаптации на 54,8% и на протяжении всего тренировочного цикла на 189,5%, и ускорению процессов восстановления мышечной активности после напряженных физических нагрузок при низкой температуре окружающей среды.

4. Однократная субмаксимальная физическая нагрузка, выполняемая в условиях иммерсионного охлаждения, приводит к активному накоплению продуктов липидной пероксидации на фоне значительных нарушений антиокси-дантной защиты организма. Длительное воздействие низких температур и ин-

тенсивной мышечной работы сопровождается умеренной активацией ПОЛ и компонентов ферментативной антиоксидантной системы. При продолжении физических и холодовых нагрузок происходит взаимосвязанный срыв антиоксидантной защиты и усиление интенсивности перекисных процессов.

5. Введение микрогидрина плюс перед однократной субмаксимальной физической нагрузкой и охлаждением, а также регулярное его применение на протяжении всего этапа тренировки оказывает стабилизирующее действие на показатели процессов перекисного окисления липидов и активность компонентов антиоксидантной системы, выраженное в большей степени по сравнению с альфа-токоферолом.

6. Параметры квазиаттракторов в группах получавших микрогидрин плюс и альфа-токоферол в сравнении с контрольной группой проявляют выраженную динамику на уменьшение объемов квазиаттракторов на 30-й и 50-й дни длительной адаптации, приближая их к значениям животных интактной группы. На всех этапах адаптации общий показатель асимметрии демонстрирует выраженную хаотичность в поведении ВСОЖ на фоне приема микрогидрина плюс в условиях гипотермии, в группе получавшей микрогидрин плюс при нормотермии общий (18,47; 33,70; 34,20), он ниже такового при гипотермии (114,80; 42,35; 194,85).

Список работ, опубликованных по теме диссертации

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Баранов А.Н., Зуевский В.П. Влияние антиоксидантов на динамику работоспособности животных в условиях эксперимента // Медицинская наука и образование Урала. - 2009. - №2. - С.52-54.

Публикации в прочих журналах и научных сборниках:

1. Золотухина B.C., Рудницкий А.П., Баранов А.Н. и др. Влияние антиоксидантов на изменение показателей перекисного окисления липидов и антиоксидантной системы при физической нагрузке // Материалы VI Открытой окр. конф. молодых ученых «Наука и инновации XXI века», Сургут, гос. ун-т. -Сургут: изд-во СурГУ, 2006. - С. 160-161.

2. Золотухина B.C., Рудницкий А.П., Баранов А.Н. Экспериментальное исследование ферментных антиоксидантных систем при адаптации к длительному воздействию холода и интенсивной физической нагрузки на фоне приема антиоксидантов // Материалы VII Окружной конференции молодых ученых «Наука и инновации XXI века», Сургут. Гос. ун-т. - Сургут : изд-во СурГУ,

. 2007.-С. 142-143.

3. Баранов, А.Н. Изменение показателей перекисного окисления липидов и антиоксидантной системы при физической нагрузке, выполнявшейся при низкой температуре окружающей среды, под влиянием антиоксидантов // Сборник докладов XI Региональной конференции молодых ученых, специалистов и студентов «Актуальные проблемы теоретической, эксперименталь-

ной и клинической медицины», Ханты-Мансийский гос. мед. Институт -Ханты-Мансийск : изд-во Х.-Мансийский гос. мед. институт, 2009. - С. 2931.

4. Баранов А.Н., Баранов Н.П. Влияние антиоксидантов на показатели пере-кисного окисления липидов при физической нагрузке, выполнявшейся при низкой температуре окружающей среды, под влиянием антиоксидантов // Материалы Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 60-летию физкультурного образования Тюменской области «Стратегия формирования здорового образа жизни населения: опыт, перспективы развития», Институт физической культуры Тюменского гос. ун-та - Тюмень: изд-во «Вектор Бук», 2009. - С. 185-187.

5. Баранов А.Н., Баранов Н.П. Изменение показателей антиоксидантной системы при физической нагрузке, выполнявшейся при низкой температуре окружающей среды, под влиянием антиоксидантов // Материалы Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 60-летию физкультурного образования Тюменской области «Стратегия формирования здорового образа жизни населения: опыт, перспективы развития», Институт физической культуры Тюменского гос. ун-та - Тюмень : изд-во «Вектор Бук»,

2009.-С. 188-190.

6. Баранов А.Н., Баранов Н.П., Зуевский В.П. Целесообразность использования антиоксидантных препаратов в регуляции системы перекисного окисления липидов и антиоксидантной защиты при воздействии физических нагрузок и холода на этапе длительной адаптации // Экологический вестник Югории. -

2010. - №2. - С.13-17.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АОА - антиокислительная активность

АОЗ - антиоксидантная защита

АОС - антиоксидантная система

ВГ - восстановленный глутатион

ВСОЖ - вектор состояния организма животного

ГП - глутатионпероксидаза

ДК - диеновые конъюгаты

МДА - малоновый диальдегид

ПОЛ - перекисное окисление липидов

СОД - супероксиддисмутаза

ШО - шиффовые основания

ВГ - восстановленный глутатион

SH-группы - сульфгидрильные группы

Для заметок

Формат 60x84/16. Объем 0,97 уч.-изд.л. Тираж 80 экз. Заказ №612. Отпечатано на ризографе в полиграфическом отделе СурГУ, 628400, г. Сургут, ул. Лермонтова, 5.