Роль пептидергической системы в адаптационных процессах и регуляции метаболизма при физической работе

Соловьев, Владимир Борисович

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Роль пептидергической системы в адаптационных процессах и регуляции метаболизма при физической работе
ВАК РФ 03.01.04, Биохимия

Автореферат диссертации по теме "Роль пептидергической системы в адаптационных процессах и регуляции метаболизма при физической работе"

На правах рукописи

Соловьев Владимир Борисович

РОЛЬ ПЕПТИДЕРГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ В АДАПТАЦИОННЫХ ПРОЦЕССАХ И РЕГУЛЯЦИИ МЕТАБОЛИЗМА ПРИ ФИЗИЧЕСКОЙ РАБОТЕ

03.01.04 - Биохимия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени доктора биологических наук

- 7 ИЮЛ 2011

МОСКВА 2011

4851420

Работа выполнена на кафедре биохимии Пензенского государственного педагогического университета имени В. Г. Белинского

Научный консультант - доктор биологических наук, профессор М. Т. Генгин

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Коничев Александр Сергеевич, Московский государственный областной университет

доктор биологических наук, профессор Гуляева Наталия Валерьевна, Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН

доктор биологических наук, в.н.с., Стволинский Сергей Лейбович, Научный центр неврологии РАМН

Ведущая организация Российский государственный

медицинский университет

Защита состоится "21" октября 2011 года в 14-00 на заседании диссертационного совета Д 212.203.13 при Российском университете Дружбы народов по адресу: 117198, г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, 8.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского университета Дружбы народов по адресу: 117198, г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6.

Автореферат разослан "23" июня 2011 года.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор биологических наук, /

профессор ^¿/хЛукашева Е. В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. В функциональной биохимии и биохимии спорта огромное внимание уделяется поиску тех ключевых факторов регуляции метаболизма, воздействие на которые позволит значительно улучшить спортивный результат и облегчить переносимость интенсивной физической работы организмом. Наиболее перспективной мишенью для подобного воздействия является пептидергическая система, поскольку регуляторные пептиды играют важнейшую роль во всех физиологических процессах, участвуют в модуляции функций практически всех регуляторных систем [Гейн, 2007; Fricker, 2007; Ашмарин, 2006; Гомазков, 2007].

Результаты исследований последних лет свидетельствуют о выраженном влиянии физической активности на уровни отдельных регуляторных пептидов, однако имеется большое количество работ, свидетельствующих о разнонаправленных изменениях в концентрации индивидуальных исследуемых пептидов при сходных воздействиях, что связано, по-видимому, с различными моделями и схемами экспериментов [Bruchas, 2008; Esbjörnsson, 2009; Kanarek, 2009; Ying, 2008]. Кроме того, существенным недостатком существующих работ является отсутствие комплексного анализа иерархически взаимосвязанных компонентов пептидергической системы. Выраженные полифункциональные свойства пептидов также являются причиной однонаправленных изменений уровней индивидуальных нейропептидов при разных функциональных состояниях, что затрудняет определение биологической роли отдельных звеньев пептидергической системы.

Также ограничением возможности оценить вклад пептидергической системы в адаптационных процессах при физической работе является практически полное отсутствие данных, характеризующих отличия в её функционировании у высокотренированных спортсменов, а именно эти отличия могут охарактеризовать ключевые звенья пептидергической системы, определяющие работоспособность и выносливость организма.

Цель исследования - на основании изучения закономерностей изменения уровня регуляторных пептидов, белковых гормонов, ростовых факторов, активности протеолитических ферментов и концентрации метаболитов у людей и у животных при физической работе в эксперименте, обосновать роль пептидергической системы в регуляторных процессах,

происходящих при физической работе.

В соответствии с поставленной целью был определён комплекс задач:

1. Изучение уровня регуляторных пептидов, белковых гормонов и ростовых факторов, активности ферментов их обмена, содержания метаболитов, показателей кислотно-основного состояния и уровня гормонов в сыворотке крови спортсменов и неспортсменов в состоянии покоя. Полученные данные послужат основой создания базы данных по исследуемым параметрам, которые будут использованы в качестве контрольных, исходных показателей для сравнения с данными, полученными при физической работе;

2. Изучение данных показателей в сыворотке крови здоровых людей и спортсменов высокой квалификации при физической работе;

3. Определение активности ферментов обмена регуляторных пептидов в отделах мозга и надпочечниках крыс в норме и при физической работе в эксперименте;

4. Экспериментальное обоснование возможности увеличения физической работоспособности путём коррекции функционирования пептидергической системы на примере препаратов семакс и селанк.

Научная новизна

Разработана принципиально новая модель участия пептидергической системы в регуляторных процессах при физической работе. Впервые продемонстрированы существенные различия в функциональном состоянии пептидергической системы у спортсменов и людей, не занимающихся спортом в состоянии покоя и при физической работе. Предложены механизмы адаптационных изменений в функционировании пептидергической системы при систематических физических нагрузках. Получены новые данные о механизмах регуляции активности нелизосомальных пептидгидролаз нервной ткани при физической работе и при действии пептидов семакс и селанк. Впервые обнаружено, что один из механизмов биологического действия новых пептидных препаратов семакс и селанк опосредован их влиянием на активность ферментов процессинга регуляторных пептидов. Впервые продемонстрировано, что введение семакса и селанка увеличивает физическую работоспособность у животных в эксперименте.

Практическая значимость

Практическую значимость имеет разработанный метод диагностики функционального состояния и уровня тренированности спортсменов высокой

квалификации, основанный на комплексном анализе изменений, наблюдаемых в пептидергической системе при лабораторном моделировании физической работы. Метод внедрён в процесс подготовки спортсменов школы высшего спортивного мастерства и училища олимпийского резерва (Пенза). Полученные сведения об уровне регуляторных пептидов и активности протеолитических ферментов нервной ткани, механизмах регуляции их активности при физической работе включены в программу спецкурсов «Нейрохимия», «Энзимология», «Современные методы в биохимии» и специального практикума по биохимии для студентов по специальностей «Биохимия» в Пензенском госпедуниверситете. Практический интерес представляют также данные о стимулирующем влиянии семакса и селанка на физическую работоспособность животных в эксперименте, что даёт основание рекомендовать использование этих препаратов для увеличения работоспособности человека в экстремальных ситуациях.

Положения, выносимые на защиту:

• физическая работа активизирует функционирование пептидергической системы, что выражается в повышении уровня подавляющего большинства нейропептидов в сыворотке крови после физической активности, повышения активности ферментов обмена регуляторных пептидов в сыворотке крови человека и нервной ткани крыс;

• пептидергическая система спортсменов высокой квалификации в состоянии покоя функционирует более активно, чем у неспортсменов, что выражается в существенных различиях в активности пептидгидролаз, уровне большинства регуляторных пептидов и контролируемых ими показателях;

• физическая работа вызывает менее выраженные изменения в уровне регуляторных пептидов и активности ферментов их обмена у спортсменов, чем у людей, не занимающихся спортом, при более выраженных сдвигах в содержании метаболитов и показателях КОС, что свидетельствует о высокой адаптационной значимости различий в функционировании пептидергической системы у этих исследуемых групп в состоянии покоя;

• биохимические изменения, вызываемые физической нагрузкой, существенно отличаются от процессов, характерных для стресс-реакции, что выражается в отличиях в уровне ростовых факторов, половых и тиреоидных гормонов при стрессе и при физической работе;

• один из механизмов стимулирующего действия пептидных препаратов семакс и селанк связан с активацией пептидергической системы, в частности,

с повышением активности ферментов протеолитического процессинга пропептидов.

Апробация работы

Материалы диссертации были представлены на 12 Международных и Всероссийских конференциях и съездах.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 58 научных работ, из них 12 в ведущих рецензируемых журналах из перечня ВАК РФ.

Структура и объём работы

Диссертация изложена на 246 страницах машинописного текста, состоит из введения, пяти глав, выводов, включает 4 таблицы, 25 рисунков и библиографический список, содержащий 837 наименований на русском и иностранных языках.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Общая схема исследования

Уровень регуляторных пептидов, белковых гормонов и ростовых факторов, активность ПДА, ЛКП, ЛАП, содержание гормонов, метаболитов и показатели КОС определялись в венозной крови и сыворотке крови спортсменов ГОУ ДОД Школа высшего спортивного мастерства г. Пензы, специализации лёгкая атлетика - средний бег и триатлон, квалификации мастера спорта и мастера спорта международного класса, без заболеваний, связанных с нарушением обмена веществ в возрасте 18-28 лет (п=18) и людей, не подвергающихся систематическим физическим нагрузкам -студентов и аспирантов вузов г. Пензы в возрасте 18-28 лет (п=18). Каждую группу делилась на две подгруппы - интактную и экспериментальную, выполняющую физическую работу.

Активность КПЕ и ФМСФ-КП определяли в нервной системе белых беспородных крыс, разделённых на следующие группы:

1. Интактные (п=7).

2.1 экспериментальная группа (п=7), выполнявшая физическую работу.

3. I контрольная группа - интраназальное введение дистиллированной воды, после чего крысы были разделены на подгруппы:

а) животные, подвергнутые декапитации через 0,5 (п=7), 4 (п=7) и 24 ч (п=7) после инстилляции;

б) крысы, выполнявшие физическую работу через 0,5 (п=7), 4 (п=7) и 24 ч (п=7) после инстилляции.

4. II экспериментальная группа - интраназальное введение семакса, после чего крысы были разделены на подгруппы:

а) животные, подвергнутые декапитации через 0,5 (п=7), 4 (п=7) и 24 ч (п=7) после инсталляции;

б) крысы, выполнявшие физическую работу через 0,5 (п=7), 4 (п=7) и 24 ч (п=7) после инсталляции.

5. III экспериментальная группа - интраназальное введение селанка, после чего крысы были разделены на подгруппы:

а) животные, подвергнутые декапитации через 0,5 (п=7), 4 (п=7) и 24 ч (п=7) после инсталляции;

б) крысы, выполнявшие физическую работу через 0,5 (п=7), 4 (п=7) и 24 ч (п=7) после инстилляции.

Методы

Физическую работу для экспериментальных подгрупп спортсменов и людей, не подвергающихся систематическим физическим нагрузкам, создавали с помощью программируемого тредбана, начиная со скорости 3,5 м/с, повышая каждые две минуты на 0,5 м/с до скорости, характеризующейся подъёмом пульса до 180 уд/мин, на которой испытуемый бежал до состояния полного утомления.

Физическая работа у крыс создавалась с использованием модели острой физической нагрузки [Краснова, 1977]. Животные плавали в аквариуме с грузом 20 % от массы тела, прикреплённым к основанию хвоста. Время физической работы ограничивалось моментом полного погружения животного под воду.

Семакс и селанк вводили интраназально в виде 1 % раствора в дозе 300 мкг/кг. Вводимый объём был равен 6 мкл. Контрольной группе животных вводили равное количество дистиллированной воды. Декапитацию осуществляли через 0,5, 4, и 24 после введения для изучения активности ферментов обмена регуляторных пептидов.

Концентрацию лактата определяли с помощью ферментного электрода с иммобилизованной лактатдегидрогеназой, глюкозу с помощью глюкозооксидазы [Geir, 2005].

Активность КПЕ определяли флюориметрически по гидролизу раствора дансил-фен-ала-арг при рН 5,6, в качестве ингибитора использовали GEMSA [Fricker, 1982]. Активность ФМСФ-КП определяли флюориметрически [Генгин, 2002] по гидролизу дансил-фен-лей-арг при рН 5,6, в качестве ингибитора использовали ФМСФ. Активность ЛКП

определяли фотометрически [Lee, 1966] по гидролизу карбоксибензоил-Gly-Arg при рН 7,6, в качестве ингибитора использовали ГЭМЯК. Активность ПДА определяли фотометрически по отщеплению Gly-Arg от карбоксибензоил-Gly-Gly-Arg при рН=8,2, с использованием каптоприла в качестве ингибитора [Hurst, 1981]. Активность ЛАП определяли флюориметрически по гидролизу лей-р-нафтиламина при рН 7,4, в качестве ингибитора использовали пуромицин.

Содержание люлиберина, АКТГ, ЛГ, ФСГ, пролактина, СГТ, ТТГ, инсулина, глюкагона, лептина, вещества Р, IGF-1, TGF la, TGF-ip, Т 3, Т 4, кортизола, кортикостерона, тестостерона и адреналина осуществлялось различными вариантами иммуноферментного анализа с использованием готовых наборов, изготовленных на заказ фирмой DRG International (Германия).

Концентрацию белка в гомогенатах отделов нервной системы крыс и в сыворотке крови человека определяли по Лоури [Lowry, 1951].

Проверка принадлежности распределения признаков к нормальному распределению производилась по критерию хи-квадрат. Достоверность отличий между средними определяли с использованием t-критерия Стьюдента и дисперсионного анализа [Лакин, 1990].

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В покое уровни инсулина, глюкагона и лептина в крови спортсменов были выше, чем у неспортсменов приблизительно на 30 % (рис. 1). При физической работе до предела работоспособности уровни инсулина и глюкагона у спортсменов поднимались на 70 и 100 % соответственно по сравнениию с исходным, уровень лептина не изменялся, в то время как у неспортсменов происходило увеличение только уровня глюкагона на 110 % по сравнению с исходным. Данный факт позволяет объяснить наблюдаемые нами и описанные в литературе изменения в концентрации глюкозы и лактата при физической работе. Повышение содержания глюкозы в крови людей, не занимающихся спортом, отражает, по-видимому, процессы мобилизации глюкозы из гликогена печени и выход её в кровь (рис. 2). Однако возрастающий уровень инсулина у спортсменов высокого класса способствует поглощению глюкозы работающими тканями и нормализации уровня глюкозы в крови. Более высокое по сравнению с не спортсменами поглощение глюкозы тканями, в первую очередь мышечной, может

обеспечивать более высокий показатель содержания лактата при максимальной физической нагрузке у спортсменов высокой квалификации.

с 20

V 10

инсулин +++

***

IА

физиол. сост.физич. работа

физиол. сост. физич. работа

Рис. 1. Влияние физической работы на уровень инсулина, глюкагона и лептина в сыворотке крови

спортсменов и людей, не занимающихся спортом.

Здесь и на рис. 2-7: М±т; □ - спортсмены; - неспортсмены;

* - Р < 0,05, ** - Р < 0,01, *** - Р < 0,001 по сравнению с физиологическим

состоянием;

+ - Р < 0,01, ++ - Р < 0,01, +++- Р < 0,001 по сравнению с неспортсменами.

5 6

¡4

глюкоза ***

п г

-LM__

физиол. сост. физич. работа

^20

£15 о

510 2

лактат

+++

***

- *** i

физиол. сост. физич. работа

Рис. 2. Влияние физической работы на концентрацию глюкозы и лактата в крови спортсменов и людей, не занимающихся спортом.

Уровень АКТГ у спортсменов в физиологическом состоянии был выше, чем у контрольной группы в 3,5 раза (рис. 3). После нагрузки уровень АКТГ у неспортсменов повышался в 3 раза по сравнению с исходным, у спортсменов происходило повышение на 85 % по сравнению с исходными данными, что в 2 раза превышало значение контрольной группы на нагрузке. Тот факт, что высокий уровень АКТГ способен стимулировать синтез и секрецию инсулина [ОепиШ, 1965], позволяет предположить, что повышенный уровень адренокортикотропного гормона у спортсменов в физиологическом состоянии и при физической работе связан со стимуляцией

80 60 -

140

20 0

■§30

¡20 г

АКТГ

+++ ***

+++

***

физиол. сост. физич. работа

кортикостерон

+++

т ***

физиол. сост. физич. работа

250 200 щ150 1100 -] 50 0

кортизол

+++ +++ МШ1 -I -***

физиол. сост. физич. работа

адреналин

***

физиол. сост. физич. работа

Рис. 3. Влияние физической работы на уровень адренокортикотропного гормона (АКТГ), кортизола, кортикостерона и адреналина в сыворотке крови спортсменов и людей, не занимающихся спортом.

продукции инсулина, поскольку повышение уровня АКТГ при физической работе не сопровождалось повышением содержания глюкокортикоидов в сыворотке.

Уровень кортизола и кортикостерона в спокойном состоянии у спортсменов был в 2 и 2,5 раза выше, чем у группы здоровых добровольцев (рис. 3). При физической работе у неспортсменов происходило повышение уровня кортизола на 50 %, кортикостерона на 40 % по сравнению с исходным

содержанием, в то время как для спортсменов повышения не наблюдалось. Концентрация адреналина в физиологическом состоянии была одинаковой у обеих исследуемых групп, после физической работы наблюдалось двукратное повышение в сыворотке крови людей, не занимающихся спортом, у спортсменов повышения не происходило.

У спортсменов высокой квалификации не наблюдалось отличий по содержанию люлиберина, ЛГ, ФСГ и пролактина в сыворотке крови от соответствующих показателей нетретренированных людей ни в покое, ни при физической работе (рис. 4). У обеих исследуемых групп уровни этих регуляторных пептидов повышались при нагрузке на одинаковую величину. Таким образом, существенных перестроек в функционировании системы половых тропных гормонов при адаптации к физической работе не происходит.

люлиберин

физиол. сост. физич. работа

ФСГ ** **

физиол. сост. физич. работа

пролактин

физиол. сост. физич. работа

Рис. 4. Влияние физической работы на уровень люлиберина, лютеинизирующего (ЛГ), фолликулостимулирующего (ФСГ) гормонов и пролактина в сыворотке крови спортсменов и людей, не занимающихся спортом.

По-видимому, обеспечение оптимального функционирования репродуктивной системы исключает возможность адаптационных сдвигов в

процессах синтеза и секреции её регуляторных компонентов при систематической физической работе.

Данные изменения существенно отличаются от направленности процессов, наблюдаемых при стрессорных воздействиях, характеризующихся снижением синтеза и секреции половых тропных гормонов и андрогенов [Tsigos, 2002; Hackney, 2006; Leal-Cerro, 2003]. Несмотря на сходства со стресс-реакцией в процессах активизации секреции АКТГ, глюкокортикоидов и опиоидных пептидов, обладающих способностью тормозить образование половых гормонов на уровне гипофиза и гонад [Tsigos, 2002; Hackney, 2006; Leal-Cerro, 2003], физическая работа, по-видимому, вызывает активацию синтеза ЛГ, ФСГ, пролактина на уровне протеолитического процессинга готовых форм пропептидов секреторных везикул, что является, вероятно, единственным способом поддержания высокого уровня образования гонадотропинов и половых стероидов при высоких концентрациях гормонов стресса.

В состоянии покоя уровень IGF-1 и TGF-a у спортсменов высокой квалификации был выше, чем у неспортсменов на 30 % и 45 % соответственно (рис. 5).

Рис. 5. Влияние физической работы на уровень инсулиподобного фактора роста (ЮР-1) и трансформирующего фактора роста а (ТвР-а) в сыворотке крови спортсменов и людей, не занимающихся спортом.

Физическая работа вызывала более выраженное повышение уровня ТСР-а у неспортсменов (на 110 %), чем у спортсменов, уровень ТвР-а которых увеличивался примерно на 60 %. У обеих экспериментальных групп физическая работа вызывала повышение уровня ЮР-1 примерно на 40 %. Таким образом, плазматический уровень ростовых факторов у спортсменов высокой квалификации выше, чем у группы здоровых добровольцев и в

состоянии покоя и при физической работе, что свидетельствует о вовлечении данных пептидов в восстановительные и цитопротекгорные реакции, способствующие адаптации организма к высокой физической активности.

Содержание вещества Р в сыворотке крови спортсменов в покое было на 600 % выше, чем у неспортсменов (рис. 6). При физической работе у спортсменов не наблюдалось изменений в его концентрации, в то время как у неспортсменов происходило повышение уровня вещества Р на 60 %.

вещество Р

физиол. сост. физич. работа

Рис. 6. Влияние физической работы на уровень вещества Р в сыворотке крови спортсменов и людей, не занимающихся спортом.

Таким образом, результаты нашего исследования показывают выраженные отличия в уровне многих регуляторных пептидов между группами спортсменов и неспортсменов. Для определения возможных молекулярных механизмов данного явления нами была исследована активность ферментов обмена регуляторных пептидов у экспериментальных подгрупп.

Активность ПДА, ЛКП и ЛАП у спортсменов в физиологическом состоянии была выше, чем у людей, не занимающихся спортом (рис. 7).

После физической работы у спортсменов не наблюдалось изменений в активности исследуемых ферментов, в то время как у неспортсменов происходило повышение активности данных пептидгидролаз. Данные результаты свидетельствуют, что активация ферментов биосинтеза и модификации регуляторных пептидов, таким образом, является одним из наиболее важных механизмов, лежащих в основе адаптационных процессов при физической работе. Существенное повышение активности пептидгидролаз сыворотки крови при физической нагрузке у здоровых добровольцев, а также отличия в активности ферментов у спортсменов и неспортсменов в состоянии покоя показывают участие данных пептидгидролаз в регуляции уровня регуляторных пептидов, ростовых факторов и гормональных белков при физической работе и адаптационных

перестройках функционирования пептидергической системы, что подтверждается наличием положительных корреляционных взаимосвязей между активностью ПДА, ЛКП и ЛАП и уровнем регуляторных пептидов в сыворотке крови спортсменов в физиологическом состоянии, что отображено на схеме (рис. 8).

е 8 s

г б

о 14 >Ъ 2

ПДА

физиол. сост. физич. работа

Рис. 7. Влияние физической работы на активность пептидил-дипептидазы А (ПДА), лизин-карбоксипептидазы (ЛКП) и лейциламинопептидазы (ЛАП) в сыворотке крови спортсменов и людей, не занимающихся спортом.

Интересно отметить тот факт, что положительная корреляция наблюдается между активностью пептидгидролаз и концентрациями только тех пептидов, уровень которых в сыворотке крови спортсменов в состоянии покоя выше, чем у здоровых добровольцев. Положительная корреляция между активностью ПДА и ЛКП, активностью ПДА и ЛАП и отрицательная корреляционная взаимосвязь между активностью ЛКП и ЛАП, а также анализ субстратной специфичности ферментов и возможной роли в обмене регуляторных пептидов позволяют предположить, что ЛКП участвует преимущественно в модификации активных форм лептина, IGF, TGF и вещества Р, ЛАП инактивирует высокие уровни инсулина, глюкагона, лептина, IGF-l, TGF-a и вещества Р, а ПДА участвует как в модификации, так и в инактивации активных форм данных пептидов.

инсулин,

глюкагон,

лептин,

ГСГ-1,

ТвР-а,

вещество Р

лептин КЯМ, ТвГ-а, вещество Р

ПДА

инсулин,

глюкагон,

лептин,

ГСЕ-1,

ТвГ-а,

вещество Р

Рис. 8. Корреляционные связи между активностями ферментов и уровнем регуляторных пептидов в сыворотке крови спортсменов в физиологическом состоянии. Здесь: - положительная корреляция, - отрицательная корреляция.

Тем не менее по причине локализации синтеза большинства исследованных пептидов преимущественно в отделах головного мозга, для более полного выяснения механизмов адаптивного увеличения уровней регуляторных пептидов при физической работе, необходимо исследование активности пептидгидролаз в нервной системе при физической работе.

Результаты нашего исследования показывают, что физическая работа вызывала выраженное повышение активности карбоксипептидазы Е во всех

исследованных отделах головного мозга и надпочечниках крыс (рис. 9).

Рис. 9. Влияние физической работы на активность карбоксипептидазы Е в отделах нервной системы крыс (M±s.e.m; * - Р < 0,05, ** - Р < 0,01, *** - Р < 0,001 по сравнению с интактными животными). Здесь: Г - гипофиз, Гт - гипоталамус, Ст - стриатум, M - мозжечок, H -надпочечники.

Результаты влияния физической работы на активность ФМСФ-ингибируемой карбоксипептидазы в надпочечниках крыс - отделе нервной системы, характеризующемся наиболее высоким содержанием данного фермента, представлены на рис. 10.

Рис. 10. Влияние физической работы на активность

фенилметилсульфонилфторид-ингиби-руемой карбоксипептидазы в надпочечниках крыс. (M±s.e.m; *** _ р < 0,001 по сравнению с интактными животными).

Отмечено выраженное повышение активности ФМСФ-КП на 90 % по сравнению с интактными животными. Таким образом, физическая работа вызывала выраженное увеличение активности исследованных карбоксипептидаз во всех отделах нервной системы, характеризующихся высоким содержанием регуляторных пептидов.

Таким образом, повышение активности карбоксипептидаз во всех отделах нервной системы при физической работе может являться механизмом, обеспечивающим образование высоких концентраций регуляторных факторов пептидной природы.

Полученные результаты дают основания рассматривать основные карбоксипептидазы как важнейшее звено в системе приспособительных перестроек функционирования регуляторных систем организма при физической работе, характеризующиеся выраженной активацией системы регуляторных пептидов, участвующих в широком диапазоне адаптационных процессов. Представления о роли информационных пептидных молекул в процессах биорегуляции при физической работе предполагают возможность использования синтетических пептидов семакс и селанк для повышения адаптационных возможностей организма при нагрузках. Поскольку к настоящему времени подобных исследований не проводили, а также до конца не выяснены молекулярные механизмы действия данных препаратов, нами была исследована роль основных карбоксипептидаз в их физиологических эффектах и апробирована возможность использования семакса и селанка для увеличения физической работоспособности.

Инстилляция семакса вызывала повышение активности КПЕ относительно контроля в гипофизе, гипоталамусе, стриатуме и надпочечниках (рис. 11). В надпочечниках было отмечено также повышение активности ФМСФ-КП после введения семакса (рис. 12).

К настоящему времени имеется большое количество работ, свидетельствующих о подавлении функционирования системы регуляторных пептидов при патологических состояниях и интоксикациях фармакологическими агентами. Таким образом, активизация пептидергической системы через значительное повышение активности КПЕ и ФМСФ-КП, ферментов, от активности которых зависит уровень биологически активных форм широкого спектра регуляторных пептидов, может опосредовать положительные фармакологические эффекты препарата семакс.

г о

гипофиз

норма 0,5 ч 4 ч 24 ч

стриатум

норма 0,5 ч 4 ч 24 ч

гипоталамус

норма 0,5 ч 4 ч 24 ч

я 0,5

;о,25

надпочечники

норма 0,5 ч 4 ч 24 ч

Рис 11. Влияние семакса на активность карбоксипептидазы Е в отделах мозга и надпочечниках крыс (нмоль продукта, образовавшегося за 1 минуту инкубации на 1 мг белка, М+ш, п=7). Здесь и на рис. 12: Ш - интактная группа, □ - контроль, Е1 -семакс 300 мкг/кг. * - р < 0,05, ** - р < 0,01, *** -р < 0,001 относительно контроля, + - р < 0,05, ++ - р < 0,01, +++ - р < 0,001

Рис. 12. Влияние семакса на активность фенилметилсульфонил-фторид-ингибируемой карбоксипепти-дазы в

надпочечниках крыс (нмоль продукта, образовавшегося за 1 минуту инкубации на 1 мг белка, М+т, п=7).

Введение селанка вызывало существенное снижение активности КПЕ по сравнению с контрольной группой в гипофизе и гипоталамусе на протяжении всего времени исследования (рис. 13).

относительно интактной группы.

норма 0,5 ч 4 ч 24 ч

■о л

I I I

1 0 — х о ■

_норма 0,5 ч 4 ч 24 ч _норма 0,5 ч 4 ч 24 ч

Рис 13. Влияние селанка на активность карбоксипептидазы Е в отделах мозга и надпочечниках крыс (нмоль продукта, образовавшегося за 1 минуту инкубации на 1 мг белка, М±ш, п=7). Здесь и на рис. 14: Ш - интактная группа, □ - контроль, О - селанк 300 мкг/кг. * - р < 0,05, ** - р < 0,01, *** -р < 0,001 относительно контроля, + - р < 0,05, ++ - р < 0,01, +++ - р < 0,001 относительно интактной группы.

В стриатуме и надпочечниках активность КПЕ существенно повышалась после инстилляции препарата. В надпочечниках было отмечено также повышение активности ФМСФ-КП после введения селанка (рис. 14).

Полученные результаты свидетельствуют о стресс-протективном действии селанка путём ингибирования гипоталамо-гипофизарной системы и уменьшения секреции и образования стресс-пептидов при его введении. Стриатум и надпочечники являются отделами, в которых синтезируется большое количество нейропептидов, обладающие выраженным стресс-протективным действием. Таким образом, повышение активности ферментов процессинга этих пептидов также может опосредовать анксиолитический и стресс-протективный эффект селанка.

01 ю

5 2

I 1

гипофиз

норма 0,5 ч 4 ч 24 ч

стриатум

;о,5

норма 0,5 ч 4 ч 24 ч

гипоталамус

+ +

норма 0,5 ч 4 ч 24 ч

га 0,5

0,25

надпочечники

норма 0,5 ч 4 ч 24 ч

Рис. 14. Влияние селанка на активность фенилметилсульфонил-фторид-ингибируемой карбоксипепти-дазы в

надпочечниках крыс (нмоль продукта, образовавшегося за 1 минуту инкубации на 1 мг белка, М±ш, п=6-7).

Таким образом, препараты семакс и селанк, высокие дозы которых оказывают выраженный стимулирующий и нейропротективный эффекты [Мясоедов, 1999; ВаэЬкаЮуа, 2001; ЬеуНэкауа, 2004; Середенин, 1995], нейрохимический механизм которых связан с воздействием на ферменты биосинтеза регуляторных пептидов (рис. 13-16), могут оказаться эффективным терапевтическим средством, увеличивающим физическую работоспособность.

Инстилляция семакса увеличивала время удержания крыс с грузом на воде на 45 % через 0,5 ч после введения и на 110 % через 4 ч после инсталляции препарата (рис. 15). Через 24 ч после введения не наблюдалось влияния препарата на физическую работоспособность.

Рис. 15. Влияние семакса и селанка на время удержания крыс с грузом на воде (М±т, п=6-7). Здесь: □ - интактная группа, □ - контроль, И -семакс 300 мкг/кг, ■ - селанк 300 мкг/кг. * - р < 0,05, ** - р < 0,01, *** - р < 0,001 относительно контроля, ++ - р < 0,01 по сравнению с селанком.

Сходный эффект наблюдался при инсталляции селанка - увеличение времени удержания животных на воде на 50 % через 0,5 ч, на 45 % через 4 после введения и отсутствие эффекта через сутки после инстилляции препарата. Таким образом, синтетические пептиды семакс и селанк оказывают выраженное влияние на физическую выносливость, увеличивая время удержания крыс с грузом на воде и могут быть использованы на практике для увеличения физической работоспособности. Однако для более полного представления механизмов влияния пептидов на физическую работоспособность необходим анализ изменений активности ферментов биосинтеза нейропептидов в нервной системе крыс при введении семакса и селанка с последующей физической нагрузкой.

При изучении молекулярных механизмов влияния семакса и селанка на физическую работоспособность было обнаружено, что данные препараты вызывают дополнительную активацию основных карбоксипептидаз при предварительной инстилляции их перед физической работой. Семакс вызывает дополнительную активацию КПЕ в гипофизе, гипоталамусе и мозжечке (рис. 16).

100 80

0.5 ч 4 ч 24 ч

180 160 140 120 -

мозжечок

** т **

0.5 ч 4 ч 24 ч

Рис. 16. Влияние

предварительного введения семакса на активность карбоксипептидазы Е в отделах головного мозга крыс при физической работе (М±ш, п=6-7, в % от контроля, контроль 100 %). Здесь: * - р < 0,05, ** - р < 0,01 относительно контроля.

Селанк вызывал дополнительную активацию КПЕ в гипофизе, стриатуме и надпочечниках, и активировал ФМСФ-КП в надпочечниках при инсталляции препарата перед физической работой (рис. 17-18).

Дополнительная активация ферментов биосинтеза нейропептидов, вызываемая предварительной инстилляцией семакса, в гипоталамусе, гипофизе и мозжечке, отделах, характеризующихся синтезом пептидов, играющих важную роль в адаптации к физической работе, может являться одним из механизмов, опосредующих влияние семакса на физическую работоспособность.

S 280 гипофиз

X о 2 230 **

0 1 О о. ** Т

о о г ь I о X 180 т

130 ■

о- т

ш 80 ■ 1 1 1

0.5 ч 4ч 24 ч

2 230 стриатум

О) S ж*

3 о X § 180 а ** т

& н т

о с о * 130 J

ü Г I

Ш 80 ■ 1

0.5 ч 4ч 24 ч

Рис. 17. Влияние предварительного введения селанка на активность карбоксипептидазы Е в отделах головного мозга крыс при физической работе (М±ш, п=6-7, в % от контроля, контроль 100 %). Здесь и на рис. 18: * - р < 0,05, ** - р < 0,01, *** - р < 0,001 относительно контроля.

280 п

g 230 §

Р" 180 Н

„ 130

80 J

ФМСФ-КП ***

1 ***

1 1

0.5 ч

4ч

24 ч

Рис. 18. Влияние предварительного введения селанка на активность карбоксипептидазы Е (КПЕ) и фенилметилсульфонилфторид-ингибируемой карбоксипептидазы (ФМСФ-КП) в надпочечниках крыс при физической работе (М±ш, п=6-7, в % от контроля, контроль 100 %).

Дополнительная активация пептидергичеекой системы при физической работе через увеличение активности фермента в гипофизе, отделе, продуцирующем большое количество регуляторных пептидов, может обусловливать стимулирующее действие препарата, которое проявляется не только в увеличении физической работоспособности (рис. 17), но и во влиянии пептида на выработку условных рефлексов [Козловская, 2001; Козловский 2002].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты нашего исследования, характеризующие состояние системы регуляторных пептидов и ферментов их обмена при физической работе, а также отличия в состоянии пептидергичеекой системы у спортсменов высокой квалификации и людей, не занимающихся спортом, показывают наличие выраженных закономерностей в её перестройках, адаптирующих к физическим нагрузкам. Приведённые закономерности отличают физическую активность от других стрессирующих воздействий и позволяют раскрыть механизмы регуляторных процессов, лежащих в основе данных различий. Наши результаты позволяют по-новому взглянуть на концепцию физической работы, как особого физиологического состояния, в формировании метаболических особенностей которого существенную роль играет пептидергическая система, которая выступает интегрирующим компонентом, лежащим на перекрестке взаимодействия нервных и гуморальных механизмов регуляции функционирования организма. Активация всех ее элементов, выполняющих регуляторные, стимулирующие и протективные функции, высокий уровень синтеза и секреции ростовых, тиреоидных и половых гормонов существенно отличает регуляцию метаболизма при физической работе от процессов, протекающих при стрессе. Адаптационные перестройки, происходящие в пептидергичеекой системе при систематических физических нагрузках носят комплексный характер и затрагивают все этапы регуляции уровня регуляторных пептидов, начиная с процессов экспрессии генов и заканчивая протеолитической деградацией информационных молекул до свободных аминокислот, однако первостепенная роль в адаптационных процессах, по-видимому, принадлежит ферментам процессинга и модификации биологически активных пептидов.

Физическая нагрузка вызывает существенное увеличение активности основных карбоксипептидаз во всех отделах головного мозга и надпочечниках крыс, что может являться механизмом, обеспечивающим образование высоких концентраций регуляторных факторов пептидной природы, обеспечивающих повышение выживаемости клеток и обладающих стресс-протективными свойствами - энкефалинов, ß-эндорфина, ростовых и нейротрофических факторов. Увеличение активности КПЕ в гипофизе при физической работе, по-видимому, может участвовать в увеличении уровня ЛГ, ФСГ, пролактина, соматотропина и тиреотропного гормона, наблюдаемого в сыворотке крови спортсменов и здоровых добровольцев после физической нагрузки, характеризующейся высокими уровнями глюкокортикоидов, оказывающих выраженный ингибирующий эффект на их синтез и секрецию. Существенное повышение активности КПЕ обнаружено в мозжечке, участвующем в координации двигательной деятельности, нейрональная активность которого существенно увеличивается при физической работе [Kerr 2011]. Кроме того, мозжечок характеризуется синтезом нейротрофических и ростовых факторов [Dobolyi, 2008], церебеллина-1 [Bao, 2005], МСГ [Adamantidis, 2009] и ген-кальцитонинового пептида [Sharma, 2000] - нейропептидов, участвующих поддержании нейрональной пластичности и увеличивающих выживаемость нейронов мозжечка при интенсивной работе [Kerr, 2011; Dobolyi, 2008; Adamantidis, 2009]. К настоящему времени имеется большое количество работ, свидетельствующее о подавлении функционирования системы регуляторных пептидов при нейродегенеративных заболеваниях [Fine, 1987], старении [Хавинсон, 2010], алкоголизме [Генгин, 1993; Вернигора, 2003], интоксикациях фармакологическими агентами [Соловьев, 2008; Соловьев, 2008], а также при хроническом стрессе [Вернигора, 1994]. Известно, что физическая работа обладает терапевтическим действием, облегчает течение многих заболеваний, оказывает стресс-протективный и восстанавливающий эффекты [Myers, 2003; Paffenbarger, 1993; Powell, 1987; Wei, 1999; Eckel, 2008; Ristow, 2009; Erikssen, 2001; Laaksonen, 2005; Wiggins, 2010; Piazza, 2009; Рябцев, 2007; Myers, 2003; Russell, 1995; Warburton, 2006; Macera, 2003; Blair, 2001; Kruk, 2007], однако механизм терапевтического эффекта физических нагрузок остаётся до конца не изученным. Увеличение активности пептидгидролаз при физической работе в отделах мозга крыс, в которых наблюдалось стресс-зависимое снижение активности данных

ферментов, может являться одним из механизмов, лежащих в основе терапевтического действия нагрузок при патологических состояниях.

В контексте поставленной цели наших исследований важное место занимает проблема представления механизма влияния физической работы на активность ферментов обмена регуляторных пептидов. Физическая работа вызывает существенные изменения метаболизма по сравнению с состоянием покоя, затрагивая все регуляторные системы [Кремер, 2008; Gavin, 2000; Jonsdottir, 2000; Holloszy, 2005; Luger, 1987; Park, 2005; Quistorff, 2008; Oberbach, 2006; Perrey, 2009; Соловьев, 2010], многие из которых способны оказывать влияние на ферментативный обмен регуляторных пептидов. Известно, что при физической работе происходит значительная активация многих нейромедиаторных систем, включая адренергическую, холинергическую, дофаминергическую и серотонинергическую, а также частичное подавление функционирования ГАМКергической систем. Имеются данные об изменении активности КПЕ при введении гамма-гидроксибутирата - активность фермента снижается во всех отделах мозга [Вернигора, 1999]. Ослабление ингибирующего влияния ГАМКергической систем на активность карбоксипептидаз при физической работе может являться причиной повышения их активности. Под контролем адренергической, холинергической, дофаминергической и

серотонинергической нейромедиаторных систем находится синтез и секреция таких нейропептидов, как соматостатин, люлиберин, пролактин, соматостатин, лютеинизирующий и фолликулостимулирующий гормоны [Phogat, 2010; Гомазков, 1989; Гомазков, 1993], в процессинге которых участвуют исследуемые ферменты. Кроме того, имеется много данных о регуляции активности КПЕ и ФМСФ-КП введением холинотропных препаратов [Соловьев, 2008; Соловьев, 2008; Генгин, 2007], адреноблокаторов [Сметанин, 2008], агонистами и антагонистами рецепторов дофамина [Вернигора, 2005].

Известно, что глюкокортикоиды регулируют активность многих ферментов путём изменения экспрессии их генов. Однако к настоящему времени вопрос о возможности влияния глюкокортикоидов на уровень экспрессии пептидгидролаз остаётся до конца не изученным [Генгин, 2002, Вернигора, 2007]. Повышенный уровень глюкокортикоидов у спортсменов высокой квалификации в состоянии покоя и наблюдаемое при физической работе увеличение концентрации кортизола и кортикостерона у здоровых добровольцев (рис. 3) коррелирует с повышенной активностью ПДА, ЛКП и

ЛАП. Эти данные, наряду с публикациями о корреляции между уровнем глюкокортикоидов и активностью пептидгидролаз [Вернигора, 2007; Вернигора, 1998; Вернигора, 1995; Вернигора, 2009] свидетельствуют о высокой вероятности подобного способа регуляции активности ПДА, ЛКП и ЛАП при физической работе. Тем не менее, влияние глюкокортикоидов на экспрессию генов карбоксипептидазы Е и фенилметилсульфонилфторид-ингибируемой карбоксипептидазы представляется маловероятным, так как исследования на культуре AtT20 клеток показали, что глюкокортикоиды, изменяя уровень мРНК проопиомеланокортина, не влияют на уровень мРНК КПЕ [Thiele, 1990]. Более того, участков связывания стероидных гормонов в структуре гена КПЕ не обнаружено [Jung, 1991].

Активация клеток нервной системы при физической работе запускает систему вторичных посредников в виде G-белков и 3',5'-АМФ и -ГМФ-циклазы [Кремер, 2008]. В итоге в нейронах появляется увеличенное количество вторичных посредников - циклического гуанозинмонофосфата (цГМФ) и циклического аденозинмонофосфата (цАМФ). цАМФ и цГМФ способствуют высвобождению содержимого секреторных везикул [Bader, 1990. Поэтому не исключено, что в процессах активации карбоксипептидазной активности при физической работе участвуют цАМФ-и цГМФ-зависимые механизмы.

Физическая работа и сопровождающая ее повышенная активность нервных и мышечных клеток приводят к существенным изменениям внутриклеточной концентрации Са2+ [Кремер, 2008]. Ионы Са2+ влияют на выброс секреторных везикул путем облегчения процессов слияния синаптических пузырьков с пресинаптическими мембранами [Bader, 1990]. Несмотря на то, что ионы Са2+ непосредственно не влияют на активность КПЕ [Fricker, 1983], в ее составе обнаружен участок связывания данных ионов. Ионы Са2+ способствуют агрегации КПЕ и связыванию ее с мембраной [Song, 1995; Nalamachu, 1994]. Возможно, что биологическая роль растворимой и мембраносвязанной КПЕ отличается [Fricker, 1993; Генгин, 2002]. Предполагают, что обе формы участвуют в процессинге, но мембраносвязанная, наряду с этим, способна принимать участие в сортировке пептидов [Normant, 1998]. Кроме того, имеются сведения о том, что активность прогормонконвертазы - фермента, участвующего в процессинге проКПЕ, регулируется ионами Са2+ [Song, 1995; Fricker, 1993]. Эти данные позволяют предположить, что влияние физической работы на активность КПЕ может быть опосредовано изменениями внутриклеточной

концентрацией ионов Са2+. Это может приводить как к изменению уровня активности фермента, так и к изменению соотношения растворимой и мембраносвязанной форм, что в свою очередь влияет на процессинг и сортировку биологически активных пептидов.

Интересным представляется механизм адаптационных перестроек при систематической физической работе, ведущий к активизации синтеза и секреции регуляторных пептидов, уровень которых в сыворотке крови спортсменов значительно превышает показатели здоровых добровольцев, как в состоянии покоя, так и при физической работе. В данном контексте интересным представляется тот факт, что многие нейропептиды влияют на экспрессию генов, в том числе генов пептидгидролаз [Goraya, 1994; Laslop, 1992]. Следовательно, изменение уровня нейропептидов при физической работе вследствие выброса биологически активных форм из секреторных гранул может приводить к изменению активности пептидгидролаз, посредством влияния этих нейропептидов на уровень экспрессии мРНК ферментов.

Таким образом, систематическая физическая работа запускает и поддерживает каскад биохимических реакций, ведущих к увеличению продукции ферментов, участвующих в биосинтезе и модификации активных форм регуляторных пептидов через влияние глюкокортикоидов, половых стероидных гормонов и биологически активных пептидов на экспрессию генов пептидгидролаз. Этим, вероятно, объясняется возникновение различий в активности ПДА, ЛКП и ЛАП в сыворотке крови спортсменов высокой квалификации и здоровых добровольцев, не занимающихся спортом. Аналогичные изменения, по-видимому, происходят и в нервной системе, что ведёт к возникновению длительных, устойчивых перестроек процессов синтеза нейропептидов. В случае прекращения осуществления систематических физических нагрузок влияние факторов, активизирующих процессы синтеза и секреции регуляторных пептидов, снижается и продукция активных форм пептидов постепенно возвращаются к норме, что согласуется с информацией и снижении работоспособности и выносливости при прекращении систематических тренировок [Hackney, 2006; Leal-Cerro, 2003].

Основываясь на результатах собственных исследований, а также имеющихся данных литературы, мы попытались разработать обобщённую схему функционального участия пептидергической системы в

адаптационных процессах и регуляции метаболизма при физической работе (рис. 19).

активация

цАМФ, цГМФ

стероиды

активация

ферменты обмена регуляторных пептидов

регуляторные пептиды, белки, ростовые факторы

физиологические эффекты пептидов

физическая работоспособность

физическая работа

Ш^ШШШШШШЯЙШЯШЯШЯЯж

активация

подавление^!

Рис. 19. Схема участия пептидергической системы в адаптационных процессах и регуляции метаболизма при физической работе.

(.............................................................................................. ] ' неирональная передача информации 1..........................................................................................................л

• вещество Р, нейропептид У, ^Р, ВИП, люлиберин, соматостатин

Г | анальгезирующее действие 1 .. .......... ]

• энкефалины, |3-эндорфин, нейротензин, вещество Р

е....................................................—......................................................................................................................^ I мотивация, когнитивные функции

• АКТГ, ЛГ, ФСГ, пролактин, окситоцин, вазопрессин, ТТГ, МСГ

Г ............. ] ! цитопротерные функции 1......................... ..................;

• нейротрофические и ростовые факторы, СТГ, инсулин, С1.Р

регуляция иммунной системы

• миелопептиды, тафтсин

-----_-----

® регуляция энергетического метаболизма !

I......... • ................•..............................)

• инсулин, глюкагон, лептин, СТГ, ТТГ, ростовые факторы

Г---—~—------1

1 регуляция сердечно-сосудистой системы

• вазоактивные пептиды, тахикинины, вазопрессин, ВИП, неропептидУ

Рис. 20. Наиболее важные физиологические функции регуляторных пептидов, белков и ростовых факторов, обеспечивающих адаптацию организма к физической работе и увеличение выносливости

Ответ организма на систематически повторяющиеся физические нагрузки заключается в активизации процессов синтеза пептидных регуляторов, повышенный уровень которых обеспечивает активизацию метаболизма, адекватную возросшему энергетическому обмену. Мы попытались систематизировать наиболее важные функции регуляторных пептидов, белков и ростовых факторов, обеспечивающих адаптацию организма к физической работе и увеличение выносливости схемой, представленной на рис. 20. Данная схема свидетельствует о преобладающей адаптационной роли звена пептидергической системы, связанного с регуляцией функций нервной системы, что позволяет сформулировать гипотезу о «физически тренированной нервной системе».

В литературе имеются данные, косвенно подтверждающие тот факт, что систематическая физическая работа повышает выносливость и физическую работоспособность за счёт адаптации нервной системы. Длительная иммобилизация вызывает атрофию двигательной коры, снижение массы мозжечка; повышенная двигательная активность, напротив, вызывает развитие этих отделов мозга [Кремер, 2008]. Явление синаптической пластичности - способности синапсов к функциональным и морфологическим перестройкам в процессе высокой синаптической активности в классической нейрохимии рассматривается как явление, лежащее в основе обучения и памяти. Однако изменение количества серотонина, дофамина и норадреналина, высвобождающихся из пресинаптических окончаний в ответ на сигнал и изменение количества рецепторов на постсинаптической мембране и их сродства к эффекторам часто наблюдается при систематических физических нагрузках [Кремер, 2008; ОЬегЬасЬ, 2006; Мееизеп, 2005; Мееизеп, 1995; Higa-Taniguchi, 2007], что позволяет рассматривать это явление, как «тренировку» синапса. Кроме того, есть данные, свидетельствующие о лимитировании времени и интенсивности физической работы количеством синаптических везикул, скоростью синтеза и концентрацией нейромедиаторов [Мееизеп, 2006; Мееиэеп, 2010]. Результаты нашего исследования и литературные данные позволяют сделать вывод, что увеличение уровня нейропептидов, выполняющих функции нейромедиаторов, нейромодуляторов и обладающих нейропротекторным действием, является важнейшим адаптационным механизмом при систематической физической работе у спортсменов высокой квалификации. Таким образом, в основе увеличения физической работоспособности и выносливости при систематических физических

тренировках лежит перестройка функциональной активности нервной системы, важное место в которой занимает активизация процессов протеолитического процессинга и модификации биологически активных форм регуляторных пептидов, белков и ростовых факторов.

ВЫВОДЫ:

1. Физическая работа вызывает существенную активацию пептидергической системы, проявляющуюся, прежде всего, увеличением плазматической концентрации регуляторных пептидов, гормонов и ростовых факторов, участвующих в адекватной активизации метаболизма возрастающим энергетическим потребностям, модулирующих функциональную активность нервной системы и выполняющих цитопротекторные функции.

2. В увеличении содержания регуляторных пептидов в сыворотке крови важную роль играет активизация процессов протеолитического процессинга и модификации биологически активных форм пептидов, о чем свидетельствует высокая положительная корреляция между сдвигами уровней пептидов и активностью пептидгидролаз сыворотки крови.

3. Впервые показано, что пептидергическая система спортсменов высокой квалификации функционирует более активно, чем у неспортсменов, что выражается в существенных различиях в активности пептидгидролаз, уровне большинства регуляторных пептидов и контролируемых ими показателях в состоянии покоя.

4. Физическая работа вызывает менее выраженные изменения в уровне регуляторных пептидов и активности ферментов их обмена у спортсменов, чем у людей, не занимающихся спортом, при более выраженных сдвигах в содержании метаболитов и показателях КОС, что свидетельствует о высокой адаптационной значимости различий в функционировании пептидергической системы у этих исследуемых групп в состоянии покоя.

5. Одним из основных биохимических механизмов, лежащих в основе увеличения физической работоспособности при систематической физической работе, может служить выявленная нами перестройка функционирования системы синтеза и модификации регуляторных пептидов.

6. Значительное повышение уровня нейропептидов в сыворотке крови и выраженное увеличение активности ферментов их биосинтеза в отделах нервной системы крыс при физической работе позволяет предположить, что центральное место в биохимических процессах, определяющих физическую

работоспособность, принадлежит пептидам нервной системы, выполняющим функции гормонов, нейромедиаторов, нейромодуляторов, и защищающих нервные клетки от повреждающих факторов при физической работе.

7. Важная роль в адаптационных перестройках метаболизма при систематической физической работе принадлежит активации регуляторных механизмов, контролирующих обмен глюкозы при физических нагрузках, что выражается в существенном увеличении уровня инсулина, глюкагона и лептина у спортсменов высокой квалификации по сравнению с группой здоровых добровольцев.

8. Биохимические изменения, вызываемые физической нагрузкой, существенно отличаются от процессов, характерных для стресс-реакции, что наводит на мысль о необходимости пересмотра существующей концепции физической работы, как одного из стресс-стимулов организма. Существенным фактом, опровергающим стресс-принадлежность физической работы, является обнаруженное нами компенсирующее влияние физической нагрузки на ферментативные процессы синтеза нейропептидов в отделах нервной системы крыс при стрессе.

9. Повышенная активность пептидгидролаз при физической работе, по-видимому, участвует в обеспечении высокого уровня продукции ростовых факторов, половых и тиреоидных гормонов при высоких концентрациях глюкокортикоидов.

10. Дополнительная активация пептидергической системы, вероятно, является одним из основных молекулярных механизмов, обеспечивающих увеличение физической работоспособности крыс в эксперименте при интраназальном введении семакса и селанка. Полученные результаты предполагают возможность использования синтетических пептидов семакс и селанк для повышения физической работоспособности и увеличения адаптационных возможностей организма при высоких физических нагрузках.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

Статьи в ведущих рецензируемых журналах

1. Соловьев В.Б., Генгин М.Т. Влияние атропина на активность ангиотензин-превращающего фермента и карбоксипептидазы N в сыворотке крови крыс // Бюллетень Сибирской медицины.-2005.-Т. 4,-№ 1.-С. 10.

2. Генгин М.Т., Соловьев В.Б., Сметанин В.А., Пазялова A.A., Симкина О.В., Коновалов А.Н., Кузичкин Д.С., Шашкина Н.К., Генгина Н.М., Субботина

К.Б. Влияние атропина на активность ангиотензин-превращающего фермента и карбоксипептидазы N в сыворотке крови крыс // Украинский биохимический журнал. - 2005. - Т. 77. - № 6. - С. 78-80.

3. Соловьев В.Б., Генгин М.Т. Активность пептидил-дипептидазы А и карбоксипептидазы N в сыворотке крови пациентов с болезнью Альцгеймера // Украинский биохимический журнал. - 2007. - Т. 79. - № 6. - С. 103-105.

4. Генгин М.Т., Соловьев В.Б. Влияние атропина на активность карбоксипептидазы Н и фенилметилсульфонилфторид-ингибируемой карбоксипептидазы в отделах мозга и надпочечниках крыс // Нейрохимия. -

2007.-Т. 24,-№2.-С. 138-142.

5. В. Б. Соловьев, Г. Р. Мамышев. Влияние атропина на активность основных карбоксипептидаз в отделах мозга, надпочечниках и сыворотке крови крыс // Известия Пензенского государственного педагогического университета имени В.Г. Белинского. - 2007. № 3 (7). - С. 314-318.

6. Соловьев В.Б., Генгин М.Т. Влияние ареколина и атропина на активность карбоксипептидазы Н и фенилметилсульфонилфторид-ингибируемой карбоксипептидазы в нервной ткани крыс // Биомедицинская химия. 2008. Т. 54.-№2.-С. 201-209.

7. Соловьев В.Б., Селиверстов Д.В., Шметцер Д.В., Стеболяева О.В., Линьков A.A. Кислотно-основное состояние крови спортсменов, как фактор, отражающий величину лактатного порога // Известия Пензенского государственного педагогического университета имени В.Г. Белинского. -2008. №6 (10).-С. 218-219.

8. Величко А.К., Соломадин И.Н., Генгина Н.М., Соловьев В.Б., Генгин М.Т. Частичная характеристика структуры основной фенилметилсульфонилфторид-ингибируемой карбоксипептидазы из печени крыс // Известия Пензенского государственного педагогического университета имени В.Г. Белинского. - 2008. - № 6 (10). - С. 161-164.

9. Соловьев В.Б., Генгин М.Т. Влияние никотина на активность основных карбоксипептидаз в отделах мозга и надпочечниках крыс // Нейрохимия. -

2008.-Т. 25.-№4.-С. 1-6.

10. Величко А.К., Соловьев В.Б., Генгин М.Т. Методы лабораторного определения общей перекись разрушающей активности ферментов растений Известия Пензенского государственного педагогического университета имени В.Г. Белинского. -2009. -№ 14 (18). - С. 44-49.

11. Соловьев В.Б., Генгин М.Т., Скуднов В.М., Петрушова О.П. Кислотно-основные показатели крови спортсменов различных квалификационных

групп в норме и при физической работе // Российский физиологический журнал им. И.М.Сеченова. - 2010. - Т. 96. - № 5. - С. 539-544.

12. Соловьев В.Б., Генгин М.Т., Соллертинская Т.Н., Латынова И.В., Живаева Л.В. Влияние семакса на активность карбоксипептидазы Н в отделах мозга и надпочечниках крыс // Нейрохимия. - 2011. - Т. 28. - № 2. - С. 169-172.

Статьи и тезисы конференций

13. Gengin М.Т., Solovev V.B. Effect of Atropine on the Activity of Carboxypeptidase H and Phenylmethylsulfonyl Fluoride-Inhibited Carboxypeptidase in Rat Brain Regions and Adrenal Glands // Neurochem. J. - 2007. - V. 1, N. 3. - P. 214-218.

14. Solovev V.B., Gengin M.T. The Effect of a Single Dose of Arecholine and Atropine Administration on Activities of Carboxypeptidase H and Phenylmethylsulfonyl Fluoride-Inhibited Carboxypeptidase in the Nervous System of Rats // Biochemistry (Moscow) Supplement Series B: Biomedical Chemistry. - 2008. Vol. 2, N. 2. - P. 183-188.

15. Solovev V.B., Gengin M.T. Effect of Nicotine on the Activity of Basic Carboxypeptidases in Rat Brain Regions and Adrenal Glands // Neurochemical Journal, 2008, Vol. 25, No. 4, p. 259264.

16. Solovev V.B., Gengin M.T., Sollertinskaya T.N., Latynova I.V., Zhivaeva I.V. Effects of Semax on the Activity of Carboxypeptidase H in Brain Regions and Adrenal Glands of Rats // Neurochemical Journal, 2011, Vol. 5, No. 2, p. 150-152.

17. Бапыкова H.B., Мухина E.C., Соловьев В.Б. Активность карбоксипептидазы Н в тканях новорожденных крыс, перенесших стресс во внутриутробном развитии // Вестник молодых ученых ПГПУ им. В.Г. Белинского: сб. науч. статей студентов, аспирантов и молодых сотрудников университета. 4.1. - Пенза: ПГПУ, 2002. - С. 84-86.

18. Генгин М.Т., Вернигора А.Н., Соловьев В.Б. Физико-химические свойства, специфичность действия новой карбоксипептидазы (процессинга регуляторных пептидов?) мозга животных // Нейрохимия: фундаментальные и прикладные аспекты: Тезисы докладов и стендовых сообщений научной конференции Российской академии наук (Москва, 14-16 марта 2005 г.). - М.: ИБХ РАН, 2005. - С. 88.

19. Соловьев В.Б., Генгин М.Т. Влияние атропина на активность карбоксипептидазы Н в мозге и надпочечниках крыс // Нейроспецифические метаболиты и энзимологические основы деятельности центральной нервной системы: Материалы международной конференции (Пенза, 25-27 сентября 2006 г.). - Пенза: ПГПУ, 2006. - С. 137-138.

20. Генгин М.Т., Соловьев В.Б., Соломадин И.Н., Генгина Н.М. Выделение и свойства ферментов процессинга нейропептидов // Биотехнология: состояние и перспективы развития: Материалы IV Московского Международного конгресса (Москва, 12-16 марта 2007 г.). - М.: ЗАО «Экспо-биохим-технологии», РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2007, часть 2, С. 277.

21. Соловьев В.Б., Генгин М.Т. Влияние ареколина и атропина на активность карбоксипетидаза Н и фенилметилсульфонилфторид-ингибируемой карбоксипептидазы в отделах мозга и надпочечниках крыс // VI симпозиум: химия протеолитических ферментов: тезисы докладов и стендовых сообщений (Москва, 22-25 апреля 2007 г.) - М.: ИБХ РАН, 2007.-С. 114.

22. Скудное В.М., Скуднов Д.В., Соловьев В.Б., Петрушова О.П. Технология выведения бегунов на рекордный двигательный режим соревновательной деятельности // Физическая культура, спорт, биомеханика: тезисы международной электронной научной конференции (Майкоп, 17-18 мая 2007 г.) - Майкоп: Изд-во ЛГУ, 2007, - С. 123-125.

23. Соловьев В.Б., Скуднов В.М., Селиверстов Д.В., Шметцер Д.В. Современные биохимические анализаторы в спортивной диагностике // Проблемы физического воспитания и спортивной тренировки: материалы Всероссийской научной постоянно действующей заочной конференции - Майкоп: Изд-во АГУ, 2007. - Т. 2, - С. 89-90.

24. Соловьев В.Б. Активность ангиотензинпревращающего фермента и карбоксипептидазы N в сыворотке крови пациентов с болезнью Альцгеймера // Биология -наука XXI века: тезисы 11-й Путинской международной школы-конференции молодых ученых (Пущино, 29 октября - 2 ноября 2007) - Пущино, Изд-во ИБК РАН, 2007, - С. 158159.

25. Соловьев В.Б., Генгин М.Т. Функциональное взаимодействие холинергической и пептидергической систем // Естествознание и гуманизм: межвузовский сборник научных трудов «Современный мир, природа и человек». - 2007. - Т. 4, № 3. - С. 24-25.

26. Соловьев В.Б., Скуднов В.М., Генгин М.Т., Линьков O.A., Стеболяева О.В. Уровень инсулина, глюкозы и лактата в сыворотке крови здоровых людей и спортсменов экстракласса при физической работе максимальной мощности // Материалы IV съезда Российского общества биохимиков и молекулярных биологов (Новосибирск, 11-15 мая 2008 г.). - Новосибирск: издательство «Арта», 2008. - С. 234.

27. Генгин М.Т., Соловьев В.Б., Сметанин В.А., Бардинова Ж.С. Свойства и биологическая роль карбоксипептидазы тканей животных, специфически ингибируемой фенилметилсульфонилфторидом // Материалы IV съезда Российского общества биохимиков и молекулярных биологов (Новосибирск, 11-15 мая 2008 г.). - Новосибирск: издательство «Арта», 2008. - С. 148.

28. Скуднов В.М., Соловьев В.Б., Петрушова О.П., Скуднов Д.В., Шмарев А.Н., Селиверстов Д.В., Шметцер Д.В. Комплексная диагностика функционального состояния спортсменов // Медико-биологические и психолого-педагогические аспекты адаптации и социализации человека: материалы V Всероссийской конференции Российской академии наук (Волгоград, 18-21 февраля 2008 г.). - Волгоград: ВГУ.2008.-С. 88-91.

29. Соловьев В.Б., Генгин М.Т., Скуднов В.М., Петрушова О.П., Шмарев А.Н., Дашкевич Д.В. Влияние максимальной физической нагрузки на уровень инсулина, глюкозы и лактата в сыворотке крови здоровых людей и спортсменов экстра-класса // Медико-биологические и психолого-педагогические аспекты адаптации и социализации человека: материалы V Всероссийской конференции Российской академии наук (Волгоград, 18-21 февраля 2008 г.). - Волгоград: ВГУ, 2008. - С. 91-93.

30. Соловьев В.Б., Генгин М.Т. Активность ферментов процессинга регуляторных пептидов в отделах нервной системы крыс при однократном введении никотина // Медико-биологические и психолого-педагогические аспекты адаптации и социализации человека: материалы V Всероссийской конференции Российской академии наук (Волгоград, 18-21 февраля 2008 г.). - Волгоград: ВГУ, 2008. - С. 40-41.

31. Соловьев В.Б., Генгин М.Т. Влияние холинотропных препаратов на активность основных карбоксипептидаз в нервной ткани крыс // Нейрохимические механизмы

формирования адаптивных и патологических состояний мозга: тезисы докладов конференции с международным участием (Санкт-Петербург - Колтуши, 10-12 сентября 2008 г.) - Спб.: Институт физиологии им. И. П. Павлова РАН, 2008. - С. 131.

32. Соловьев В.Б., Дашкевич Д.В., Ащин H.A. Регуляция уровня глюкозы в сыворотке крови здоровых людей и спортсменов экстра-класса при физической работе максимальной мощности // Биология - наука XXI века: тезисы 12-й Путинской международной школы-конференции молодых ученых (Пущино, 10 - 14 ноября 2008) - Пущино, Изд-во ИБК РАН, 2008,-С. 105.

33. Соловьев В.Б., Ащин H.A., Дашкевич Д.В. Показатели газообмена в крови жителей г. Пензы за 2007-2008 год И Биология - наука XXI века: тезисы 12-й Пущинской международной школы-конференции молодых ученых (Пущино, 10 - 14 ноября 2008) -Пущино, Изд-во ИБК РАН, 2008, - С. 318.

34. Соловьев В.Б., Генгин М.Т. Роль пептидергической системы в адаптации к физической работе // Биотехнология: состояние и перспективы развития: Материалы V Московского Международного конгресса (Москва, 16-20 марта 2009 г.). - М.: ЗАО «Экспо-биохим-технологии», РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2009, часть 2, С. 45.

35. Соловьев В.Б. Современный спорт как состязание биотехнологий // Вестник Пензенского отделения Российского философского общества № 2: сборник научных статей. - М.: РФО, Пенза: ПГПУ, РГСУ ПФ, 2009. - С. 173-175.

36. Соловьев В.Б., Дашевич Д.В., Ащин H.A., Гамзин С.С. Изучение роли пептидергической системы в адаптации к физической работе // Биология - наука XXI века: тезисы 13-й Пущинской международной школы-конференции молодых ученых (Пущино, 28 сентября - 02 октября 2009) - Пущино, Изд-во ИБК РАН, 2009, - С. 82.

37. Соловьев В.Б., Ащин H.A., Дашевич Д.В., Гамзин С.С. Изучение показателей газообмена крови в условиях атмосферы города и загородной черты // Биология - наука XXI века: тезисы 13-й Пущинской международной школы-конференции молодых ученых (Пущино, 28 сентября - 02 октября 2009) - Пущино, Изд-во ИБК РАН, 2009, - С. 246.

38. Соловьев В.Б., Генгин М.Т., Скудное В.М., Петрушова О.П. Скуднов Д.В. Инновационные разработки комплексной научной группы в ГОУ ДОД Школы высшего спортивного мастерства г.Пензы // Материалы международной научно-практической конференции: «Современные аспекты физкультурной и спортивной работы с учащейся молодежью», П., ПГПУ, 2009, - С. 44-46.

39. Соловьев В.Б. Скуднов В.М. Скуднов Д.В. Технология выведения бегунов на рекордный двигательный режим соревновательной деятельности // Материалы международной научно-практической конференции: «Современные аспекты физкультурной и спортивной работы с учащейся молодежью», П., ПГПУ, 2009, - С. 79-81.

40. Соловьев В.Б., Генгин М.Т., Скуднов В.М., Дашкевич Д.В., Ащин H.A. Уровень регуляторных пептидов и активность ферментов их обмена в сыворотке крови спортсменов в норме и при физической работе // Материалы международной научно-практической конференции: «Современные аспекты физкультурной и спортивной работы с учащейся молодежью», П., ПГПУ, 2009, - С. 148-150.

41. Соловьев В.Б., Скуднов В.М., Дашкевич Д.В., Ащин H.A. Шмарев А.Н. Изучение особенностей регуляции метаболизма глюкозы у спортсменов различных квалификационных групп в норме и при физической работе // Материалы международной

научно-практической конференции: «Современные аспекты физкультурной и спортивной работы с учащейся молодежью», П., ПГПУ, 2009, - С. 150-152.

42. Соловьев В.Б., Генгин М.Т., Скудное В.М., Петрушова О.П. Разработка и апробация прямого способа диагностики лактатного порога // Материалы международной научно-практической конференции: «Современные аспекты физкультурной и спортивной работы с учащейся молодежью», П., ПГПУ, 2009, - С. 152-156.

43. Соловьев В.Б., Рахматуллина Р.И., Пашковский С.А., Прохорова Ю.В. Изучение регуляции метаболизма глюкозы у спортсменов различных квалификационных групп прп физической работе // Материалы Всероссийской студенческой научной конференции, посвященной 60-летию образования Липецкого государственного педагогического университета «Роль естественных наук в решении проблем современного общества» (Липецк, 11-12 декабря 2009) - Липецк, ЛГПУ, 2009, - С. 47-49.

44. Соловьев В.Б., Прохорова Ю.В., Рахматуллина Р.И., Пашковский С.А. Изучение роли пептидергической системы в адаптации к физической работе // Материалы Всероссийской студенческой научной конференции, посвященной 60-летию образования Липецкого государственного педагогического университета «Роль естественных наук в решении проблем современного общества» (Липецк, 11-12 декабря 2009) - Липецк, ЛГПУ, 2009, -С. 49-50.

45. Соловьев В.Б., Прохорова Ю.В., Рахматуллина Р.И., Пашковский С.А. Уровень регуляторных пептидов и активность ферментов их обмена в сыворотке крови спортсменов при физической работе // Биология - наука XXI века: тезисы 14-й Пущинской международной школы-конференции молодых ученых (Пущино, 19-23 апреля 2010) - Пущино, Изд-во ИБК РАН, 20 ] 0, - С. 61.

46. Соловьев В.Б., Прохорова Ю.В., Рахматуллина Р.И., Пашковский С.А. Выделение и изучение свойств ферментов процессинга нейропептидов // Биология - наука XXI века: тезисы 14-й Пущинской международной школы-конференции молодых ученых (Пущино, 19-23 апреля 2010) - Пущино, Изд-во ИБК РАН, 2010, - С. 287-288.

47. Соловьев В.Б., Пашковский С.А., Рахматуллина Р.И., Прохорова Ю.В. Изучение уровня регуляторных пептидов и активности ферментов их обмена в сыворотке крови спортсменов в норме и при физической работе // Молодежь и наука: реальность и будущее: Материалы III Международной научно-практической конференции (Невинномысск, 10-15 мая 2010) - Невинномысск, НИЭУП, 2010, С. 60-62.

48. Соловьев В.Б., Генгин М.Т. Изучение функционирования пептидергической системы спортсменов разных квалификационных групп при физической работе // «Фундаментальные исследования в Пензенской области: состояние и перспективы»: Материалы I региональной научно-практической конференции (Пенза, 8 февраля 2010) -Пенза, ПН «ПРЦСИ», С. 120-122.

49. Соловьев В.Б., Генгин М.Т., Скуднов В.М. Роль пептидергической системы в адаптации к физической работе // Сборник материалов Второго международного конгресса «Евразия-Био» (Москва, 13-15 апреля 2010) - М., ЗАО ЕвразияБио, С. 171-172.

50. Генгин М.Т., Соловьев В.Б., Фирстова Н.В., Сметанин В.А. Роль пептидгидролаз в интеграции адрено-, холин- и пептидергических систем мозга // Сборник материалов Второго международного конгресса «Евразия-Био» (Москва, 13-15 апреля 2010) - М„ ЗАО ЕвразияБио, С. 54-55.

51. Соловьев В.Б. Изучение функционирования пептидергической системы спортсменов разных квалификационных групп при физической работе // Сборник тезисов III Всероссийского с международным участием конгресса студентов и аспирантов-биологов «Симбиоз-Россия 2010» (Нижний Новгород, 24-29 мая 2010) - Нижний Новгород: НГУ им. Н.И. Лобачевского, 2010. - С. 150-151.

52. Соловьев В.Б. Скуднов В.М. Петрушова О.П. Кислотно-основные показатели крови спортсменов различных квалификационных групп в норме и при физической работе // Материалы международной научно-практической конференции: «Современные аспекты физкультурной и спортивной работы с учащейся молодежью», Пенза: ПГПУ. 2010, - С. 207-210.

53. Соловьев В.Б. Скуднов В.М. Пептидергическая система как координирующее звено в цепи адаптационных процессов при физической работе // Материалы международной научно-практической конференции: «Современные аспекты физкультурной и спортивной работы с учащейся молодежью», Пенза: ПГПУ, 2010. - С. 210-214.

54. Соловьев В.Б. Скуднов В.М. Перспективы использования пептидных препаратов в спортивной практике // Материалы международной научно-практической конференции: «Современные аспекты физкультурной и спортивной работы с учащейся молодежью», Пенза: ПГПУ, 2010. - С. 214-215.

55. Соловьев В.Б. Участие пептидергической системы в адаптационных процессах при физической работе // Сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции: «Достижения и перспективы развития биотехнологии», Пенза: РИО ПГСХА, 2010. - С. 150-155.

56. Соловьев В.Б., Генгин М.Т., Юматова Е.В., Бегутов М.М., Киселев М.А., Пчеляков A.B. Разработка новых лекарственных препаратов и биологически-активных добавок на основе пептидов из продуктов пчеловодства // Межвузовский сборник научных работ 4-ой международной телеконференции «Фундаментальные науки и практика», Томск: РИО ТГМУ, 2011.-С. 76.

57. Соловьев В.Б., Юматова Е.В., Бегутов М.М., Киселев М.А., Пчеляков A.B. Уровень регуляторных пептидов в сыворотке крови спортсменов при физической работе // Биология - наука XXI века: тезисы 15-й Пущинской международной школы-конференции молодых ученых (Пущино, 18 - 22 апреля 2011) - Пущино: Изд-во ИБК РАН, 2011. - С. 111.

58. Соловьев В.Б., Юматова Е.В., Бегутов М.М., Киселев М.А., Пчеляков A.B. Изучение метаболизма регуляторных пептидов в маточном молочке и личинках пчел // Биология -наука XXI века: тезисы 15-й Пущинской международной школы-конференции молодых ученых (Пущино, 18 - 22 апреля 2011) - Пущино: Изд-во ИБК РАН, 2011. - С. 111-112.

Соловьев Владимир Борисович

Роль пептидергической системы в адаптационных процессах и регуляции метаболизма при физической работе

Разработана модель участия пептидергической системы в регуляторных процессах при физической работе. Впервые продемонстрированы существенные различия в функциональном состоянии пептидергической системы у спортсменов и людей, не занимающихся спортом в состоянии покоя и при физической работе. Предложены механизмы адаптационных перестроек в функционировании пептидергической системы при систематических физических нагрузках. Получены новые данные о механизмах регуляции активности нелизосомальных пептидгидролаз нервной ткани при физической работе и при действии пептидов семакс и селанк. Впервые обнаружено, что один из механизмов биологического действия новых пептидных препаратов семакс и селанк опосредован их влиянием на активность ферментов процессинга регуляторных пептидов. Впервые продемонстрировано, что введение семакса и селанка увеличивает физическую работоспособность у животных в эксперименте.

Возможность применения - нейрохимия, биохимия.

Vladimir В. Solovev

The role of peptidergic system in adaptive processes and regulation of metabolism during physical exercise

A model of peptidergic system participation in the regulatory processes during physical exercise has been proposed. Significant differences in the functional status of peptidergic systems in athletes and people who are not involved in sports during physical exercise and rest were shown. The mechanisms of adaptive substitutions in the functioning of peptidergic systems in systematic exercise were established. The regulation mechanisms of the cytoplasmic peptidases activity in nervous tissue during physical exercise and under the action of peptides semax and selank were investigated. Was found that the mechanisms of biological action of new peptide drugs semax and selank is mediated by their effect on the enzyme activity of carboxypeptidases involved in their turnover. It was demonstrated for the first time that the administration of semax and selank increases physical performance of animals in experiments.

The possible application - neurochemistry, biochemistry.

Заказ № 78-Р/06/2011 Подписано в печать 20.06.2011 Тираж 100 экз. Усл. п.л. 3

ООО "Цифровичок", тел. (495) 649-83-30 www.cfr.ru; е-таИ:info@cfr.ru

Текст научной работыДиссертация по биологии, , Соловьев, Владимир Борисович, Москва

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ В. Г.БЕЛИНСКОГО

На правах рукописи

05201151967

СОЛОВЬЕВ ВЛАДИМИР БОРИСОВИЧ

РОЛЬ ПЕПТИДЕРГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ В АДАПТАЦИОННЫХ ПРОЦЕССАХ И РЕГУЛЯЦИИ МЕТАБОЛИЗМА ПРИ ФИЗИЧЕСКОЙ РАБОТЕ

(03.01.04-Биохимия)

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание учёной степени доктора биологических наук

Научный консультант: доктор биологических наук, профессор М.Т. Генгин

Пенза, 2011

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ..................................................................................................................6

ВВЕДЕНИЕ......................................................................................................................................................8

Глава I. ПЕПТИДЕРГИЧЕСКАЯ СИСТЕМА: СТРОЕНИЕ,

ЛОКАЛИЗАЦИЯ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ................................................................15

1.1. Краткая историческая справка изучения регуляторных молекул пептидной и белковой природы и ферментов их обмена........................................................................................................................................16

1.2. Общая характеристика регуляторных пептидов и особенности их функций..........................................................................................18

1.2.1. Опиоидные пептиды..........................................................................................19

1.2.2. Пептиды мозга и кишечника....................................................................23

1.2.3. Пептиды нервной системы............................................................................27

1.2.4. Пептидные гормоны..........................................................................................30

1.2.5. Вазоактивные пептиды....................................................................................35

1.2.6. Тахикинины................................................................................................................37

1.2.7. Иммуномодулирующие пептиды..........................................................39

1.3. Регуляторные белки........................................................................................................40

1.3.1. Гормоны белковой природы......................................................................40

1.3.2. Нейротрофические и ростовые факторы........................................46

1.3.2.1. Структурно-функциональная характеристика нейротрофических факторов................................................46

1.3.2.2. Участие ростовых факторов в регуляции физиологических процессов................................................51

1.3.3. Цитокины......................................................................................................................55

1.4. Энзимологические основы синтеза и деградации регуляторных пептидов............................................................................................57

1.5. Характеристика нелизосомальных протеолитических

ферментов обмена регуляторных пептидов..........................................59

1.5.1. Дипептидилкарбоксипептидазы..............................................................60

1.4.2.1. Пептидил-дипептидаза А........................................................60

1.5.2. Карбоксипептидазы..............................................................................................63

1.5.2.1. Карбоксипептидаза Е......................................................................63

1.5.2.2. Лизин-карбоксипептидаза........................................................66

1.5.2.3. Фенилметилсульфонилфторид-ингибируемая карбоксипептидаза........................................................................68

1.5.3. Аминопептидазы................................................................................................70

1.5.3.1. Лейциламинопептидаза................................................................70

1.6. Функционирование пептидергической системы при физической работе..........................................................................................................71

1.7. Синтетические пептидные препараты и опыт их использования для коррекции функционального состояния организма................................................................................................................................83

Глава II. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ......................................86

2.1. Материал и условия проведения исследований......................................86

2.2. Методы исследования 87

2.2.1. Общая схема исследования..........................................................................87

2.2.2. Методы моделирования физической работы..............................88

2.2.3. Схема введения семакса и селанка......................................................88

2.2.4. Методы определения содержания глюкозы и лактата .... 89

2.2.5. Методы определения активности протеолитических ферментов.......................!....................................................................89

2.2.5.1. Определение активности карбоксипептидазы Е 89

2.2.5.2. Определение активности фенилметилсульфо-нилфторид-ингибируемай карбоксипептидазы 90

2.2.5.3. Определение активности лизин-карбоксипептидазы.................................... 91

2.2.5.4. Определение активности пептидил-дипептидазы А......................................... 91

2.2.5.5. Определение активности лейцил-

аминопептидазы....................................... 92

2.2.6. Определение концентрации регуляторных пептидов, пептидных гормонов, нейротрофических факторов, стероидных гормонов и адреналина в сыворотке крови 92

2.2.7. Метод определения белка...................................... 93

2.2.8. Методы статистической обработки........................... 93

Глава III. ВЛИЯНИЕ ФИЗИЧЕСКОЙ РАБОТЫ НА УРОВЕНЬ РЕГУЛЯТОРНЫХ ПЕПТИДОВ, БЕЛКОВЫХ ГОРМОНОВ, РОСТОВЫХ ФАКТОРОВ, ГЛЮКОЗЫ, ЛАКТАТА, ПОКАЗАТЕЛИ КИСЛОТНО-ОСНОВНОГО СОСТОЯНИЯ, СОДЕРЖАНИЕ ГОРМОНОВ ЩИТОВИДНОЙ ЖЕЛЕЗЫ, СТЕРОИДНЫХ ГОРМОНОВ И АДРЕНАЛИНА В КРОВИ СПОРТСМЕНОВ И ЛЮДЕЙ, НЕ ЗАНИМАЮЩИХСЯ СПОРТОМ............................... 94

3.1. Роль пептидергической системы в регуляции метаболизма глюкозы при физической работе.................................... 95

3.1.1. Кислотно-основные показатели крови спортсменов и неспортсменов в норме и при физической работе как характеристика различий в адаптации1 к физической активности........................................................................... 96

3.1.2. Изучение влияния физической работы на уровни глюкозы, лактата, инсулина, глюкагона, лептина, адренокортикотропного гормона, кортизола, кортикостерона и адреналина................................. 101

3.2. Роль белковых гормонов, ростовых факторов, регуляторных пептидов и ферментов их обмена в регуляции метаболизма

при физической работе................................................ 105

Глава IV. АКТИВНОСТЬ ОСНОВНЫХ КАРБОКСИПЕПТИДАЗ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ КРЫС ПРИ ФИЗИЧЕСКОЙ РАБОТЕ И ПРИ ВВЕДЕНИИ СЕМАКСА И СЕЛАНКА.......................................... 114

4.1. Влияние физической работы на активность

карбоксипептидазы Е и фенилметилсульфонилфторид-ингибируемой карбоксипептидазы в отделах головного

мозга и надпочечниках крыс......................................... 115

4.2. Влияние семакса на активность карбоксипептидазы Е и

фенилметилсульфонилфторид-ингибируемой карбоксипептидазы в отделах головного мозга и надпочечниках крыс.................................................... 119

4.3. Влияние селанка на активность карбоксипептидазы Е и

фенилметилсульфонилфторид-ингибируемой карбоксипептидазы в отделах головного мозга и надпочечниках крыс.................................................... 123

4.4. Влияние семакса и селанка на физическую

работоспособность лабораторных животных в эксперименте 126

4.5. Изучение активности карбоксипептидазы Е и фенилметилсульфонилфторид-ингибируемой карбоксипептидазы в отделах головного мозга и надпочечниках крыс при введении семакса с последующей физической работой................................................... 128

4.6. Изучение активности карбоксипептидазы Е и фенилметилсульфонилфторид-ингибируемой карбоксипептидазы в отделах головного мозга и надпочечниках крыс при введении селанка с последующей

физической работой......................................................................................................132

Глава V. РОЛЬ ПЕПТИДЕРГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ В АДАПТАЦИОННЫX ПРОЦЕССАХ И РЕГУЛЯЦИИ

МЕТАБОЛИЗМА ПРИ ФИЗИЧЕСКОЙ РАБОТЕ..........................................................136

ВЫВОДЫ............................................................................................................................................................154

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ....................................................................................................................156

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АКТГ — адренокортикотропный гормон

БСА - бычий сывороточный альбумин

ВИП - вазоактивный интестинальный пептид

ГРФ — гонадотропин-рилизинг-фактор

ГЭБ - гематоэнцефалический барьер

ГЭМЯК - гуанидиноэтилмеркаптоянтарная кислота

дансил - 5-диметштаминонафтален-1 -сульфонил

ДИФФ - диизопропилфторфосфат

ДНФ — динитрофторбензол

ДТТ — дитиотреитол

кбз — карбобензокси

КОС - кислотно-основное состояние

КПА — карбоксипептидаза А

КПВ - карбоксипептидаза В

КПЕ - карбоксипептидаза Е

ЛАП — лейцинаминопептидаза

ЛКП - лизин-карбоксипептидаза

ЛГ — лютеинизирующий гормон

ЛКПВ - лизосомальная карбоксипептидаза В

МСГ - меланоцитостимулирующие гормоны

ПДА — пептидил-дипептидаза А

ПОМК - проопиомеланокортин

ПХМБ - п-хлормеркурийбензоат

ПХМФС - п-хлормеркурийфенилсульфонат

СТГ - соматотропный гормон

Т-3 - трийодтиронин

Т-4 - тироксин

ТТГ - тиреотропный гормон

ТХУ — трихлоруксусная кислота

ФМСФ - фенилметилсульфонилфторид

ФМСФ-КП - фенилметилсульфонилфторид-ингибируемая карбоксипептидаза

ФСГ — фолликулостимулирующий гормон

ХГЧ — хорионический гонадотропин человека

ЦНС — центральная нервная система

ЭДТА - этилендиаминтетрауксусная кислота

BE — избыток буферных оснований крови

BDNF — нейротрофический фактор мозга

CANP — кальций-активируемая нейтральная протеиназа

CNTF - цилиарный нейротрофический фактор

DBI - ингибиторы связывания диазепама

DSIP - дельта-сон индуцирующий пептид

Ds-Na — додецилсульфат натрия

IGF - инсулиподобный фактор роста

GLP — глюкагон-подобные пептиды

GDNF - глиальный нейротрофический фактор

Мес — метилкумарид

NEP — нейтральная эндопептидаза 24.11

NGF — фактор роста нервов

PC - прогормонконвертаза

РТР - тиоловая прогормонконвертаза

TGF - трансформирующий фактор роста

ВВЕДЕНИЕ

Понятие «пептидергическая система» включает в себя обширный класс биологически активных веществ - регуляторных пептидов, близкий к ним по природе и функциям класс регуляторных белков, группу ферментов их метаболизма - пептидгидролаз, и комплекс рецепторов, опосредующих их физиологическое действие. Открытие регуляторных пептидов и установление их свойств как гормонов, модуляторов функций нейронов и нейромедиаторов [3, 4, 5, 7, 9, 54, 67, 73, 74, 75, 81, 89, 93, 94, 95, 115, 320, 440, 458, 482, 504, 516, 517, 686, 730, 739], послужило мощным стимулом изучения не только их собственного биологического значения, но также значительно усилило интерес к изучению роли протеолитических ферментов, принимающих участие в их обмене. Для большинства биологически активных пептидов установлено, что их синтез и деградация катализируется специфическими пептидгидролазами нелизосомальной локализации, в связи с чем отдельные пептидгидролазы рассматривают как ферменты обмена регуляторных пептидов [12, 23, 46, 56, 282, 343, 448, 355, 356, 375, 723, 742], активность которых является основополагающей величиной, определяющей уровень биологически активных форм регуляторных молекул.

Изучение пептидергической системы позволило внести ряд принципиально новых представлений о принципах организации и функционирования нейрогуморальных регуляторных систем. Установлено, что пептиды играют важнейшую роль в адаптационных процессах, участвуют в формировании пищедобывательного поведения, регулируют состояние иммунной системы [41, 99, 163, 231, 356, 437, 664]. Многие из этих веществ вовлекаются в регуляцию полового поведения, влияют на половую дифференциацию организма (ГРФ, ЛГ, ФСГ, пролактин) [8, 11, 184, 348], на процессы внимания и памяти (АКТГ, а-меланотропин, окситоцин, вазопрессин [141, 270, 278, 344, 721]), на эмоциональное состояние (холецистокинин, тиролиберин, меланостатин, кортиколиберин, ОВ!) [130,

399, 431, 808], обладают анальгезирующим действием (нейротензин, опиоидные пептиды) [82, 180, 211, 297, 382, 533, 591].

Констатируя полифункциональность системы регуляторных пептидов, следует отметить сложность дифференцировки первичных и второстепенных эффектов большинства представителей этой группы [3, 7, 56, 686], поскольку физиологический эффект пептида зависит не только от его строения, но и от места локализации, пути синтеза и деградации, а также от совместной локализации с другими регуляторными молекулами [4, 5, 12, 22, 24, 56, 73, 81, 93, 95, 115, 355, 516, 556, 686, 723]. Таким образом, в связи со спецификой функционирования пептидергической системы, более информативными по сравнению с изучением функций индивидуальных пептидов становятся исследования взаимосвязей всех компонентов системы при различных функциональных состояниях — при стресс-реакции, при формировании зависимости от алкоголя и наркотических веществ, при психических заболеваниях [74, 113, 265, 355, 441, 504, 613, 701, 745, 784]. Возросший интерес к изучению роли регуляторных пептидов и исследованию ферментов их обмена в норме, а также при различных патологических и физиологических нарушениях, превратился в одно из актуальнейших направлений современной нейрохимии.

Если для состояния нормы и при функциональных нарушениях сведения о закономерностях работы пептидергической системы имеют более или менее системный характер, что позволило понять и сформулировать основную концепцию о ее биологической роли [3, 4, 5, 7, 56, 73, 81, 93, 115, 264, 441, 355, 356, 437, 516, 517, 573, 595, 613, 715], то характеристики ее функционирования при физической работе, неотъемлемом компоненте нашего существования, остаются практически неизученными. Несмотря на достаточно большое количество публикаций [143, 147, 153, 169, 174, 217, 219, 227, 228, 251, 285, 303, 310, 324, 330, 347, 385, 414, 439, 442, 475, 485, 489, 539, 550, 594, 600, 605, 608, 752, 804, 816, 819, 828], характеризующих влияние физической работы на уровень регуляторных пептидов, роль

пептидергической системы при физической работе остается неизвестной.

Физическая работа вызывает существенные изменения метаболизма по сравнению с состоянием покоя, затрагивая все регуляторные системы [85, 110, 379, 442, 476, 569, 652, 665, 670, 690]. Живые организмы, эволюционируя, адаптировались к определенному количеству физической активности. Это количество работы непосредственно связано с понятиями нормы, здоровья, «физического и душевного благополучия» [101, 209, 526, 574, 629, 708, 803]. Нарушение баланса между состоянием покоя и физической активностью может привести к различным физиологическим нарушениям [308, 322, 531, 629, 661, 675, 684, 696, 806, 811], к снижению качества жизни человека.

Биологические механизмы адаптации к физической работе связаны, по-видимому, со значительной модуляцией активности пептидергической и других регуляторных систем, что позволяет поддерживать уровень метаболизма, адекватный совершаемой работе. Таким образом, изучение изменений в пептидергической системе, происходящих при физической работе в пределах физиологической нормы, позволит понять алгоритм адаптационных механизмов взаимодействия пептидергической и других регуляторных систем, поможет в разработке способов коррекции патологических состояний, затрагивающих функционирование пептидергической системы.

Цель исследования. На основании изучения закономерностей изменения уровня регуляторных пептидов, белковых гормонов, ростовых факторов, активности протеолитических ферментов и концентрации метаболитов у людей и у животных при физической работе в эксперименте, обосновать роль пептидергической системы в регуляторных процессах, происходящих при физической работе.

В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи:

• изучение уровня регуляторных пептидов, белковых гормонов и

ростовых факторов (люлиберина, АКТГ, ЛГ, ФСГ, пролактина, СГТ, ТТГ, инсулина, глюкагона, лептина, вещества Р, ЮР-1, ТвР-а) в сыворотке крови здоровых людей и спортсменов высокой квалификации в состоянии покоя;

• исследование активности ферментов обмена регуляторных пептидов (ПДА, ЛКП, ЛАП) в сыворотке крови здоровых людей и спортсменов высокой квалификации в состоянии покоя;

• определение содержания основных энергетических метаболитов (глюкозы, лактата), показателей КОС, гормонов щитовидной железы, стероидных гормонов и адреналина в крови здоровых людей и спортсменов высокой квалификации в состоянии покоя. Полученные результаты послужат основой создания базы данных по исследуемым параметрам, которые будут использованы в качестве контрольных, исходных показателей для сравнения с данными, полученными при физической работе;

• изучение уровня регуляторных пептидов, белковых гормонов и ростовых факторов, активности ферментов их обмена, глюкозы, лактата, показателей КОС, гормонов щитовидной железы, стероидных гормонов и адреналина в сыворотке крови здоровых людей и спортсменов высокой квалификации при физической работе;

• определение активности ферментов обмена регуляторных пептидов (КПЕ, ФМСФ-КП) в отделах мозга и надпочечниках крыс в норме и при физической работе в эксперименте;

• изучение влияния пептидов семакс и селанк на активность

пептидгидролаз в нервной системе крыс в норме и при физической работе;

• экспериментальное изучение влияния семакса и селанка на физическую работоспособность крыс в эксперименте.

Научная новизна. Разработана принципиально новая модель участия пептидергической системы в регуляторных процессах при физической работе. Впервые продемонстрированы принципиальные различия в функциональном состоянии пептидергической системы у спортсменов и людей, не занимающихся спортом в состоянии покоя и при физической

работе. Предложены механизмы адаптационных изменений в функционировании пептидергической системы при систематических физических нагрузках. Получены новые данные о механизмах регуляции активности нелизосомальных пептидгидролаз нервной ткан�

Информация о работе

Соловьев, Владимир Борисович
Москва, 2011
ВАК 03.01.04

Диссертация

Роль пептидергической системы в адаптационных процессах и регуляции метаболизма при физической работе - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы