Специфические изменения в метаболизме спортсменов

СПЕЦИФИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ  В МЕТАБОЛИЗМЕ СПОРТСМЕНОВ, ТРЕНИРУЮЩИХСЯ  В РАЗНЫХ БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕЖИМАХ, В ОТВЕТ НА СТАНДАРТНУЮ ФИЗИЧЕСКУЮ НАГРУЗКУ

Академик РАЕН и Международной  академии наук,  
доктор медицинских наук, профессор Р.С. Суздальницкий

Всероссийский научно-исследовательский  институт физической культуры и спорта, Москва

Кандидаты биологических наук И.В. Меньшиков , Е.А. Модера

Удмуртский государственный университет, Ижевск

Ключевые слова: адаптация, метаболизм, механизмы регуляции, биоэнергетический режим, спортивная специализация.

Долговременная адаптация спортсменов  к физическим нагрузкам разной интенсивности  сопровождается специфическими изменениями  в структуре метаболизма. Центральное  место в таких структурных  перестройках занимает система энергообеспечения  мышечной деятельности. Изменения в  других сопряженных системах будут  производными по отношению к ней. В систему энергообеспечения  входят в первую очередь механизмы, связанные с процессами мобилизации  и утилизации основных энергетических субстратов и систем их регуляции. Качество тренировочного процесса будет зависеть от того, насколько эффективно организм спортсмена сможет мобилизовать и использовать энергетические субстраты, насколько  совершенно будет сформирована система  регуляции этих процессов.

Очевидно, что физические тренировки разной интенсивности определяют специфические  изменения в составе используемых субстратов. Известно, что нагрузки высокой интенсивности преимущественно  обеспечиваются углеводами, тогда как  длительные малоинтен сивные нагрузки требуют значительного вовлечения жиров в качестве энергетического  субстрата. Различия по энергоемкости и мощности этих двух субстратов и определяют специфичность их использования при физических тренировках разной интенсивности. Этому вопросу в литературе посвящено большое количество работ. Однако недостаточ но четко выделены показатели, отражающие структурный след адаптации, который формируется в зависимости от биоэнергетического режима тренировочного процесса [3]. Несмотря на известный факт, что организм спортсмена отличается от организма нетренированного человека не только реакцией на физическую нагрузку, но и в состоянии покоя, этому вопросу уделяется мало внимания. В то же время данная проблема важна с точки зрения не только спортивной физиологии, но и спортивной медицины. Авторы дают себе отчет в том, что поиск таких критериев сложен, так как непросто выделить устойчивые специфические константы адаптационных перестроек, которые скрыты постоянно протекающими процессами срочного и отставленного восстановления. Многие исследования, проводимые на спортсменах, не учитывают специфичности адаптивных изменений в метаболизме. Отсюда, на наш взгляд, неоднозначность и противоречивость данных по многим показателям в ответ на однократную физическую нагрузку. Это относится к используемым энергетическим субстратам, гормонально му фону, изменениям в углеводном и липидном обменах.

При условии специфичности формирующихся  адаптивных систем, в зависимости  от биоэнергетического режима тренировочного процесса, следует ожидать и специфичности  в реакции метаболизма спортсмена в ответ на однократную физическую нагрузку.

Поэтому целью настоящей работы было, используя ряд показателей, характеризующих разные системы  метаболизма, включая регуляторные, исследовать специфические изменения  в организме спортсменов, тренирующихся  в разных биоэнергетических режимах, в покое и в ответ на стандартную  физическую нагрузку.

Так, глюкоза и жирные кислоты  в крови - основные энергетические субстраты. Их концентрация и изменения рассматриваются  как результат двух процессов - их мобилизации и утилизации;

- кортизол, инсулин наряду с  катехоламинами - гормоны, оказывающие  существенное влияние на обмен  указанных выше субстратов;

- ионизированный кальций, по  современным представлениям, влияет  на чувствительность альфа- и  бета-адренорецепторов [2, 4]. Эти рецепторы,  согласно концепции Лабори [1], отличаются  метаболическим обеспечением. Альфа-адреноре  цепторы активируют структуры,  ответственные за мобилизацию  глюкозы в кровь, тогда как  активация бета-адренорецепторов  способствует мобилизации жиров.

Другие исследуемые нами показатели рассматриваются в данной работе как отражение структурных и  функциональных перестроек в процессе долговременной адаптации к физическим тренировкам разной биоэнергетической  направленности.

Предложенная стандартная физическая нагрузка на велоэргометре (тест PWC₁₇₀) была неспецифической для всех групп исследуемых и выполняла роль пускового механизма включения специфического метаболизма, характерного для каждой исследуемой группы в соответствии с биоэнерге тическим режимом тренировочного процесса. По результатам теста рассчитывалось МПК.

Методы исследования. Исследования проводились в четырех группах здоровых испытуемых -мужчин, которые были заранее проинформиро ваны об условиях эксперимента и дали согласие на участие в нем. Все спортсмены находились в режиме активных тренировочных нагрузок.

В 1-ю группу (n=10) вошли нетренированные  мужчины, средний возраст которых  составил 19-20 лет, средний вес - 64,6±1,6 кг, среднее значение МПК - 44,2±0,9 мл/кг/мин; во 2-ю (n=9) - спринтеры (I разряд, кмс, мс), средний возраст которых -18 -20 лет, средний вес - 66,9±2,7 кг, МПК - 64,7±3,3 мл/кг/мин; в 3-ю группу (n=10) - стайеры (I разряд, кмс), средний возраст которых - 19 - 20 лет, средний вес - 62,6±1,2 кг, МПК - 65,7±2,4 мл/кг/мин; в 4-ю (n=9) - марафонцы (I разряд, мс, мсмк), средний возраст - 19-25 лет, средний вес - 61,6±1,3 кг, МПК - 83,3±2,3 мл/кг/мин.

Забор крови проводили из вены утром  натощак (после 14-часового голодания) в  состоянии покоя и через 5 мин  после стандартной физической нагрузки (тест PWC₁₇₀). Все спортсмены прекращали тренировочный процесс за 2 дня до начала эксперимента.

Липидный состав плазмы крови и  мембран эритроцитов изучали  методом тонкослойной хроматографии  на пластинах с силикагелем "Sorbfil". Концентрацию глюкозы в крови  изучали глюкозооксидазным методом.

Концентрацию лактата в сыворотке  измеряли колориметрически по Баркеру  и Саммерсону, общий белок плазмы - биуретовым методом, свободный аминный  азот - колориметрически. Мочевину в  плазме определяли по цветной реакции  с диацетилмонооксимом (тест системы "Reacomplex"). Концентрацию инсулина и  кортизола в плазме измеряли в  лаборатории биохимии гормонов ВНИИФКа  радиоиммунологическим методом (тест-наборы НОПИБОХ, Беларусь). Ионизированный кальций  в крови определяли методом прямой потенциометрии с помощью ионоселективных  электродов, что позволяло выявлить активную концентра цию элемента на фоне общей концентрации его соединений. Перекисное окисление липидов изучалось  стандартным методом оценки концентрации малонового диальдегида в реакции  с тиобарбитуровой кислотой. Степень  перекисного гемолиза эритроцитов  под влиянием 2,4%-ного раствора перекиси водорода в 1/15 М-фосфатном буфере определялась по методике Гиорги, Коган, Роузе,1988. Ацетилхолинэстеразная  активность определялась прямой рН- метрией.

Результаты исследований. Глюкоза . Концентрация глюкозы в крови в покое во всех группах спортсменов была достоверно ниже по сравнению с контрольной группой (p<0,05).После стандартной физической нагрузки наибольшее падение концентрации глюкозы наблюдалось в группе нетренированных людей. В группе марафонцев этот показатель несколько увеличивался.

Процентное содержание липидных фракций плазмы крови. Концентрация свободных жирных кислот(FFA) в плазме крови выше у спринтеров и спортсменов, тренирующихся на выносливость (p<0,01). После тестовой нагрузки этот показатель не изменился у нетренированных людей, тогда как у спринтеров, стайеров, марафонцев он увеличился, причем наибольший прирост отмечен в группе марафонцев. Концентрация свободного холестери на и триглицеридов в покое достоверно выше у бегунов на короткие и длинные дистанции, однако после теста PWC₁₇₀ достоверных изменений в этих фракциях не выявлено. Содержание эфиров холестерина во всех группах спортсменов значительно ниже, чем у нетренированных людей, причем у марафонцев это снижение достоверно (p<0,05). Достоверные различия в содержании фосфолипидов выявлены в группах стайеров и марафонцев до физической нагрузки.

Процентное содержание липидных фракций мембран эритроцитов. Выявлено высокое содержание свободных жирных кислот, триглицеридов, эфиров холестерина у спортсменов по сравнению с неспортсменами. Напротив, содержание фосфолипидов и свободного холестерина в мембранах эритроцитов больше в контрольной группe. После стандартной нагрузки достоверные изменения отмечены только в группе марафонцев, где наблюдается увеличение содержания фосфолипидов и снижение свободных жирных кислот в мембранах эритроцитов.

Рис. 1. Концентрация инсулина в плазме крови до и после теста PWC₁₇₀.  
+ - достоверность различий до и после теста PWC₁₇₀ ( p < 0,05)

Рис. 2. Концентрация кортизола в плазме крови до и после теста PWC₁₇₀.  
_* - достоверность различий с контрольной группой ( p < 0,05)

Рис. 3. Отношение кортизол/инсулин до и после теста PWC₁₇₀.

Рис. 4. Концентрация ионизированного кальция в крови до и после теста PWC₁₇₀.  
* - достоверность различий с контрольной группой ( p < 0,05); 
+ - достоверность отличий до и после нагрузки ( p < 0,05).

Рис. 5. Перекисный гемолиз эритроцитов/ перекисное окисление липидов до и после теста PWC₁₇₀.

Лактат . Значительной разницы в содержании лактата у тренированных и нетренированных людей до начала тестовой нагрузки не наблюдалось. После нее концентрация лактата возросла во всех группах испытуемых, причем наибольший прирост отмечен в группе марафонцев.

Инсулин . В группе спринтеров выявлена самая высокая концентрация инсулина, в группе марафонцев - самая низкая. В ответ на нагрузку отмечено снижение концентрации данного гормона во всех группах, кроме марафонцев, у которых наблюдается тенденция к повышению инсулина в плазме крови (рис. 1).

Кортизол . В покое достоверно высокое содержание кортизола обнаружено в группах спринтеров и марафонцев (p<0,05). После теста PWC₁₇₀ концентрация кортизола повышается незначительно в контрольной группе, группе спринтеров и стайеров и практически не изменяется в группе марафонцев (рис. 2). Обращают на себя внимание высокие значения отношения кортизол/инсулин у спортсменов, тренирующихся на выносливость, до начала теста PWC₁₇₀. После него в этой группе наблюдается снижение этого показателя, тогда как в группе стайеров отмечен значительный прирост отношения кортизол/инсулин (рис. 3).

Ионизированный  кальций. Содержание ионизированного кальция в крови в группах стайеров и марафонцев несколько выше, а в группе спринтеров несколько ниже относительно нетренированных мужчин в покое. В ответ на стандартную физическую нагрузку наблюдаются разнонаправленные сдвиги в группах испытуемых. Так, у спринтеров Са²⁺ достоверно повышается (p<0,05), а у стайеров и марафонцев достоверно снижается (рис. 4).

Перекисное окисление  липидов (ПОЛ), перекисный гемолиз (ПГ). До начала тестирующей нагрузки уровень ПОЛ достоверно выше у спринтеров и стайеров (p<0,01). После теста достоверное увеличение этого показателя выявлено у бегунов на средние дистанции и марафонцев. Процент перекисного гемолиза эритроцитов в покое достоверно ниже (p<0,001) у спортсменов, тренирующихся на выносливость, после нагрузки у стайеров показатель снижается (p<0,001) (рис. 5).

Ацетилхолинэстераза. В группе марафонцев выявлена самая низкая активность ацетилхолинэстеразы (p<0,001), которая повышается после тестирующей нагрузки (p<0,01).

Обсуждение . Известно, что спортсмены отличаются более высоким уровнем метаболизма в покое [5]. Как показывают наши исследования, высокий уровень метаболизма может быть следствием высокого уровня кортизола. Кортизол обеспечивает избыточность катаболических реакций и мобилизацию субстратов в кровь. Однако в покое субстраты вновь поступают на ресинтез гликогена и жиров. Поэтому мы рассматриваем оборот субстратов в крови, который выше у спортсменов. Это обеспечивает более эффективное их включение в систему энергообеспечения во время работы. Высокий уровень кортизола и инсулина в крови у спринтеров относительно контрольной группы, возможно, является причиной повышенного уровня свободных жирных кислот (СЖК), концентрация которых у них ниже, чем у марафонцев, имеющих такой же уровень кортизола. Это связано с тем, что у спринтеров высокая концентрация инсулина снижает липолитическое действие кортизола и одновременно обеспечивает ресинтез гликогена из глюкозы крови. Кортизол одновременно активирует процессы глюконеогенеза. У марафонцев высокий уровень кортизола и несколько сниженный уровень инсулина приводят к высоким значениям концентрации СЖК. Группа стайеров, использующая в равной мере оба субстрата, менее отличается по содержанию гормонов и субстратов в крови от контрольной группы, однако демонстрирует их ярко выраженный сдвиг в ответ на физическую нагрузку. В группах спринтеров и марафонцев четко проявилась специфика в системе энергообеспе чения. Как следует из полученных нами данных (см. рис. 1), основное модулирующее действие на потоки субстратов оказывает инсулин, как в покое, так и в ответ на физическую нагрузку . Его концентрация в покое и изменения в ответ на физическую нагрузку определяют высокий оборот  глюкозы в покое и ее мобилизацию при физической нагрузке у спринтеров и жиров - в группе марафонцев. Это проявилось в меньшем падении уровня глюкозы в крови у спринтеров, стайеров, марафонцев. У последних отмечается даже некоторое ее повышение. У спортсменов этих же специализаций отмечается рост концентрации СЖК (рис. 6). Исследование корреляционных связей выявило сильную зависимость между соотношением кортизол/инсулин и субстратами крови в группах исследуемых. Причем относительно контрольной группы данная взаимосвязь противопо ложна по знаку и выражена в отношении глюкозы у спринтеров и жиров в группе марафонцев. Это указывает на специфичностьи функциональных связей, складывающихся в процессе долговременной адаптации.