Основами быстро развивающего утомления при интенсивных физических нагрузках являются развитие гипоксии и активация процессов свободнорадикального окисления [10]. Следствие оксидативного стресса на клеточном уровне — повреждение липидов, белков, ДНК, нарушение организации мембранных структур [8]. Однако повышение генерации активных форм кислорода, выполняющих роль вторичного мессенджера при передаче сигнала через клеточную мембрану, — основа адаптивных реакций организма к экстремальным условиям [9]. Это рассматривается в качестве пускового звена, определяющего направление переходных процессов при фазовых изменениях адаптации при регулярных физических нагрузках [4]. В определенной степени активность процессов свободнорадикального окисления (а, следовательно, адаптивные и дизадаптивные последствия окислительного напряжения) должны зависеть от интенсивности и продолжительности физических нагрузок.

Цель исследования

Исследовать интенсивность свободнорадикального окисления в цельной крови при физических нагрузках различной интенсивности.

Материалы и методы

Исследование проведено на 68 белых беспородных крысах. Все эксперименты выполнены согласно Европейской Конвенции по защите экспериментальных животных. Контрольную группу составили интактные животные; в эксперименте участвовали животные, подвергавшиеся острой [2] и хронической физической нагрузке субмаксимальной и умеренной мощности [1]. Модель острой физической нагрузки воспроизводилась по методу А.Ф. Краснова, Г.И. Самодановой и др. Животные плавали в течение 4 мин с грузом массой 20% от веса тела. Температура воды 320С. Забор крови производился через 25–30 мин после плавания. ХФН субмаксимальной мощности моделировали ежедневным плаванием в течение 30 мин. Нагрузку увеличивали постепенно: первые 7 дней животные ежедневно плавали без груза, следующие 2 недели животные плавали с грузом 2% от массы тела. На 9-й, 15-й и 21-й день эксперимента животные подвергались дополнительно максимальной физической нагрузке: плавали в течение 4 мин с грузом массой 20% от веса тела. ХФН умеренной мощности моделировали ежедневным плаванием в течение 30 мин. Забор крови производился на 9-й, 15-й и 21-й день  эксперимента после физической нагрузки внутрисердечно согласно правилам для гематологических исследований.

Интенсивность свободнорадикального окисления (СРО) в цельной крови исследовали методом люминол-усиленной хемилюминесценции с помощью прибора «Хемилюминомер-003» с компьютерным обеспечением по программе «Кровь» [5]. Первоначально регистрировали базальную хемилюминесценцию (ХЛ) цельной крови — светосумму (СС, у.е.•мин) и максимальную светимость (МС, у.е.). Далее в этих же пробах после инкубации регистрировали ХЛ-индуцированную. С учетом того, что основным источником свободных радикалов в цельной крови являются нейтрофилы, их активации (за счет адгезии к стеклянной поверхности) способствовала инкубация образцов крови (60 мин при 370С). Параллельно в крови подсчитывали общее количество лейкоцитов, лейкоцитарную формулу. ХЛ крови выражали в абсолютных величинах и с пересчетом на количество нейтрофилов (105/мл). Вычисляли функциональный резерв нейтрофилов по проценту прироста показателей индуцированного свечения по отношению к показателям базального свечения. Статистическая обработка результатов исследования проводилась на персональном компьютере с помощью пакета программ анализа данных Statistica 6.0. Использованы: непараметрический критерий Манна—Уитни, коэффициент корреляции Спирмена.

Результаты исследования и их обсуждение

При любом виде физической нагрузки в крови изменяется интенсивность свободнорадикальных процессов (табл. 1).

ОФН привела к активации процессов СРО в крови. Светосумма базального свечения возросла на 73,8%, максимальная светимость — на 48,55%. Показатели индуцированного свечения возросли на 135,7% (СС) и 177,2% (МС) относительно контрольных значений. При ХФН умеренной мощности наблюдается постепенное повышение показателей базального свечения относительно контроля: СС увеличилась от 18,2% (9-е сутки) до 42% (21-е сутки); МС от 12% (9-е сутки) до 46% (21-е сутки). При этом индуцированное свечение цельной крови (СС и МС) стало достоверно ниже контрольных значений. ХФН субмаксимальной мощности не изменила значений показателей базального свечения крови, но индуцированное свечение (СС и МС) цельной крови относительно контроля стало достоверно ниже.

Таблица 1

Показатели хемилюминесценции  цельной крови крыс при физической нагрузке различной интенсивности (М±m)

 

Группы сравнения/ показатели		Контроль (n=9)	ОФН (n=9)	ХФН умеренной мощности			ХФН субмаксимальной мощности
				9-е сутки (n=8)	15-е сутки (n=8)	21-е сутки (n=9)	9-е сутки (n=8)	15-е сутки (n=8)	21-е сутки (n=9)
Базальное свечение	СС, у.е.•мин	0,677±0,02	1,17±0,17 *0,00035	0,80±0,05	0,95±0,04 *0,0008	0,97±0,05 *0,0017	0,75±0,03	0,775±0,04	0,81±0,05
	МС, у.е.	0,276±0,014	0,41±0,04 *0,0006	0,31±0,02	0,37±0,013 *0,0007	0,404±0,02 *0,015	0,29±0,012	0,31±0,015	0,34±0,02
Индуцирован ное свечение	СС, у.е.•мин	2,66±0,21	6,27±0,065 *0,0004	1,23±0,14 *0,009	1,32±0,16 *0,0005	1,77±0,17 *0,0007	1,07±0,15 *0,001	1,11±0,036 *0,0017	1,31±0,11 *0,009
	МС, у.е.	0,79±0,14	2,19±0,37 *0,008	0,475±0,04 *0,0023	0,49±0,037 *0,0007	0,576±0,06 *0,0011	0,41±0,04 *0,009	0,39±0,015 *0,015	0,43±0,02

* — достоверность  по критерию Манна—Уитни по сравнению с контролем

 

Таблица 2

Показатели хемилюминесценции  цельной крови крыс при физической нагрузке различной интенсивности в пересчете на нейтрофилы х105 (М±m)

 

Группы сравнения/ показатели		Контроль (n=9)	ОФН (n=9)	ХФН умеренной мощности			ХФН субмаксимальной мощности
				9-е сутки (n=8)	15-е сутки (n=8)	21-е сутки (n=9)	9-е сутки (n=8)	15-е сутки (n=8)	21-е сутки (n=9)
Базальное свечение	СС, у.е.•мин	0,33±0,026	0,23±0,05 *0,012	0,24±0,03 *0,004	0,235±0,02 *0,0011	0,185±0,01 *0,0003	0,203±0,02 *0,034	0,16±0,02 *0,038 ^0,024	0,124±0,01 *0,0001 ^0,0054
	МС, у.е.	0,13±0,01	0,08±0,01 *0,0031	0,13±0,04	0,09±0,01 *0,0011	0,08±0,004 *0,0003	0,08±0,006 *0,0013	0,063±0,006 *0,019 ^ 0,024	0,052±0,005 *0,0007 ^0,0027
Индуцирован ное свечение	СС, у.е.•мин	1,29±0,13	1,19±0,13	0,35±0,02 *0,0005	0,34±0,07 *0,0015	0,31±0,003 *0,0003	0,30±0,06 *0,0005	0,33±0,12 *0,0007	0,204±0,02 *0,0003 ^0,019
	МС, у.е.	0,39±0,08	0,41±0,07	0,13±0,01 *0,0041	0,135±0,025 *0,0011	0,11±0,01 *0,003	0,13±0,03 *0,001	0,1±0,025 *0,0017	0,066±0,006 *0,0006 ^0,003
Функциональный резерв нейтрофилов, %		201,11±64,74	443,8±105,4 220,8	65,45±32,2 *0,0036	37,85±11,63 *0,0015	44,93±15,5 *0,001	37,87±13,3 *0,012	27,3±9,6 *0,003	27,5±8,3 *0,004

• — достоверность  по критерию Манна—Уитни по сравнению с контролем; ^ — достоверность с аналогичным сроком ХФН умеренной мощности

Основными источниками свободных радикалов в крови являются нейтрофилы, количество и активность которых изменяются при физической нагрузке [7]. Кроме того, само мышечное сокращение активирует нейтрофильную НАДФН-оксидазу, генерирующую активные радикалы кислорода [6].

Все виды нагрузки приводят к достоверному увеличению нейтрофилов в абсолютных числах в 1,5 и более раз (рис. 1).

* — достоверность  по критерию Манна—Уитни по сравнению с контролем

Рис. 1. Изменение количества лейкоцитов и абсолютного числа нейтрофилов в крови крыс при физической нагрузке различной интенсивности х109 (М±m)

 

При пересчете интенсивности базальной ХЛ крови на х105  нейтрофилов СС и МС практически при всех видах нагрузки и во все сроки исследования достоверно снижаются (табл. 2). Индуцированное свечение и функциональный резерв нейтрофилов относительно контроля не изменяются при ОФН, но значительно снижаются при ХФН умеренной и максимальной мощности.

Возрастание базальной и индуцированной ХЛ в цельной крови при ОФН связано с увеличением количества нейтрофилов и сохранением их способности к продукции кислородных радикалов, что подтверждается достоверными положительными корреляционными связями между абсолютным количеством нейтрофилов и СС базальной и индуцированной ХЛ цельной крови и сохранением функционального резерва (табл. 2, 3). При ХФН умеренной мощности тенденция к возрастанию СС базальной ХЛ на 9-е сутки связана с количеством лейкоцитов, но не с ростом их функциональной активности. На 15-е, 21-е сутки достоверные связи между базальной ХЛ крови и количеством нейтрофилов отсутствуют, появляются отрицательные связи, хотя и недостоверные, между количеством нейтрофилов и СС индуцированной ХЛ, что согласуется со снижением показателей их функционального резерва. При ХФН субмаксимальной мощности интенсивность свободнорадикальных процессов в крови не связана с количеством нейтрофилов, что доказывается появлением достоверной отрицательной связи между базальной ХЛ и количеством нейтрофилов на 21-е сутки нагрузки при достоверном снижении их функционального резерва во все сроки наблюдения.

Таблица 3

Корреляционный анализ между абсолютным количеством нейтрофилов и показателями светосуммы базальной и индуцированной хемилюминесценцией цельной крови крыс при физической нагрузке различной интенсивности х109 (М±m)

Кол-во нейтрофилов х109/л ХЛ цельной крови	ОФН	ХФН умеренной мощности			ХФН субмаксимальной мощности
		9-е сутки	15-е сутки	21-е сутки	9-е сутки	15-е сутки	21-е сутки
СС базального свечения цельной крови у.е.•мин	0,82 р≤0,05	0,72 р≤0,05	0,463	0,459	-0,246	-0,32	-0,61 р≤0,05
СС индуцированного свечения цельной крови у.е.•мин	0,63 р≤0,05	-0,23	-0,603	-0,42	-0,56	-0,53	-0,496

Одной из причин снижения функционального резерва нейтрофилов относительно продукции кислородных радикалов может быть ограничение «респираторного взрыва» в нейтрофилах при абсолютном или относительном дефиците кислорода вследствие физической нагрузки и/или кислородного долга. Показано, что при тяжелой гипоксии, вызванной массивной острой кровопотерей, СРО в крови снижается [3]. Наше исследование в определенной мере объясняет механизм снижения функциональной активности нейтрофилов у спортсменов в спорте высших достижений [7].

Выводы:

1. Физическая нагрузка любой интенсивности приводит к изменению свободнорадикальных процессов в цельной крови: при ОФН возрастает как базальное, так и индуцированное свечение; ХФН умеренной мощности сопровождается возрастанием базального свечения (СС, МС) на 15–21-е сутки и снижением индуцируемого свечения (СС, МС) на 9–21-е сутки; при ХФН субмаксимальной мощности базальное свечение (СС, МС) не изменяется, индуцированное свечение снижается.

2. Интенсивность свободнорадикальных процессов в цельной крови при физических нагрузках связана как с функциональным состоянием нейтрофильных лейкоцитов, так и с их количественными изменениями.

Цейликман В.Э, д.м.н., профессор, зав. кафедрой биохимии ГБОУ ВПО «ЮУГМУ»,                г. Челябинск;

Колесников О.Л., д.м.н., профессор, зав. кафедрой биологии ГБОУ ВПО «ЮУГМУ»,               г. Челябинск.