ВходАст может быть повышен после тренировки. Что это такое КФК крови? Исключения из правил
Биохимические исследования позволяют определить, каково состояние отдельных органов и систем организма, что мешает организму нормально функционировать и лимитирует развитие специальной работоспособности у спортсмена.
Глюкокортикоиды (кортизол
) - главное его действие в том, что он повышает уровень глюкозы в крови, в том числе за счёт её синтеза из белковых предшественников, что позволяет существенно улучшить энергообеспечение мышечной деятельности. Недостаточность активности глюкокортикоидной функции может стать серьёзным фактором, ограничивающим рост спортивной подготовленности.
В тоже время чрезмерно высокий уровень кортизола в крови свидетельствует о значительной стрессорности перенесённой нагрузки для спортсмена, что может привести к преобладанию катаболических процессов в белковом обмене над анаболическими и, как следствие - распаду, как отдельных клеточных структур, так и групп клеток. Прежде всего, разрушению подвергаются клетки иммунной системы, как следствие - снижение возможности организма противостоять инфекционным агентам. Отрицательное влияние на костный обмен - разрушение белкового матрикса и, как следствие - повышенный риск травматизма (переломы).
Также отрицательно воздействие повышенного уровня кортизола на сердечно-сосудистую систему. Следовательно - необходимо регулярно отслеживать уровень кортизола в крови, чтобы поддерживать его на высоком уровне (500-800 нмоль/л), необходимом для эффективной адаптации организма к интенсивным физическим нагрузкам. Повышенные уровни кортизола в крови (выше 900 нмоль/л) свидетельствуют о недостаточной эффективности процессов восстановления, и может привести к переутомлению.
Одним из самых эффективных анаболических гормонов, противодействующих отрицательному влиянию кортизола на белковый обмен в организме спортсмена, является тестостерон
. Тестостерон эффективно восстанавливает мышечную ткань. Также положительно воздействует он на костную и иммунную систему.
Под влиянием длительной интенсивной нагрузки тестостерон снижается, что, несомненно, отрицательно влияет на эффективность восстановительных процессов в организме после перенесенных нагрузок. Чем выше уровень тестостерона, тем эффективнее восстанавливается организм спортсмена.
Мочевина
. Мочевина является продуктом распада белка в организме (катаболизм). Определение концентрации мочевины утром, натощак, позволяет оценить в целом переносимость нагрузок предыдущего дня. Т.е. используется для оценки отставленного восстановления в условиях спортивной деятельности. Чем интенсивнее и длительнее работа, чем меньше интервалы отдыха между нагрузками, тем значительнее исчерпание белковых/углеводных ресурсов и, как результат этого, больше уровень выработки мочевины. Согласно многолетним наблюдениям у спортсменов в состоянии покоя уровень мочевины в крови не должен превышать 8,0 ммоль/л - эта величина была принята за критический уровень выраженного недовосстановлении.
Однако следует учитывать, что высокобелковая диета, пищевые добавки, содержащие большое количество белков и аминокислот, также увеличивают уровень мочевины в крови. Зависит уровень мочевины также от мышечной массы (вес), а также функции почек и печени. Поэтому необходимо установить индивидуальную норму для каждого спортсмена.
Следует отметить, что уровень кортизола, используемый в практике биохимического контроля - более современный и точный показатель интенсивности процессов катаболизма в организме.
Глюкоза
. Является наиважнейшим источником энергии в организме. Изменение её концентрации в крови при мышечной деятельности зависит от уровня тренированности организма, мощности и продолжительности физических упражнений. По изменению содержания глюкозы в крови судят о скорости аэробного окисления её в тканях организма при мышечной деятельности и интенсивности мобилизации гликогена печени.
Рекомендуется использовать этот показатель в сочетании с определением уровня гормона инсулина, который участвует в процессах мобилизации и утилизации глюкозы крови.
КФК (Креатинфосфокиназа).
Определение общей активности КФК в сыворотке крови после физических нагрузок позволяет оценить степень повреждения клеток мышечной системы, миокарда и др. органов. Чем выше стрессорность (тяжесть) перенесённой нагрузки для организма, тем больше повреждения клеточных мембран, тем больше выброс фермента в периферическую кровь.
Активность КФК рекомендуется измерять 8-10 часов спустя после нагрузок, в утренние часы после сна. Повышенные уровни активности КФК после ночи восстановления свидетельствуют о значительных физических нагрузках перенесённых накануне и недостаточном восстановлении организма.
Следует отметить, что активность КФК у спортсменов в процессе тренировки примерно в два раза превосходят верхние пределы нормы «здорового человека». Т.е. можно говорить о недовосстановлении организма после предшествующих нагрузок при уровне КФК не менее 500 Е/л. Вызывают серьёзные опасения уровни КФК выше 1000 Е/л, т.к. повреждения мышечных клеток значительны и вызывают болевой синдром. Следует отметить важность дифференцировки перенапряжения скелетной мускулатуры и сердечной мышцы. Для этого рекомендуется измерение миокардиальной фракции (КФК-МВ).
Фосфор неорганический (Фн). Используется для оценки активности креатин-фосфатного механизма. По оценке прироста Фн в ответ на кратковременную нагрузку максимальной мощности (7-15 сек.) судят об участии креатин-фосфатного механизма в энергообеспечении мышечной деятельности в скоростно-силовых видах спорта. Используется также в игровых видах спорта (хоккей). Чем больше величина прироста Фн на нагрузку, тем больше задейственность креатинфосфатного механизма и лучше функциональное состояние спортсмена.
АЛТ (Аланинаминотрансфераза). Внутриклеточный фермент, содержащийся в печени, в скелетных мышцах, сердечной мышце и почках. Увеличение активности АЛТ и АСТ в плазме указывает на повреждение этих клеток.
АСТ (Аспартатаминотрансфераза) - также внутриклеточный фермент, содержащийся в миокарде, печени, скелетных мышцах, почках.
Повышенная активность АСТ и АЛТ позволяет выявить ранние изменения в метаболизме печени, сердца, мышцах, оценить переносимость физических нагрузок, прием фармпрепаратов. Физические нагрузки умеренной интенсивности, как правило, не сопровождаются повышением АСТ и АЛТ. Интенсивные и длительные нагрузки могут вызвать повышение АСТ и АЛТ в 1,5-2 раза (N 5-40 Ед.) У более тренированных спортсменов эти показатели возвращаются к норме через 24 часа. У менее тренированных значительно дольше.
В практике спорта используются не только отдельные показатели активности ферментов, но и соотношение их уровней:
Коэффициент де Ритиса (АСТ/АЛТ) - 1,33. Если трансаминазы повышены и их соотношение ниже коэффициента де Ритиса, то это предположительно - заболевание печени. Ниже - заболевание сердца.
Индекс повреждения мышечной ткани (КФК/АСТ). При повышенной активности ферментов, если их соотношение ниже 9 (от 2 до 9), то это, скорее всего, связано с повреждением кардиомиоцитов. Если соотношение выше 13 (13-56), то это связано с повреждением скелетной мускулатуры. Значения от 9 до 13 являются промежуточными.
О. Ипатенко
КФК – это очень важный фермент, который преимущественно располагается в клетках головного мозга, мышцах и сердце. И в том случае, если происходит повреждение хотя бы одной клетки, то фермент сразу же поступает в кровь. Именно поэтому анализ крови на КФК применяется для точной постановки диагноза.
Чаще всего анализ на содержание КФК назначают:
- Если необходимо диагностировать такое серьезное заболевание, как инфаркт миокарда, а также наблюдать за его течением.
- Если необходимо диагностировать опасные и неизлечимые болезни скелетных мышц человека.
- Если человек перенес серьезную травму, в результате которой была повреждена одна или несколько групп мышц.
- Если у человека имеется подозрение на образование злокачественной опухоли.
- Если человек проходит лечение, в связи с онкологическим заболеванием.
Такой анализ очень редко назначают в условиях амбулаторного лечения, так как не все лаборатории в поликлиниках способны точно выдать правильный результат. Именно поэтому лучше сдавать его непосредственно в больницах или же в специализированных лабораториях, так как правильность результата очень важна.
Подготовка и процедура забора крови
Как правило, чтобы сдать кровь на содержание КФК нужно готовиться заранее и сообщить доктору, который назначает анализ и который его берет, информацию о том, какие лекарственные препараты принимает на данный момент.
Сделать это нужно потому, что некоторые лекарства оказывают влияние на содержание ферментов, и результаты могут быть как ложноположительными, так и ложноотрицательными, или же будет большая погрешность.
Подготовка включает в себя:
- Исключение приема пищи непосредственно перед сдачей анализа. Последний прием должен быть не менее чем за восемь часов до сдачи анализа.
- Кровь сдается строго натощак.
- Кровь нужно сдать до приема лекарственных препаратов, чтобы они оказали минимальное влияние. Поэтому нужно подгадать время так, чтобы для организма это не было стрессом.
- За день до сдачи анализов полностью исключить жирную и острую пищу, а также любые алкогольные напитки и квас.
- Если перед сдачей анализа был сделан рентген или проведено ультразвуковое исследование, то лучше перенести процедуру, так как результаты могут оказаться неправильными.
Время от времени пациентов направляют сдавать на КФК кровь, что это такое при этом знают далеко не все. С КФК анализом крови сталкиваются больные, которых доставляет скорая, с подозрением на острый инфаркт миокарда. В этом случае врача волнуют многие показатели, в том числе и активность креатинкиназы. Именно это и обозначает КФК в крови. Некоторым это сокращение может показаться странно, но все нормально, так как раньше креатинкиназа именовалась креатинфосфокиназой. Повышение и понижение КФК важно с диагностической точки зрения. У пациентов, которым диагностируют острый инфаркт миокарда, присутствует ярко выраженное повышение активности КФК.
Креатинфосфокиназа является ферментом, который принимает участие в энергетическом обмене тканей. Этот фермент важен с точки зрения биохимических превращений. Так, нормальный уровень КФК помогает в ускорении процесса фосфорилирования креатина. В результате последний дает энергетическую основу, которая используется для мышечных сокращений.
Высокая концентрация КФК в скелетных и сердечных мышцах, в гладкомышечных маточных волокнах, нервной ткани головного мозга. Этот фермент, вернее активность, подавляется тироксином. Это гормон, за выработку которого отвечает щитовидная железа.
Анализ на КФК показан, если врач хочет диагностировать на раннем этапе инфаркт миокарда. Исследование требуется после получения серьезных травм или если присутствует подозрение на злокачественное образование. Причины повышения обычно заключаются в разрыве мышечных клеток, из-за чего КФК поступает в кровь в большем, чем это требуется количестве.
Крайне редко определение КФК крови выполняется при лечении амбулаторно. Поэтому врачами рекомендуется использовать для сдачи специализированные лаборатории. Для получения направления на определение КФК нормы, достаточно обратиться к терапевту. Назначать анализ могут и узкопрофильные специалисты, от кардиолога до онколога. Расшифровка крови на КФК должна выполняться только квалифицированным медицинским персоналом.
Подготовка и нормы
Прежде чем отправляться на исследование общей креатинкиназы, нужно озаботиться подготовительным процессом. Важно обсудить с врачом все лекарственные средства, которые вы принимаете, если отмена их невозможна. Дело в том, что в ряде медикаментов присутствуют компоненты, из-за которых креатинкиназы повышена цифра в анализе, на деле же проблемы нет.
Подготовительный процесс похож на другие анализы крови. Сбор выполняется в утренние часы после предварительного голодания, не менее чем восемь часов. Собирается кровь до приема лекарства, если вы не можете отменить какие-то медикаменты.
За сутки до сдачи важно исключить из рациона пищу, отличающуюся сильной остротой или жирностью, не употреблять квас и алкогольные напитки. Забор образца осуществляется из вены. Собранный материал разделяется на сыворотку и фракцию. Если КФК повышен по результатам анализов, назначается контрольная проверка, спустя два дня. Важно подчеркнуть, что нужно избегать перед анализом чрезмерных физических нагрузок, внутримышечных инъекций, гемолиза. Все эти процедуры могут привести к ложно завышенным показателям.
Показатель КФК имеет зависимость от возраста и пола. У детей такие показатели высокие в сравнении со взрослыми. Объясняется это легко. Растут дети быстро, процессы у них ускорены. У мужчин наблюдаются высокие показатели, поскольку мышечной массы обычно у них больше, если речь идет о спортсмене, который посещает тренажерный зал.
Самыми высокими показателями КФК отличаются дети в первые пять дней жизни. Для них нормой считается показатель до 652 Ед/л. В период до года показатель падает до 203 Ед/л.
Для детей возрастом до шести лет показатель по своей максимальной цифре опускается уже до 149 Ед/л. Начиная с шести лет, уже важно учитывать пол ребенка. Так для мальчиков возрастом от 6 до 12 лет нормой является показатель до 247 Ед/л, в то время как для девочек того же возраста выход за пределы 154 Ед/л будет повышением.
Следующий возрастной промежуток – это дети от 12 до 17 лет. Для мальчиков в таком возрасте нормой считается показатель до 270 Ед/, для девочек до 123 Ед/л. Начиная с 17 лет, показатели крови соответствуют взрослым значениям. Для мужчин показатель составляет не более 195 Ед/л, для девушек не более 167 Ед/л.
Повышение показателей
Повышение уровня КФК не является строго показателем инфаркта миокарда. Если результат демонстрирует высокий показатель КФК, возможно речь идет о получении человеком травмы, в результате которой повреждены были не только кожные покровы, но и мышцы.
Если перед этим человеку была выполнена полосная операция, то фермент вырастет, так как мышцы и ткани будут повреждены скальпелем, увеличится выброс КФК в кровь. Используется этот показатель и для демонстрации присутствия инфаркта миокарда. При такой проблеме происходит повреждение важной сердечной мышцы.
Кроме этого, может присутствовать повреждение и другой мышцы человека. На фоне случившегося нарушения кровоснабжения. Говорить повышенный КФК может и о проблемах с щитовидной железой, так как нейтрализуется он именно ее гормоном. Если у человека присутствует серьезное заболевание, которое затрагивает центральную нервную систему, то КФК будет повышен. Чаще речь идет о шизофрении или эпилепсии.
Причиной повышенного КФК может становиться и образование в организме злокачественной опухоли, такой показатель естественен для человека, страдающего от сердечной недостаточности, если присутствуют приступы тахикардии. При периодическом присутствии судорог, неизбежно происходит повреждение мышечной ткани.
Причиной повышенного КФК может стать и столбняк. В таком случае, конечно, будет присутствовать ряд дополнительных признаков, указывающих на болезнь. Повлиять на уровень КФК могут и лекарственные препараты, которые негативно сказываются на мышцах и кровяном составе. КФК бывает повышен у спортсменов, испытывающих постоянные перегрузки с физической точки зрения. Если КФК обнаружен выше нормы, врачом будет выписано направление на ряд дополнительных исследований, которые помогут точно выявить причину повышения, поставить диагноз и назначить лечение.
Необходимая терапия
Поскольку КФК выступает в роли основного диагностического метода, когда речь идет о сердечных проблемах, то обнаруженный повышенный уровень фермента является показанием к полному покою пациента. Важно отказаться от различных физических упражнений, особое внимание уделить своему питанию. Предполагается включение в рацион блюд, которые снижают липидный уровень. Среди таких можно выделить:
- китайский рис;
- грецкие орехи;
- миндаль;
- овес.
В пищу можно добавлять чеснок. Дело в том, что в составе этого овоща содержится аллицин. Это средство эффективно, когда речь идет о борьбе с самыми разными патологиями. Постарайтесь налегать на цитрусовые. В день важно получать не менее 45 мг витамина С. Этот витамин важен, когда речь идет о поддержании здоровья сердца. При этом он помогает в снижении уровня КФК. Одновременно с этим важно принимать витамин А или поливитамины.
Нехватка магния может привести к мышечным судорогам, поэтому важно присутствие в ежедневном рационе как минимум 50 г данного микроэлемента. Для снижения уровня КФК рекомендовано пить зеленый чай. Врачи отмечают, что в борьбе за здоровое сердце помогает средиземноморская диета. В день важно питаться часто, но небольшими порциями. Речь идет о пятиразовом питании.
В меню в обязательном порядке включается оливковое масло, нежирное мясо, орехи и бобовые. Важно присутствие в рационе омега-6 и омега-3. Нельзя употреблять спиртное и большое количество белка.
Выше уже отмечалось, что от физических упражнений, даже если вы к ним привыкли, придется отказаться. В период лечения мышцы должны избегать повышенного стресса. Даже после завершения терапии, как минимум пять дней перед тем, как сдать повторный анализ КФК, важно предоставить пациенту полный покой.
Если вы планируете заниматься в дальнейшем спортом, то не забывайте о разогреве, прежде чем переходить к выполнению упреждений высокой интенсивности. В противном случае это приведет к травмам мышц. Если вы любите бегать или ездить на велосипеде, отдайте предпочтение медленной скорости.
1
Физическая нагрузка различной интенсивности моделировалась в эксперименте. При острой физической нагрузке в крови значительно возрастают активность и содержание маркеров повреждения: креатинкиназы (КК), миокардиальной фракции креатинкиназы (КК-МВ), тропонина I, лактатдегидрогеназы (ЛДГ), аспартатаминотрансферазы (АСТ), аланинаминотрансферазы (АЛТ), молочной кислоты. Согласованное повышение КК, КК-МВ, тропонина I может свидетельствовать о повреждении кардиомиоцитов. При хронической физической нагрузке умеренной и субмаксимальной мощности наблюдается постепенное увеличение активности в крови ферментов: КК, ЛДГ, АСТ, АЛТ, содержания молочной кислоты. Достоверные различия между ХФН умеренной и субмаксимальной мощности зарегистрированы по молочной кислоте (во все сроки наблюдения), активности ЛДГ (на 15 и 21 сутки), активности АЛТ (на 9 и 21 сутки). Диссонанс между тропонином I (повышение) и КК-МВ (нет изменений) позволяет говорить о сохранности миокардиоцитов. Таким образом, гиперферментемию можно рассматривать в качестве адаптивной реакции в ответ на изменение условий жизнедеятельности организма.
креатинкиназа
лактатдегидрогеназа
аспартатаминотрансфераза
аланинаминотрансфераза
молочная кислота
тропонин I
1. Бутова О.А., Масалов С.В. Адаптация к физическим нагрузкам: анаэробный метаболизм мышечной ткани // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. – 2011. – № 1. – С. 123–128.
2. Волков Н.И, Савельев И.А. Кислородный запрос и энергетическая стоимость напряженной мышечной деятельности у человека // Физиология человека. – 2002. – Т. 28, № 4. – С. 80–93.
3. Ермолаева Е.Н., Кривохижина Л.В. Дислипидемия при хронических физических нагрузках различной интенсивности // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 1. – С. 1147–1151.
4. Катруха И.А. Тропониновый комплекс сердца человека. Структура и функции // Успехи биологической химии. – 2013. – Т. 53. – Р. 149–194.
5. Клиническая биохимия: учебное пособие / под ред. В.А. Ткачука – М.: ГЭОТАР-медиа, 2008. – 264 с.
6. Краснов А.Ф., Самоданова Г.И., Усик С.В., Яковлев Н.Н. Уровень молочной кислоты в крови как показатель реакции на физические нагрузки // Физиол. журн. СССР им. И.М. Сеченова. – 1978. – Т. 64, № 4. – С. 538–542.
7. Лукьянова Л.Д. Биоэнергетическая гипоксия: понятие, механизмы и способы коррекции // Бюлл. эксп. биол. и мед. – 1997. – Т. 124, № 9. – С. 244–254.
8. Медведев Ю.В., Толстой А.Д. Гипоксия и свободные радикалы в развитии патологических состояний организма – М.: ООО «Терра-Календер и Промоушн», 2000. – 232 с.
9. Никулин Б.А. Пособие по клинической биохимии: учебное пособие. – М.: Изд-во «ГЭОТАР-Медиа», 2007. – 256 с.
10. Рослый И.М., Абрамов С.В., Покровский В.И. Ферментемия – адаптивный механизм или маркер цитолиза? // Вестн. РАМН. – 2002. – № 8. – С. 3–8.
11. Спортивная медицина: справочное издание / А. Гнетова, Л. Потанич: пер. с англ. – М.: Терра-Спорт, 2003. – 240 с.
12. Lundby C, Saltin B, and van Hall G. The «lactate paradox», evidence for a transient change in the course of acclimatization to severe hypoxia in lowlanders // Acta Physiol Scand. – 2000. – № 170. – Р. 265–269.
В настоящее время для оценки интенсивности физической нагрузки и наличия повреждения мышечной ткани используется множество биомаркеров. В качестве маркеров повреждения рассматривают увеличение: активности в крови ферментов креатинкиназы (КК), лактатдегидрогеназы (ЛДГ), аспартатаминотрансферазы (АСТ), аланинаминотрансферазы (АЛТ) и др., содержания белков - тропонина I (Тн I), миозина, миоглобина и др. Факторами повреждения при мышечной активности могут быть перенапряжение, выброс гормонов стресса, гипоксия, реперфузия и др. В ответ на повреждение происходит изменение структуры внутриклеточных мембран и их проницаемости, нарушение барьерной функции мембран, снижение способности к связыванию ферментов , развитие гиперферментемии. В то же время ряд авторов рассматривает ферментемию в качестве адаптивной реакции в ответ на изменение условий жизнедеятельности организма . Доказательством этого положения является временная неоднородность появления в крови метаболически родственных ферментов и очень высокая активность ферментов в крови на фоне благополучия организма . Делается вывод, что можно выделить два вида ферментемии - «функционально оптимальную (адаптивную) и биохимически бессмысленную (истинный цитолиз)» . Возникает вопрос, имеется ли зависимость между ферментемией, определенными мышечными белками в крови и интенсивностью мышечной деятельности и следует ли рассматривать ферментемию только в качестве индикатора повреждения.
Цель исследования - изучение у крыс активности ферментов в крови (ЛДГ, КК, КК-МВ, АЛТ, АСТ), а также содержание молочной кислоты и тропонина I при физических нагрузках различной интенсивности и продолжительности.
Материалы и методы исследования
Исследование проведено на 105 белых беспородных крысах обоего пола массой 250-300 грамм. Все эксперименты выполнены согласно Европейской Конвенции по защите экспериментальных животных (Хельсинкской декларации 1975 г. и ее пересмотра в 1983 г.). Исследуемые животные были разделены на контрольную группу (интактные крысы) опытные - животные, подвергавшиеся физической нагрузке (плаванию) разной интенсивности. Одна группа животных подверглась острой физической нагрузке субмаксимальной мощности (ОФН) , вторая - хронической физической нагрузке (ХФН) субмаксимальной мощности, третья - ХФН умеренной мощности . ХФН моделировали ежедневным плаванием 30 минут - 21 день, забор крови производился на 9, 15 и 21 день эксперимента после физической нагрузки. Концентрацию молочной кислоты определяли калориметрическим методом; активность ферментов: лактатдегидрогеназы - оптимизированным кинетическим методом; аланинаминотрансферазы и аспартатаминотрансферазы - унифицированным методом Райтмана - Френкеля в сыворотке крови с помощью наборов реагентов фирмы «Ольвекс Диагностикум», Санкт-Петербург; активность креатинкиназы - оптимизированным кинетическим методом и МВ изозима креатинкиназы (КК-МВ) - оптимизированным кинетическим иммунологическим методом в сыворотке крови с помощью наборов реагентов фирмы «Витал Девелопмент Корпорэйшен», Санкт-Петербург. Активность тропонина I определяли иммуноферментным методом в сыворотке крови с помощью набора реагентов фирмы «ХЕМА», Германия. Рассчитывали коэффициент де Ритиса (АСТ/АЛТ) и индекс повреждения мышечной ткани (КФК/АСТ). Для определения достоверности различий средних величин применяли критерий Манна - Уитни (U), определяли основную тенденцию изменений (тренд) и коэффициент аппроксимации, для оценки силы влияния использовали однофакторный и двухфакторный дисперсионный анализ, корреляционный анализ.
Результаты исследования и их обсуждение
При любом виде физической нагрузки в крови уровень молочной кислоты достоверно выше, чем в контроле (табл. 1). ОФН привела к выраженной лактатемии, содержание молочной кислоты увеличилось на 85,6 % по сравнению с контролем. Однофакторный дисперсионный анализ показал достоверное влияние ОФН (р-0,00004) на уровень молочной кислоты, сила влияния составила 83,8 ± 1,2 %. ХФН умеренной мощности привела к постепенному повышению содержания молочной кислоты во все сроки эксперимента (на 50-73 %), что подтверждается трендом и высоким коэффициентом аппроксимации R 2 = 0,9137. ХФН субмаксимальной мощности привела к более сильному повышению концентрации молочной кислоты (на 72-114 %), что также подтверждается восходящим трендом и коэффициентом аппроксимации R 2 = 0,8895. Уровень молочной кислоты определяется интенсивностью физической нагрузки. При ОФН уровень молочной кислоты достоверно выше, чем при ХФН умеренной мощности во все сроки наблюдения (9 сутки - р = 0,0016; 15 сутки - р = 0,005; 21 сутки - р = 0,023); при ХФН субмаксимальной мощности достоверно выше относительно ХФН умеренной мощности во все сроки наблюдения (9 сутки - р = 0,034; 15 сутки - р = 0,038; 21 сутки - р = 0,021); при ХФН субмаксимальной мощности уровень молочной кислоты достоверно выше чем при ОФН на 21 сутки (р = 0,044) (табл. 1). Двухфакторный дисперсионный анализ показал, что содержание молочной кислоты определяется как интенсивностью воздействия, так и сроком нагрузки в целом, влияние вариантов их взаимодействия составляет 59,51 %. Общепринятым объяснением продуцирования лактата при субмаксимальных и максимальных нагрузках является недостаточное поступление кислорода к клеткам работающей мышцы. Гипоксия в скелетных мышцах может иметь место даже в состоянии покоя. Также было показано, что лактат производится при максимальной нагрузке, несмотря на относительно высокое содержание кислорода и высокое парциальное напряжение кислорода в крови . При максимальных физических нагрузках давление кислорода 21,7 мм. рт.ст., это давление выше, чем «критическое давление кислорода», необходимое для окислительного фосфорилирования в митохондриях. Недостаточное поступление кислорода не может служить причиной продукции лактата при физической нагрузке. Предполагается, что имеется несоответствие между гликолитической и окислительной способностями клетки .
Уровень миокардиального тропонина I достоверно выше, чем в контроле, при всех видах физической нагрузки (табл. 1). ОФН привела к повышению уровня белка в крови на 163 % по сравнению с контролем. ХФН умеренной мощности привела к постепенному повышению содержания тропонина I, с достоверно значимым повышением на 15 и 21 день эксперимента (15 сутки - на 84 %; 21 сутки - 129,9 %), что подтверждается восходящим трендом и высоким коэффициентом аппроксимации R 2 = 0,91. ХФН субмаксимальной мощности привела к более сильному повышению концентрации молочной кислоты во все сроки (на 109,15 - 137,1-170,2 % соответственно), что также подтверждается аналогичным трендом и коэффициентом аппроксимации R 2 = 0,99. Достоверные различия по содержанию тропонина в крови при различных нагрузках были получены лишь относительно ОФН и ХФН умеренной мощности (9 сутки). Двухфакторный дисперсионный анализ показал, что повышение этого белка не зависит от интенсивности и срока нагрузки. В настоящее время тропонин I и тропонин Т используются в диагностике и оценке не только острого инфаркта миокарда, но и при «неинфарктных» повреждениях сердечной мышцы. Более того, акцентируется внимание на выход тропонинов в кровоток в физиологических условиях. Причины этого явления могут быть связаны с маломасштабным некрозом миоцитов, апоптозом, протеолитической деградацией тропонинов, повышенной проницаемостью мембран кардиомиоцитов при напряжении миокарда или относительной ишемии, образованием и высвобождением мембранных везикул при нормальном метаболизме миоцитов .
Динамика активности ферментов при физической нагрузке различной интенсивности представлена в табл. 2. Анализ активности ЛДГ, фермента углеводного обмена, катализирующего одну из важнейших реакций анаэробного гликолиза - взаимопревращение пировиноградной и молочной кислот, являющегося важным биохимическим диагностическим тестом для оценки работы мышечной ткани в условиях анаэробного гликолиза, установил достоверное увеличение активности фермента при физических нагрузках, имеющих анаэробно-аэробный характер: ОФН и ХФН субмаксимальной мощности. При ОФН активность ЛДГ увеличилась в 2 раза по сравнению с контролем. Кроме того, активность ЛДГ при ОФН достоверно выше, чем при хронической физической нагрузке любой мощности. Однофакторный дисперсионный анализ показал достоверное влияние ОФН (р = 0,000085) на активность ЛДГ, сила влияния составила 81,9 ± 1,4 %. Активность ЛДГ при ХФН умеренной мощности постепенно нарастала, хоть и не так значительно (на 21-25 %), и только на 15 сутки стала достоверно выше контрольных значений (р = 0,03). ХФН умеренной мощности является аэробной, следовательно, и активность ЛДГ повышается незначительно, так как основное энергообеспечение происходит за счет аэробного метаболизма глюкозы. ХФН субмаксимальной мощности привела к постепенному повышению содержания ЛДГ во все сроки эксперимента (на 36,3-57,6 %), что подтверждается восходящим трендом при высоком коэффициенте аппроксимации R 2 = 0,8547. Двухфакторный дисперсионный анализ показал, что влияние интенсивности физической нагрузки на активность ЛДГ достоверно, но не столь значительно и составляет 21 %. Поскольку при адаптации активность ЛДГ в скелетных мышцах может увеличиться в 2 раза, то и отмеченные нами различные степени увеличения активности ЛДГ в сыворотке крови при ОФН И ХФН субмаксимальной мощности укладываются в рамки физиологической и биохимической адаптации .
Таблица 1
Динамика изменения уровня молочной кислоты и тропонина I при физической нагрузке различной интенсивности
|
Показатель |
Контроль |
ХФН умеренной мощности |
ХФН субмаксимальной мощности |
|||||
|
Молочная кислота, ммоль/л |
||||||||
|
Тропонин I, нг/л |
||||||||
Примечания: * - достоверность различий с контролем; ** - с ОФН; ^ - между ХФН субмакс. мощности и ХФН умеренной мощности по критерию Манна - Уитни.
Таблица 2
Динамика ферментемии при физической нагрузке различной интенсивности
|
Показатель |
Контроль |
ХФН умеренной мощности |
ХФН субмаксимальной мощности |
|||||
|
*р = 0,0016 **р = 0,036 |
||||||||
|
КК-МВ, ед/л |
||||||||
|
АЛТ, мкмоль/чхл |
||||||||
|
АСТ, мкмоль/чхл |
||||||||
Примечания: * - достоверность различий с контролем; ** - с ОФН ^ - между ХФН субмаксимальной мощности и ХФН умеренной мощности по критерию Манна - Уитни.
Однонаправленные изменения активности ЛДГ и концентрации лактата после выполнения физической нагрузки (рис. 1, 2) указывают на стабильность работы звеньев анаэробно-гликолитического механизма энергообеспечения скелетной мускулатуры и системно-адаптивное повышение активности фермента .
Рис. 1. Изменение уровня молочной кислоты и ЛДГ при ХФН умеренной мощности
Рис. 2. Изменение уровня молочной кислоты и ЛДГ при ХФН субмаксимальной мощности
Коэффициенты корреляции между содержанием молочной кислоты и активностью ЛДГ подтверждают это положение: при ОФН - R = 0,875 (р ≤ 0,01), при ХФН умеренной мощности - -R = 0,4 (р > 0,05) и при ХФН субмаксимальной мощности - R = 0,721 (р ≤ 0,01).
Оценивая активность КК, выявили достоверное повышение (р ≤ 0,05) при всех видах физической нагрузки. Активность КК при ОФН увеличилась на 52,3 % по сравнению с контролем. Сила влияния ОФН составила 34,5 % (однофакторный дисперсионный анализ, р = 0,021). ХФН умеренной мощности привела к постепенному повышению активности КК во все сроки эксперимента (на 53-66 %), что подтверждается восходящим трендом и высоким коэффициентом аппроксимации R 2 = 0,9586. ХФН субмаксимальной мощности привела к более сильному повышению активности КК (на 86-104 %), что также подтверждается аналогичным трендом и коэффициентом аппроксимации R 2 = 0,759. Увеличение активности КК лишь в небольшом проценте зависит от интенсивности физической нагрузки, сила влияния которой составила 17,5 % (β ≥ 0,95). Возрастание активности КК при всех видах нагрузки, особенно при ХФН субмаксимальной мощности, отражает тренированность и высокие адаптивные способности организма, обеспечивая транспорт фосфатов с помощью креатинфосфатного челночного механизма из митохондрий к АТФазам в условиях нагрузки и дефицита кислорода. КК - стабильный фермент, определяющий адаптацию к физической нагрузке через креатинфосфокиназный механизм энергообразования. Известно, что чем выше уровень КК, тем выше спортивная тренированность и гиперферментемия по КК является благоприятным признаком . У спортсменов активность КК и ЛДГ значительно превосходит таковую у обычных людей. Данный факт отражает адаптацию организма спортсмена к физическим нагрузкам высокой интенсивности. Если у нетренированного человека при повреждении скелетной мускулатуры уровни КК и ЛДГ растут на порядок, то у спортсменов они зачастую остаются неизменными . И только увеличение в крови активности КК, превышающее норму более чем в 10 раз, указывает на деструкцию мышц. Активность КК-МВ достоверно увеличилась только при ОФН на 40,26 % относительно контроля. Сила влияния ОФН на активность КК - МВ составила 44,5 % (р = 0,009, однофакторный дисперсионный анализ). ХФН субмаксимальной и умеренной мощности не привели к повышению активности фермента относительно контроля. Сердечная изоформа КК-МВ сопряжена с Са2+-АТФазой. Изофермент КК-МВ специфичен для миокарда, так как в кардиомиоцитах его активность составляет 15-42 % от общей активности КК, в то время как в ткани скелетных мышц его содержание не превышает 4 %, но только в красных, медленно сокращающихся мышечных волокнах. Сохранение или снижение активности фермента в крови при ХФН нагрузках умеренной и субмаксимальной мощности позволяет утверждать о функциональной сохранности кардиомиоцитов и скелетных мышц.
Следствием ОФН является согласованное повышение кардиального тропонина на фоне активации креатинкиназной системы, в том числе и в кардиомиоцитах, что можно расценить как наличие повреждения миокардиальных клеток, повышение их проницаемости и выход цитоплазматического тропонина и КК-МВ в кровь. При физических нагрузках умеренной и субмаксимальной мощности в крови имеется диссонанс между тропонином I (повышение) при сохраненных количественных значениях КК-МВ. Более того, в пределах ХФН уровень тропонина I не определяется интенсивностью нагрузки и практически нет достоверных различий между ОФН и ХФН любой интенсивности, за исключением 9 суток ХФН умеренной мощности. Это может быть обусловлено функциональной принадлежностью тропонина I. Особенности строения белков, входящих в состав тропонинового комплекса, позволяют осуществлять тонкую регуляцию сократительных процессов, что дает возможность сердечной мышце приспосабливаться к разнообразным физиологическим и патологическим состояниям. Изменения конформации компонентов тропонинового комплекса обеспечивают развитие сокращения при повышении внутриклеточной концентрации Ca 2+ и расслабление сердечной мускулатуры при ее снижении . Адаптация к физическим нагрузкам обеспечивается среди многих механизмов и законом Франка - Старлинга. Согласно закону Франка - Старлинга, сила мышечного сокращения увеличивается пропорционально растяжению мышцы. Данные многих исследований указывают на то, что тропониновый комплекс может принимать участие в регуляции зависимой от растяжения силы сокращения сердечной мышцы . В экспериментах с трансгенными мышами было показано, что замена сердечной изоформы тропонина I на медленную скелетную изоформу этого белка приводила к снижению данной зависимости . Следовательно, повышение тропонина I в крови и соответственно в кардиомиоцитах можно рассматривать в качестве молекулярного механизма адаптации к возросшей физической активности.
Для обеспечения мышечной деятельности необходима энергия. Глюконеогенез основан на интенсивном использовании глюкогенных аминокислот и требует активации трансаминазных (АСТ и АЛТ) путей белкового обмена. Усиление протеолиза с последующим обезвреживанием потенциально токсичных аминокислот также происходит при участии трансаминаз. АЛТ-фермент, отражающий интенсивность глюкозоаланинового шунта, обеспечивающего интеграцию углеводного и белкового обмена, регулирует начальные метаболические пути через пировиноградную кислоту и аланин. Активность АЛТ в крови достоверно выше при физических нагрузках, имеющих анаэробно-аэробный характер (ОФН и ХФН субмаксимальной мощности). При ОФН активность АЛТ увеличилась на 63 % по сравнению с контролем. Однофакторный дисперсионный анализ показал достоверное влияние ОФН (р = 0,0005) на активность АЛТ, сила влияния составила 65,1 ± 2,7 %. Активность АЛТ при ХФН умеренной мощности постепенно нарастала, хоть и не так значительно (на 20 - 37 %) и только на 21 сутки стала достоверно выше контрольных значений (р = 0,015). ХФН субмаксимальной мощности привела к постепенному повышению активности АЛТ во все сроки эксперимента (на 36-63 %), что подтверждается трендом и высоким коэффициентом аппроксимации R 2 = 0,827. Двухфакторный дисперсионный анализ показал, что активность АЛТ определяется интенсивностью воздействия физической нагрузки (сила влияния - 26,5 %), сроком физической нагрузки (сила влияния - 26,04 %) и в большей мере их совместным действием - сила влияния 54,14 %. АСТ - ключевой фермент в интеграции цикла трикарбоновых кислот, углеводного, липидного и белкового обмена, маркер транспорта протонов в митохондрии и их функционального состояния - показатель «горения» митохондрии. Активность АСТ достоверно выше контроля при физических нагрузках различной интенсивности. Рост активности АСТ указывает на интенсификацию работы цикла трикарбоновых кислот. При ОФН активность АСТ увеличилась на 48 % по сравнению с контролем. Однофакторный дисперсионный анализ показал достоверное влияние ОФН (р = 0,00003) на активность АСТ, сила влияния составила 78,1 ± 1,7 %. ХФН различной интенсивности привела к постепенному повышению активности АСТ во все сроки эксперимента (на 50-61 % - умеренной мощности; на 55-66 % - субмаксимальной мощности), что подтверждается трендом и высоким коэффициентом аппроксимации R 2 = 0,99, но степень повышения активности АСТ не зависит от интенсивности и срока нагрузки. Двухфакторный дисперсионный анализ не выявил влияния физической нагрузки (интенсивности и срока) на активность АСТ.
Физическая нагрузка различной интенсивности сопровождается повышением активности цитолитических ферментов - АСТ и АЛТ. Факт повышения активности АЛТ в крови можно расценивать двойственно: во-первых, это формальный признак поражения печени; во-вторых, с метаболической точки зрения это признак активации глюкозоаланинового шунта. Его активация служит для компенсации возможной гипогликемии . В целом повышение активности АЛТ (в 2-5 раз) и АСТ (4-5 раз) в крови расценивается как проявление патологии, но в наших исследованиях максимальное повышение активности ферментов составило 63-65 %. Таким образом, повышение активности АЛТ и АСТ в крови может быть отражением повышения функции печени и сердца при физической активности.
Для дифференциальной диагностики повреждений печени или сердца используют коэффициент де Ритиса. Коэффициент де Ритиса - это соотношение активности АСТ/АЛТ. Увеличение коэффициента де Ритиса характерно для инфаркта миокарда, а снижение - выявляется при заболеваниях печени. Высокий уровень активности АСТ у крыс, который в 20 раз превышает таковой у человека и определяет более высокий коэффициент де Ритиса (4 ± 1,5) при больших значениях АЛТ, может объясняться более значительной интенсивностью и взаимосвязью белкового и других обменов. При одинаковом уровне глюкозы у человека и крыс поступление субстратов для энергетического обмена более мощно обеспечивается за счет глюкогенных аминокислот. Система трансаминирования у крыс обеспечивает более высокие показатели дыхательной и сердечно-сосудистой систем. В наших исследованиях все виды физических нагрузок не приводили к повышению коэффициента де Ритиса, более того, тренд изменений указывал на его снижение при ХФН умеренной и максимальной мощности, что может быть отражением изменений углеводного и энергетического обменов. В условиях интенсивной физической нагрузки печеночный коэффициент де Ритиса является индикатором активации глюконеогенеза через глюкозоаланиновый шунт с использованием АЛТ, который необходим для поддержания адекватного уровня глюкозы в крови и развитие гипогликемии приводит к росту активности трансаминаз . Об интенсификации глюконеогенеза свидетельствует не только низкий коэффициент де Ритиса, но и высокая активность АЛТ.
Индекс повреждения мышечной ткани - отношение показателей активности КК/АСТ имеет высокую диагностическую значимость при дифференциальной диагностике инфаркта миокарда и поражения скелетных мышц. Индекс повреждения мышечной ткани практически не изменился по сравнению с контролем при ОФН и ХФН умеренной мощности. При ХФН субмаксимальной мощности индекс повреждения мышечной ткани постепенно увеличивался на 21-25 % и стал достоверно выше контрольных значений на 21 сутки эксперимента. В целом же, несмотря на отсутствие различий при ХФН умеренной мощности и минимальные различия при ХФН субмаксимальной мощности, тренд изменений доказывает постепенное нарастание повреждений мышечной ткани, до определенного времени не принимающих патологического значения.
Выводы
1. Для острой физической нагрузки характерно возрастание активности ферментов: КК, КК-МВ, ЛДГ, АСТ, АЛТ, содержания молочной кислоты и тропонина I. Согласованное повышение КК, КК-МВ, тропонина I может свидетельствовать о повреждении кардиомиоцитов.
2. При хронической физической нагрузке умеренной и субмаксимальной мощности наблюдается постепенное увеличение активности в крови ферментов: КК, ЛДГ, АСТ, АЛТ, содержания молочной кислоты. Достоверные различия между ХФН умеренной и субмаксимальной мощности зарегистрированы по молочной кислоте (9,15 и 21 сутки - во все сроки наблюдения), активности ЛДГ (на 15 и 21 сутки), активности АЛТ (на 9 и 21 сутки). Диссонанс между тропонином I (повышение) и КК-МВ (нет изменений) позволяет говорить о сохранности миокардиоцитов. Таким образом, гиперферментемию можно рассматривать в качестве «функционально оптимальной» (адаптивной) реакции в ответ на изменение условий жизнедеятельности организма.
Рецензенты: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.
Библиографическая ссылка
Ермолаева Е.Н., Кривохижина Л.В. ИНДИКАТОРЫ ПОВРЕЖДЕНИЯ ПРИ ФИЗИЧЕСКИХ НАГРУЗКАХ РАЗЛИЧНОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 1-9. – С. 1815-1821;URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=38432 (дата обращения: 15.06.2019). Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»