Антиоксидантный статус у спортсменов в период интенсивной физической нагрузки
Автор: Коленчукова Оксана Александровна, Степанова Людмила Васильевна, Вышедко Александра Михайловна, Демидко Наталия Николаевна, Александрова Людмила Ивановна
Журнал: Человек. Спорт. Медицина @hsm-susu
Рубрика: Физиология
Статья в выпуске: 4 т.22, 2022 года.
Бесплатный доступ
Цель: изучить активность каталазы в слюне спортсменов до и после физической активности с использованием Н2О2-люминол-зависимой хемилюминесценции. Материалы и методы. Для проведения эксперимента была отобрана группа спортсменов (n = 25) в возрасте от 20 до 30 лет. Спортсмены занимались профессиональным спортом (футбол) и имели спортивный разряд кандидата в мастера спорта. Забор слюны производили два раза: проба отбиралась до интенсивной тренировки и после интенсивной тренировки. Антиоксидантный статус оценивали по методу Н2О2-люминол-зависимой хемилюминесценции. Результаты. В результате исследования обнаружены взаимосвязи антиоксидантного статуса слюны от физической нагрузки. Наблюдается деградация антиоксидантной защиты вследствие, предположительно, уменьшения активности ферментов пероксидазной защиты. Прооксидантная система тоже работает менее эффективно, о чем говорит спад таких индикаторов ХЛ-свечения, как максимальная интенсивность, амплитуда и светосумма, которые показывают количество АФК. Но к 4-му и 5-му дням показатели находятся уже на уровне первого дня тренировочного процесса. Наибольшее количество свободных радикалов (Smax) образовалось на 4-й день после тренировки. Можно отметить, что пик работы АОС приходится на 3-й день. При этом максимально увеличивается разрыв показателей ЧСС до и после физической нагрузки и снижается скорость нейтрализации свободных радикалов. Заключение. Таким образом, в результате исследования обнаружено снижение скорости нейтрализации АФК АОС к третьему дню тренировочного процесса, при этом начиная с 4-го дня наблюдается адаптация АОС к росту концентрации свободных радикалов в слюне и ее активизация. Результаты данной работы можно рассматривать в качестве начального этапа для выявления в слюне биологических маркеров стресса, по которым можно обнаружить это состояние у пациента и принять меры по охране здоровья. Таким образом, планируется осуществить персонализированный подход в спортивной медицине.
Физическая нагрузка, слюна, антиоксидантная система, хемилюминесценция
Короткий адрес: https://sciup.org/147239615
IDR: 147239615 | DOI: 10.14529/hsm220406
Текст научной статьи Антиоксидантный статус у спортсменов в период интенсивной физической нагрузки
O.A. Kolenchukova1,2, , L.V. Stepanova2, , A.M. Vyshedko2, , N.N. Demidko2, ,
Введение. Развитие системы физической подготовки требует тренировочного процесса, который можно настраивать с помощью объективных критериев для оценки реакции организма на физические нагрузки. Нарушение адаптивного потенциала организма происходит из-за экстремальных физических нагрузок в современном спорте [2, 4, 9, 11, 13, 14]. Антиоксидантная система – это система, которая активно участвует в адаптивных процессах. Каталаза – это фермент с мощными антиоксидантными свойствами. Он действует против свободных радикалов кислорода (ROS) и участвует в метаболизме; он расщепляет перекись водорода на воду и молекулярный кис- лород. Основные механизмы генерации АФК связаны с нарушением работы электроннотранспортных цепей митохондрий или микросом, особенно при низкой концентрации аденозиндифосфата, дефиците кислорода и при изменении свойств дегидрогеназ [1, 3, 10, 12, 21]. Учитывая, что физическая нагрузка в условиях гипоксии является характерной чертой некоторых видов спорта, в частности циклических, можно предположить, что в функционировании этой системы у спортсменов происходят значительные изменения. Экстремальные физические нагрузки, характерные для спорта, значительно влияют на систему ROS, вызывая изменения в ферментных системах.
Эти изменения могут быть как положительными, так и компенсирующими. В некоторых случаях они могут вызывать декомпенсацию, а также ингибировать антиоксидантные механизмы, накапливать радикалы кислорода в тканях и вызывать повреждение [5, 7, 8, 17, 18, 20]. Перекись водорода – один из самых мощных свободных радикалов. Он образуется в клетках организма под действием определенных ферментов в результате химических процессов. Накопление перекиси водорода в организме приводит к разрушению и гибели клеток. Каталаза, являясь гемопротеином, препятствует этому процессу. Однако для регулярных сокращений необходим незначительный физиологический уровень АФК в мышечных клетках, поскольку свободные радикалы, которые высвобождаются при разрушении мышечной ткани, служат важными регуляторами процессов восстановления, которые способствуют адаптации мышечной ткани к стрессу [4, 6, 15, 16, 19].
Методы и организация исследования. Для исследования была выбрана группа спортсменов (n = 25) в возрасте от 20 до 30 лет. Спортсмены занимались профессиональным спортом (футбол) и являлись кандидатами в мастера спорта (КМ). Спортсмены обучались на Европейских студенческих играх (предсо-ревновательный период) в течение 5 дней. Они получили обычную физическую нагрузку на 90 минут. До и после физической активности брали пробы слюны и измеряли частоту сердечных сокращений (ЧСС). Тестовый материал (слюна) собирали, прося спортсменов плюнуть в пробирку. Слюну брали дважды: до и после физической нагрузки.
Активность каталазы измеряли с помощью Н2О2-люминол-зависимой хемилюминесценции [1]. Хемилюминесцентное исследование (ХЛ) проводили на многомодовом микро-планшетном ридере TriStarLB 941 (Berthold) по следующей методике: 200 мкл слюны, 25 мкл люминола и 25 мкл 3 % Н 2 О 2 . ХЛ проводили в течение 5 мин, во время которых получали график динамики люминесценции образцов. Были зарегистрированы следующие параметры: t 0 (начальное время реакции), tmax (время до пика), Imax (максимальная интенсивность), A (амплитуда), Umax (скорость спада кривой), Smax (площадь хемилюминесцентного отклика) и тангенс угла наклона.
Данные были проанализированы с помощью программы Statistica 10. Статистическую значимость средних значений оценивали с помощью непараметрического критерия Вил-коксона. Данные обрабатывались путем расчета медианы и межквартильного размаха (процентили C25–C75). Для анализа силы корреляции между параметрами использовался метод Спирмена.
Результаты. Активность каталазы в слюне спортсменов анализировали до и после интенсивной физической нагрузки в течение 5 дней. Результаты коррелировали с параметрами ЧСС.
Показатели ЧСС у спортсменов достоверно различались до и после физической нагрузки на 3-и и 4-е сутки (рис. 1). График показывает, что ЧСС до и после физической активно-

Рис. 1. ЧСС у спортсменов до и после тренировочного процесса в динамике Fig. 1. HR in athletes before and after exercise over time
сти такая же, как и в 1-й день исследования. В последующие дни ЧСС после физических нагрузок была значительно выше.
Для активности каталазы в слюне спортсменов достоверная разница в t 0 и tmax наблюдалась до и после физической нагрузки на 2, 3, 4 и 5-й день тренировки (рис. 2, 3). Таким образом, результаты показали, что изучаемый параметр, характеризующий начало утилизации АФК, достоверно увеличивался после физических нагрузок на 2, 3 и 4-й день тренировок и снижался на 5-й день тренировки. После физической нагрузки tmax достоверно увеличивалось на 2-е сутки и снижалось на 3, 4 и 5-й день. Хемилюминесцентные параметры, в том числе интенсивность, амплитуда, скорость спада кривой и тангенс угла наклона, которые характеризуют активность каталазы в слюне, значительно увеличились после физической нагрузки на 3-й день тренировки
(рис. 4). По сравнению со значением, полученным до тренировки, Smax увеличилась после физической нагрузки на 5-й день тренировки (рис. 5). Таким образом, продукция каталазы увеличивается во время тренировки, что наблюдается по ее повышенной концентрации в слюне.
Максимальные значения Umax, характеризующие скорость утилизации свободных радикалов, наблюдались на 3-й день тренировки. Пик Umax также совпал с пиком ЧСС спортсменов. Максимальное количество свободных радикалов (Smax) наблюдалось после физических нагрузок на 4-й день тренировки. Следовательно, можно сказать, что пик выработки каталазы приходится на 3-й день тренировки. Разница показателей ЧСС до и после физической нагрузки увеличивается, а скорость нейтрализации свободных радикалов снижается. Таким образом, исследование

Рис. 2. Показатели t 0 у спортсменов до и после нагрузки в динамике Fig. 2. t 0 values in athletes before and after exercise over time

Рис. 3. Показатели tmax у спортсменов до и после нагрузки в динамике Fig. 3. tmax values in athletes before and after exercise over time

Рис. 4. Хемилюминесцентные показатели активности продукции каталазы (Imax (интенсивность), U (скорость), амплитуда кривой, тангенс угла наклона кривой) до и после физических нагрузок на 3-й день тренировочного процесса Fig. 4. Chemiluminescent measurements of catalase activity (Imax [intensity], U (rate), curve amplitude, slope tangent) before and after exercise on day 3

Рис. 5. Площадь хемилюминесцентной кривой у спортсменов до и после физической нагрузки на 5-й день тренировочного процесса Fig. 5. Chemiluminescent curve area in athletes before and after exercise on day 5
продемонстрировало снижение скорости нейтрализации свободных радикалов пероксида каталазой на 3-й день тренировки. С 4-го дня активируется антиоксидантная система, которая адаптируется к увеличению концентрации свободных радикалов в слюне.
Заключение. В этом исследовании мы показали корреляцию между уровнем каталазы в слюне и физической активностью [16]. Физическая активность вызывает стресс для организма; увеличивает окислительный стресс. Однако организм может адаптироваться к этому стрессу. Эту адаптацию мы можем наблюдать, анализируя динамические параметры уровня каталазы с 1-го по 5-й день тренировки.
Известно, что антиоксидантная система менее интенсивно перехватывает радикалы при стрессе из-за пониженной скорости нейтрализации АФК. Таким образом, наблюдается деградация системы антиоксидантной защиты предположительно в результате снижения активности ферментов системы пероксидазной защиты. Прооксидантная система также работает менее эффективно, о чем свидетельствует снижение показателей ХЛ максимальной интенсивности, амплитуды и светосуммы, которые указывают на количество каталазы. Тем не менее к 4-му и 5-му дню показатели стабилизируются и соответствуют уровням, наблюдаемым в 1-й день тренировочного процесса.
Список литературы Антиоксидантный статус у спортсменов в период интенсивной физической нагрузки
- Антиоксидантный статус как маркер здоровья студентов в период интенсивной умственной нагрузки / О.А. Коленчукова, Е.Н. Долгушина, А.А. Рюпина и др. // Гигиена и санитария. – 2018. – Т. 97. – № 4. – С. 332–336.
- Базарин, К.П. Динамика показателей антиоксидантного статуса у спортсменов, членов команды по спортивному ориентированию / К.П. Базарин, Н.М. Титова, С.А. Кузнецов // Бюл. Вост.-Сибир. науч. центра Сибир. отд-ния Рос. академии мед. наук. – 2013. – Т. 5 (93). – С. 9–12.
- Бельская, Л.В. Система перекисного окисления липидов и антиоксидантной защиты слюны при раке лёгкого / Л.В. Бельская, В.К. Косенок, Ж. Массард // Клинич. лабораторная диагностика. – 2018. – Т. 63, № 9. – С. 530–537.
- Биофизический анализ слюны в оценке функционального состояния организма спортсмена / А.М. Вышедко, Л.В. Степанова, О.А. Коленчукова, В.А. Кратасюк // Теория и практика физ. культуры. – 2019. – № 7. – С. 65–67.
- Показатели хеми- и биолюминесцентных тестов биологических жидкостей в оценке физического здоровья человека / С.Н. Деревцова, А.А. Романенко, О.А. Коленчукова и др. // Клинич. лабораторная диагностика. – 2020. – Т. 65, № 9. – С. 541–546.
- A covalent triazine framework as an oxidase mimetic in the luminol chemiluminescence system: application to the determination of the antioxidant rutin / H. Tan, Y. Zhao, X. Xu et al. // Mikrochim Acta. – 2019. – Vol. 187 (1). – P. 42. DOI: 10.1007/s00604-019-4058-5
- A non-invasive and qualitative bioluminescent assay for express diagnostics of athletes’ response to physical exertion / V.A. Kratasyuk, L.V. Stepanova, R. Ranjan et al. // Luminescence. – 2020. DOI: 10.1002/bio.3954
- Antioxidant capacity of human saliva and periodontal screening assessment in healthy adults / G.M. Tartaglia, N. Gagliano, L. Zarbin et al. // Arch Oral Biol. – 2017. – Vol. 78. – P. 34–38. DOI: 10.1016/j.archoralbio.2017.02.003. Epub 2017 Feb 5
- Antioxidants in Personalized Nutrition and Exercise / N.V. Margaritelis, V. Paschalis, A.A. Theodorou et al. // Adv Nutr. – 2018 – Vol. 9 (6) – P. 813–823. DOI: 10.1093/advances/nmy052
- Assessment of oxidative damage and enzymatic antioxidant system activity on the umbilical cord blood and saliva from preterm newborns with risk factors for early-onset neonatal sepsis / F.G. Coutinho, E.M.A Diniz, I. Kandler et al. // Rev Assoc Med Bras (1992). – 2018. – Vol. 164 (10). – P. 888–895. DOI: 10.1590/1806-9282.64.10.888
- Li, G. Exercise and Cardiovascular Protection / G. Li, J. Li, F. Gao // Adv Exp Med Biol. – 2020. – Vol. 1228. – Р. 205–216. DOI: 10.1007/978-981-15-1792-1_14
- Metabolic Disease Risk in Children by Salivary Biomarker Analysis / J.M. Goodson, A. Kantarci, M. Hartman et al. // PLoS One. – 2014. – Vol. 9 (6). – Р. e98799. DOI: 10.1371/journal.pone.0098799
- Peluso, I. Salivary and Urinary Total Antioxidant Capacity as Biomarkers of Oxidative Stress in Humans / I. Peluso, A. Raguzzini // Patholog Res Int. – 2016. – Vol. 2016. – P. 5480267. DOI: 10.1155/2016/5480267
- Resistance Training, Antioxidant Status, and Antioxidant Supplementation / A. Ismaeel, M. Holmes, E. Papoutsi et al. // Int J Sport Nutr Exerc Metab. – 2019. – Vol. 29 (5). – Р. 539–547. DOI: 10.1123/ijsnem.2018-0339
- Salivary Biomarkers for Detection of Systemic Diseases / N. Rathnayake, S. Åkerman, B. Klinge et al. // PLoS One. – 2013. – Vol. 8 (4). – P. e61356. DOI: 10.1371/journal.pone.0061356
- Salivary Biomarkers: Toward Future Clinical and Diagnostic Utilities / J.M. Yoshizawa, Ch. A. Schafer, J.J. Schafer et al. // Clin Microbiol Rev. – 2013. – Vol. 26 (4). – P. 781–791. DOI: 10.1128/CMR.00021-13
- Salivary markers of inflammation in response to acute stress / D.C. Slavish, J.E. Graham-Engeland, J.M. Smyth, Ch. G. Engeland // Brain Behav Immun. – 2015. – Vol. 44. – P. 253–269. DOI: 10.1016/j.bbi.2014.08.008
- Salivary markers of oxidative stress in oral diseases / L. Tóthová, N. Kamodyová., T. Červenka, P. Celec // Front Cell Infect Microbiol. – 2015. – Vol. 5. – P. 73. DOI: 10.3389/fcimb.2015.00073
- Spielmann, N. Saliva: diagnostics and therapeutic perspectives / N. Spielmann, D.T. Wong // Oral Dis. – 2011. – Vol. 17 (4). – P. 345–354. DOI: 10.1111/j.1601-0825.2010.01773.x
- The Role of Selenium Mineral Trace Element in Exercise: Antioxidant Defense System, Muscle Performance, Hormone Response, and Athletic Performance. A Systematic Review / D. Fernández-Lázaro, C.I Fernandez-Lazaro, J. Mielgo-Ayuso et al. // J.Nutrients. – 2020. – Vol. 12 (6). – P. 1790. DOI: 10.3390/nu12061790
- The role of the saliva antioxidant barrier to reactive oxygen species with regard to caries development / A. Jurczak, D. Kościelniak, A. Skalniak et al. // Redox Rep. – 2017. – Vol. 22 (6). – Р. 524–533. DOI: 10.1080/13510002.2017.1301625. Epub 2017 Mar 13