Musculus soleus крыс при физической нагрузке и действии L-карнитина и креатинфосфата

Потребности спортивной и реабилитационной медицины стимулируют поиск оригинальных лекарственных препаратов, не включенных в реестр допинговых средств ВАДА, защищающих организм атлетов при изнуряющих тренировочных и соревновательных нагрузках. В этом плане привлекают к себе внимание препараты метаболического типа действия, зарекомендовавшие себя как эффективные корректоры стрес-сорных и ишемических повреждений различных органов и систем организма [1–2]. К препаратам данного типа принадлежат в т. ч. L-карнитин и креатинфосфат [3–4]. Главными достоинствами метаболических средств являются идентичность их структуры природным биологически активным веществам и, следовательно, незначительная токсичность и высокая безопасность для организма [4]. Следует признать, что в настоящее время хорошо изучено действие L-карнитина и креатинфосфата на сердечно-сосудистую, иммунную и другие системы как в условиях эксперимента, так и при реальных спортивных нагрузках различного уровня [1; 5-6]. Однако в мировой литературе недостаточно освещены особенности действия подобных препаратов на скелетную мышечную ткань при моделировании физической нагрузки. При решении подобных задач необходимо учитывать наличие гетероморфности мышечных волокон в составе скелетных мышц млекопитающих. Принимая во внимание, что в большей степени физическую работоспособность атлетов обеспечивает аэробный тип энергопродукции, целью нашего исследования явилось изучение влияния L-карнитина и креатинфосфата на гистохимическую характеристику камбаловидной мышцы крыс, которая является мышцей оксида-тивного типа.

Обзор литературы

Скелетные мышцы млекопитающих и человека неоднородны по гистохимической, функциональной и метаболической природе. Состав их мышечных волокон детерминирован генетически и уникален для каждого биологического вида и конкретной мышцы. В зависимости от силы, скорости сокращения и развития утомления мышечные волокна подразделяются на быстрые (белые, гликолитические) и медленные (красные, оксидативные). Также между ними выделяют промежуточный тип мышечных волокон1. Медленные мышцы несут основную нагрузку у спортсменов, занимающихся циклическими видами спорта, которые требут большой выносливости.

Камбаловидная мышца у всех млекопитающих в основном образована медленными мышечными волокнами, тогда как содержание волокон быстрого типа минимально [7-9]. В связи с этим орган является весьма удобным объектом исследования адаптации волокон медленного типа к изменяющимся условиям внешней среды [10-12].

Материалы и методы

Эксперименты выполнялись на белых лабораторных крысах с массой тела 250-300 г. Животные содержались в стандартных условиях вивария при свободном доступе к воде и корму. Для моделирования динамической физической нагрузки животных ежедневно подвергали плаванию «до отказа» с дополнительной нагрузкой, составляющей 10 % от массы тела [13-14] в течение 20 сут.

Подопытные животные (n = 24) были разеделены на 4 группы (по 6 особей в каждой). Крысы, находящиеся в условиях стандартной двигательной активности составили контрольную группу № 1. Крысы групп № 2–4 подвергались ежедневной аналогичной динамической нагрузке и получали различную фарма- кологическую поддержку: группа № 2 – изотонический раствор хлорида натрия; группы № 3 и № 4 – соответственно L-карнитин («Элькар») и креатинфосфат («Неотон») в дозах по 100,0 мг/кг. Препараты вводили ежедневно однократно внутрибрюшинно в объеме 0,5 мл за 15–20 мин. до начала плавания. Через 1 сут. после последней тренировки животных выводили из эксперимента под эфирным наркозом, и препарировали камбаловидные мышцы (m. soleus), которые замораживали в жидком азоте.

Замороженный материал помещали в криостат-микротом OTF5000 (Bright, Великобритания) при -20 ˚С и готовили серию поперечных срезов толщиной 13 мкм, которые подсушивали на воздухе и производили гистохимическое окрашивание для определения активности щелочестабильной аденозинтрифосфотазы (АТФ-азы) миозина и сукцинатдегидрогеназной (СДГ) активности мышцы2 [15].

Фотосъемку микропрепаратов осуществляли с помощью микроскопа Eclipse Ni и цифровой камеры DS-Fi1 (Nicon, Япония) с программным обеспечением Nis.ElementsD.4.20.00. Количест- венно производили подсчет типирован-ных мышечных волокон, оценивали их процентное содержание в мышце, методом прямой морфометрии определяли диаметр волокон. Полученные данные обрабатывали статистически с помощью t-критерия Стьюдента.

Результаты исследования

Гистохимическое исследование камбаловидной мышцы крыс группы № 1 (рис 1, а) выявило присутствие в ее составе двух типов мышечных волокон: медленных (тип I) и быстрых (тип II). Анализ полученных результатов показал, что как и у других млекопитающих [8; 16] преимущественным типом мышечных волокон являются волокна I типа [17–18]. Данная морфологическая картина была неизменной у животных всех четырех экспериментальных групп (рис 1).

Количественный учет результатов АТФ-азной активности волокон представлен в табл. 1. Он свидетельствует о генетической предопределенности фенотипа мышечных волокон и неспособности физической нагрузки и изучаемых нами лекарственных средств модулировать данный показатель.

Т а б л и ц а 1

T a b l e 1

АТФ-азная активность и диаметр мышечных волокон musculus soleus крыс ATP-ase activity and diameter of muscle fibers of musculus soleus in rats

№ группы / Number of group	I тип (медленные волокна) / I type (slow fibers)		II тип (быстрые волокна) / II type (fast fibers)
	Доля, % / Proportion, %	Диаметр, мкм / Diameter, mkm	Доля, % / Proportion, %	Диаметр, мкм / Diameter, mkm
№ 1	94,7 ± 2,15	37,07 ± 0,923	5,3 ± 2,15	44,44 ± 0,695
№ 2	91,7 ± 3,15	42,09 ± 0,680#	8,3 ± 3,15	51,85 ± 0,646#
№ 3	94,6 ± 1,63	40,03 ± 1,337	5,4 ± 1,63	49,96 ± 0,815#
№ 4	91,4 ± 2,86	42,89 ± 0,851#	8,6 ± 2,86	48,90 ± 0,800*#

Примечание: # – отличия, достоверные при сравнении с группой № 1 (р < 0,05); * – отличия, достоверные при сравнении с группой № 2 (р < 0,05) / Note: # – differences, significant when compared with group № 1 (p < 0,05); * – differences, significant when compared with group № 2 (p < 0,05)

Р и с. 1. Musculus soleus крыс при гистохимическом выявлении АТФ-азы миозина (х 200): светлые мышечные волокна – I тип, темные мышечные волокна – II тип; а) группа № 1;

б) группа № 2; в) группа № 3; г) группа № 4

F i g. 1. Musculus soleus of rats with histochemical detection of myosin ATPase (x 200): Light muscle fibers – I type, dark muscle fibers – II type; A – group № 1; B – group № 2;

C – group № 3; D – group № 4

Однако, как показали наши исследования, динамическая физическая нагрузка способствует гипертрофии обоих типов мышечных волокон в составе камбаловидной мышцы. Следует отметить, что диаметр быстрых волокон меняется в несколько большей степени (+16,7 %) чем аналогичный показатель у волокон медленного типа (+13,5 %).

Оба фармакологических препарата способны модулировать процесс формирования гипертрофии мышечных волокон в составе камбаловидной мышцы. На фоне курсового применения L-карнитина не происходило статистически достоверного увеличения диаметра мышечных волокон I типа. Можно констатировать, что в отношении медленных волокон препарат блокирует развитие гипертрофии, опосредованной регулярной физической 444

нагрузкой. Диаметр волокон II типа на фоне коррекции препаратом, содержащим L-карнитин, также был несколько меньшим, чем у крыс группы № 2, однако статистически большим, чем у крыс без моделирования физической нагрузки. Следовательно, в отношении быстрых волокон L-карнитин лишь ограничивает степень выраженности гипертрофического процесса. Креатинфосфат не оказывал влияния на формирование гипертрофии медленных волокон камбаловидной мышцы. Его эффект на диаметр волокон II типа был однонаправленным с эффектом L-карнитина.

Далее мы оценили сукцинатдеги-дрогеназную активность мышечных волокон камбаловидной мышцы. Все волокна в составе m. soleus являются гистохимически активными. Однако

Патофизиология и экспериментальная медицина по выраженности активности сукцинатдегидрогеназы мышечные волокна были дифференцированы нами на 2 типа: волокна с высокой и промежуточной активностью (рис. 2, а). Как и в случае с АТФ-азой миозина ни один из факторов исследуемых нами не влиял на соотношение данных типов волокон в составе мышцы по ходу эксперимента (рис. 2). Статистически данный вывод подтвержден материалами, представленными в табл. 2.

Выполненный нами морфометрический анализ свидетельствует, что диаметр мышечных волокон с высокой активностью сукцинатдегидрогеназы меньше, чем с промежуточной активностью данного фермента (табл. 2).

Динамическая физическая нагруз- диаметра мышечных волокон с высокой активностью, но способствует гипертрофии волокон с промежуточной активностью сукцинатдегидрогеназы. Препараты L-карнитин и креатинфосфат не способствуют изменениям диаметра волокон с высокой активностью фермента у крыс групп № 3 и № 4 по сравнению с животными группы № 2. Однако диаметр волокон с высокой активностью СДГ на фоне терапии креатинфосфатом статистически превосходил диаметр аналогичных волокон животных группы контроля № 1.

Эффект креатинфосфата в отношении волокон с промежуточной активностью был аналогичным, тогда как L-карнитин, напротив, ограничивал выраженность гипертрофии таких во- ка не сопровождается увеличением локон.

Р и с. 2. Musculus soleus крыс при гистохимическом выявлении сукцинатдегидрогеназы (х 200): интенсивно окрашенные волокна – с высокой активностью фермента, средне окрашенные волокна – с промежуточной активностью фермента; а) группа № 1; б) группа № 2; в) группа № 3; г) группа № 4

F i g. 2. Musculus soleus of rats with histochemical detection of succinate dehydrogenase (x 200): intensively colored fibers – with high enzyme activity, medium-colored fibers – with intermediate enzyme activity. A – group № 1; B – group № 2; C – group № 3; D – group № 4

Т а б л и ц а 2

T a b l e 2

Активность СДГ и диаметр мышечных волокон musculus soleus крыс Activity of SDG and diameter of muscle fibers of musculus soleus in rats

№ группы / Number of group	Высокая активность / High activity		Промежуточная активность / Intermediate activity
	Доля, % / Proportion, %	Диаметр, мкм / Diameter, mkm	Доля, % / Proportion, %	Диаметр, мкм / Diameter, mkm
№ 1	19,9 ± 1,57	43,59 ± 0,599	80,1 ± 1,57	50,71 ± 0,557
№ 2	19,3 ± 1,93	44,73 ± 0,515	80,7 ± 1,93	54,65 ± 0,586#
№ 3	20,8 ± 1,61	44,63 ± 0,682	79,2 ± 1,61	52,47 ± 0,555*#
№ 4	21,3 ± 1,34	46,04 ± 0,655#	78,7 ± 1,34	54,49 ± 0,681#

Примечание: # – отличия, достоверные при сравнении с группой № 1 (р < 0,05); * – отличия, достоверные при сравнении с группой № 2 (р < 0,05) / Note: # – differences, significant when compared with group № 1 (p < 0,05); * – differences, significant when compared with group № 2 (p < 0,05)

Обсуждение и заключения

Полученные в ходе исследования данные свидетельствуют о том, что плавание животных «до отказа» не оказывает влияния на соотношение волокон с различными фенотипами в составе камбаловидной мышцы. Данный показатель является генетически детерминированным и не может быть модифицирован лекарственными препаратами метаболического типа действия. Однако диаметр мышечных волокон, во многом зависящий от активности экспрессии генов мышечных белков, способен подвергаться заметному изменению. Динамическая физическая нагрузка способствует развитию гипертрофии мышечных волокон различного типа. Метаболические средства, содержащие L-карнитин и креатинфосфат, либо не оказывают влияния на формирование гипертрофии (в большей степени креатинфосфат) либо ослабляют интенсивность гипертрофического процесса (в большей степени L-карнитин) в условиях динамической физической нагрузки и фармакологической коррекции продолжительностью 20 сут. В мировой литературе описан анаболический эффект L-карнитина и креатинфосфата [19] и даны рекомендации по использованию препаратов при циклических видах спорта. Однако в этих работах предлагается более длительный курс приема препаратов и как правило, более высокие дозы.

Таким образом, 20-суточный курс L-карнитина и креатинфосфата при эквивалентной длительности физической нагрузки не обладает анаболическим эффектом в отношении камбаловидной мышцы. С учетом данных литературы об их способности эффективно корригировать ряд негативных последствий интенсивных физических нагрузок у атлетов [6; 20], они могут рассматриваться в качестве средств помощи спортсменам различного уровня как лекарственные средства, не обладающие свойствами допинга. Преимуществом данных препаратов может яв- ляться их способность предупреждать локна [21–23]. Причем протекторный деструктивное действие физической эффект проявляется в меньших дозах нагрузки и стресса на мышечные во- и в значительно более ранние сроки.

Поступила 28.06.2017; принята к публикации 26.07.2017; опубликована онлайн 29.09.2017

Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

Submitted 28.06.2017; revised 26.07.2017; published online 29.09.2017

All authors have read and approved the final version of the manuscript.