Взаимосвязь между силовыми показателями тренированности и показателями кардиотренированности в основной и контрольной группе курсантов 4 и 6 курса

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Глава1.Введение

1.1 Актуальность проблемы

Поддержание активного образа жизни является важнейшим фактором сохранения и укрепления здоровья человека. Человеческое тело включает порядка 600 мышц, что составляет 40-50 % от общей его массы. Скелетные мышцы обладают глубокой приспособляемостью в ответ на воздействия окружающей среды. По последним данным, мышечная система выполняет регулирующие интегративные функции и способна воздействовать на многие другие системы организма путем синтеза и секреции мышцей цитокинов - классических модуляторов иммунной системы, принадлежащих к подгруппе миокинов [1].

В норме и при патологии огромную роль играет правильный баланс системных нейроэндокринных и местных аутакоидных регуляторных воздействий, которые должны разграничивать сферы своей компетенции, что достигается через соотношение их эффективных концентраций в тканях и системном кровотоке, при условии целостности мезенхимальных гисто-гематических барьеров и нормергической интенсивности продукции этих биорегуляторов. При патологии это саногенное равновесие местных и системных биорегуляторов нарушается, примерами чего могут быть как осрые (шок), так и хронические (метаболический синдром) патологические процессы и состояния [2].

Миокины обладают ауто, пара и эндокринными эффектами. Некоторые из описанных миокинов в основном влияют на физиологию мышечной ткани аутокринно, в то время как другие дополнительно оказывают системное воздействие и на другие ткани и органы.

Одним из наиболее изученных миокинов является интерлейкин-6 (ИЛ-6, IL-6). При выполнении длительных физических упражнений не только сокращающиеся, но и находящиеся в покое мышцы, выделяют ИЛ-6 в кровоток[3, 4]. Концентрация ИЛ-6 повышается как при наличии, так и в отсутствии повреждения мышц. Считается, что ИЛ-6 играет важную роль в воспалительном ответе необходимом для устранения мышечных повреждений, вызванных занятиями спортом [5].

Вместе с тем, миокиновая регуляция и ее взаимоотношения с системной нейроэндокринной регуляцией метаболизма пока остаются крайне малоизученными в норме, а тем более - при патологии, и через 15 лет с момента открытия первого миокина, по недавнему признанию основоположников этого направления, в данной области патофизиологии «теневых зон остается больше, нежели освещенных» [6].

Одной из особенностей физического упражнения является то, что оно приводит к одновременному увеличению концентрации про- и противовоспалительных медиаторов. Тонкий баланс между анаболическим и воспалительным/катаболическим ответом на упражнение будет определять эффективность тренировки и её последствия для здоровья, поскольку затрагивается вышеупомянутое системно-местное саногенное равновесие аутакоидной и нейрогормональной форм регуляции.

В балансе про- и противовоспалительных цитокинов важнейшее значение имеют конституционально-генетические особенности индивидов, например принадлежность к фенотипам, связанным с системной дисплазией соединительной ткани ((ДСТ), которая влияет на целостность и функцию мезенхимальных барьеров и может смещать равновесие местных и системных гуморальных регуляторов. Так, при марфаноидном фенотипе (МФ) в крови присутствует избыток цитокинов - трансформирующего фактора роста - бета (ТФРв) и лептина [7].

Недифференцированная или точнее, несиндромальная дисплазия соединительной ткани (НДСТ) - широко распространенное, гетерогенное, наследственное, мультисиндромальное состояние, в основе которого лежит нарушение метаболизма и самосборки соединительной ткани, в частности, её элементов: коллагена, эластина, ассоциированных с ними белков и протеогликанов [8]. У индивидов с НДСТ нет полного набора критериев синдрома Марфана или иных моногенных генетических диспластических ситндромов, но смешанный ряд их стигм присутствует. Известно, что люди с марфаноидным фенотипом - носители несиндромальных форм дисплазии НДСТ - обладают рядом особенностей опорно-двигательного аппарата и нейрогуморальной регуляции [9]. Кроме того, благодаря конституциональным особенностям (гипермобильность суставов, повышенная акробатическая гибкость, пластичность) лица МФ часто занимаются в спортивных секциях и добиваются выдающихся успехов в определенных видах спорта. Нарушение целостности и функции мезенхимальных барьеров при НДСТ, может способствовать системному распространению аутакоидов при воспалении, играя тем самым важную роль в балансе про- и противовоспалительных цитокинов. У марфаноидных подростков сформулирована и частично обоснована данными амнестических наблюдений, гипотеза о закономерной трансформации гипоталамического синдрома пубертатного периода в раннюю, осложненную аутоиммунными тироидитом, форму метаболического синдрома [10, 11]. Имеются данные об особенностях спортивной деятельности лиц с МФ, которые, с одной стороны, определяют их повышенные потенциальные возможности в тех или иных видах спорта, а с другой - ведут к повышенному риску для здоровья и не способствуют спортивному долголетию [12, 13].

Таким образом, представляется важным, изучить взаимосвязь конституциональных особенностей с метаболическими параметрами, цитокиновым профилем у лиц, практикующих регулярные тренировки.

В этом исследовании мы предположили, что при регулярной физической нагрузке, под влиянием аутакоидов и гормонов, будет изменяться профиль метаболизма и ряд соответствующих показателей плазмы крови, отражая изменения мышечной биоэнергетики.

Анализ динамики уровней ряда низкомолекулярных метаболитов, их связи с уровнем миокина IL-6 предоставит информацию о ходе индивидуальной адаптации организма спортсменов к нагрузке. Мы также предполагаем, что анализ изменений концентраций ряда промежуточных метаболитов, будет способствовать дальнейшему пониманию основных патогенетических механизмов синдрома перетренированности.

Цель исследования:

Целью настоящего фрагмента исследования служит изучения механизмов влияния аутакоидных и гормонально-метаболических факторов на показатели тренированности у лиц с различным соматотипом в условиях регулярных физических нагрузок и одинакового рациона питания, что перспективно для будущих оценок неинвазивными методами контроля уровня мышечной тренированности атлетов

1.3Задачи исследования:

1) Изучить литературные данные о роли мышечной ткани как эндокринного регулятора;

2) Получить в сопоставимых группах испытуемых новые данные о влиянии аутакоидных и гормонально-метаболических факторов на показатели тренированности;

3) Выявить особенности аутакоидной регуляции, клеточной биоэнергетики и метаболического профиля у лиц с признаками НДСТ

4) Сопоставить полученные данные с совокупностью накопленных по этому вопросу знаний, отраженных в мировой литературе.

5) Сделать выводы о верификации ключевых звеньев регуляции мышечного метаболизма, связанных с тренированностью.

Глава 2. Обзор литературы

Люди, активно занимающиеся спортом, в меньшей степени подвержены различным заболеваниям по сравнению с лицами, ведущими сидячий образ жизни. Гиподинамия служит одним из факторов риска развития атеросклероза и его осложнений, ожирения, сахарного диабета (СД) 2-го типа и некоторых других заболеваний [14]. За последние десятилетия был проведен ряд исследований, для того, чтобы количественно оценить профилактическое и лечебное действие физических упражнений. Однако, так как большой спорт сам представляет экстремальную нагрузку для организма и служит фактором риска травм и других форм патологии, не все когорты подходят для такого рода исследований [15]. Масштабное исследование, включавшее в себя 900 тыс. участников, которые находились под наблюдением не менее 20 лет, показало снижение риска смертности от различных причин на 33%, а риска развития сердечно-сосудистой патологии у лиц, регулярно практикующих физические нагрузки (ФН), -- на 35% [16]. Противовоспалительный эффект регулярных ФН может способствовать превентивному эффекту ФН в отношении ряда хронических болезней [17]. Известно, что ФН оказывают защитный эффект благодаря влиянию на энергетический баланс, не только путем расхода калорий непосредственно во время тренировки, а также через механизмы активации липолиза и утилизации глюкозы и жирных кислот [18,19]. ФН как стрессор неспецифически увеличивает антигипоксическую резистентность организма в применении к осрой гипоксии, а последняя является компонентом патогенеза широкого круга заболеваний и патологических процессов, а также обязательным звеном всякого танатогенеза, каковы бы ни были причины смерти [20]. ФН оказывает протективный эффект в отношении заболеваний, входящих в «кластер заболеваний физической неактивности». К нам относятся ожирение, СД 2 типа, артериальная гипертензия, атеросклероз и др. Данная группа заболеваний также входит в симптомокомплекс, получивший название метаболический синдром, в основе которого лежит снижение чувствительности тканей к инсулину (первичная инсулинорезистентность). Распространенность метаболического синдрома пропорциональна распространенности висцерального ожирения. При ожирении происходит накопление триглицеридов в жировой ткани. Известно, что липокиновая активность и её спектр у липоцитов разной, в том числе абдоминальной и иных локализаций, отличаются. Кроме того, триглицериды могут накапливаться не только в пределах жировой ткани, но и эктопически- в сердечной мышце, печени, скелетных мышцах. Согласно данным некоторых исследований, внутримышечное содержание липидов высоко у инсулинорезистентных лиц с выраженным риском развития диабета 2 го типа и сильно коррелирует с инсулинорезистентностью у лиц, ведущих сидячий образ жизни. Высокое содердание свободных жирных кислот, приводит к повышению концентрации промежуточных метаболитов, таких как диацилглицерин. Исследования invitro показали, что этот метаболит может активировать протеинкиназу C, приводя к фосфорилированию участка серин/треонин субстратов инсулинового рецептора (IRS-1 и IRS-2). В результате, снижается способность субстратов инсулинового рецептора активировать фосфатидилинозитол 3- киназу, приводя к сниженной транслокации транспортера глюкозы GLUT 4 в клеточную мембрану и уменьшению инсулин-опосредованного захвата глюкозы[22]. . Однако, внутримышечное содержание липидов также высоко у лиц, практикующих регулярные тренировки и имеющих нормальную массу тела, которые, как известно, имеют высокую чувствительность к инсулину, а также у атлетов, имеющих индекс массы тела, соответствующий ожирению (например, сумоистов). Данное явление получило название «атлетический парадокс». В ходе дальнейших исследований было установлено, что высокое внутримышечное содержание липидов является физиологической адаптацией, обеспечивающей высокие потребности мышц в данном субстрате, и сопровождается высокой окислительной емкостью митохондрий в отношении данного субстрата. Скелетные мышцы при атлетическом парадоксе, по-видимому, не ограничивают свои энергетические потребности глюкозой, а, подобно миокарду, потребляют значительные количества жирных кислот. Именно, высокая окислительная емкость позволяет поддерживать концентрации свободных жирных кислот низкими, несмотря на наличие избытка липидов в мышцах. На примере ряда исследований было показано, что гиподинамия приводит к снижению митохондриальной функции и тем самым к внутримышечному накоплению липидов, накоплению промежуточных метаболитов, таких как диацилглицерин, ацил-КоА, и инсулинорезистентности скелетных мышц

Известно, что физическая нагрузка может влиять на углеводный и липидный метаболизм через белки семейства PPAR, которые имеют свойство специфически связываться с PPAR-чувствительными элементами промоторов генов жирового и углеводного метаболизма и регулировать их транскрипцию ( это десятки разных генов). Известны гены PPARA,PPARG, PPARD, кодирующие соответствующие белки. Белки PPAR представляют собой ядерные рецепторы, которые активируются пролифераторами пероксисом и поэтому так называются [23]. На начальном этапе действия белков PPAR происходит связывание PPAR с лигандом (в качестве лиганда могут выступать насыщенные и ненасыщенные длинноцепочечные ЖК, их производные (эйкозаноиды), синтетические средства (лекарственные препараты: фибраты, тиазолидинедионы, лейкотриены и др.). Лиганды имеют свойство стабилизировать структуру белков PPAR, после чего происходит вязывание PPAR-лигандного комплекса с белком-гетеродимером - ретиноидным X-рецептором (RXR) и с PPAR-чувствительным элементом промотора гена-мишени. Далее происходит освобождение PPAR от корепрессора и связывание с коактиватором (напрмер,PGC-1б) и деконденсация хроматина. Комплекс опознается РНК-полимеразой и происходит инициация транскрипции гена-мишени.

PPAR-RXR комплексы активизируются при повышенных запросах в энергообеспечении, в том числе под влиянием физической нагрузки.

Семейство коактиваторов PPARг (PGC) является ключевым в коактивации транскрипции генов индукции биогенеза митохондрий [24]. Известно, что физические тренировки улучшают митохондриальную функцию, через синхронизацию бета-окисления жирных кислот и цикла трикарбоновых кислот, улучшая чувствительность к инсулину. Активируемый физической нагрузкой коактиватор транскрипции PGC1 alpha играет ключевую роль в регуляции метаболизма через эти пересекающиеся метаболические пути. PGC-1в коактивирует ряд ядерных рецепторов, в том числе рецептор витамина Д [25], регулирующего соотношение палео-, нео- и аутоиммунитета.

Трансгенные мыши, с мышечно-специфическим PGC-1б имеют повышенную экспрессию митохондриальных генов, активность митохондриальных ферментов и лучшие показатели тренированности и максимального потребления кислорода[25]. .

Полиморфизм G/Cpolymorphism в интроне 7 гена PPARб значительно влияет на тренированность атлетов [26]. . На большой когорте российских спортсменов было показано, что C-аллель этого гена был ассоциирован с лучшей силовой тренированностью, в то время как GG генотип был ассоциирован с хорошими результатами кардиотренированности[26]. .

Новую ступень в понимании прикладной медициной патогенного действия гиподинамии и саногенности физической активности открывает формирующееся в последние годы учение об органокинах и его важная часть - сложившаяся в фундаментальной медицине концепция эндокринных функций мышечной ткани. Последние данные горят о том, что мышечная система, важнейший компонент опорно-двигательного аппарата, более полифункциональна, чем представлялось ранее, и может синтезировать и секретировать цитокины - классические регуляторы иммунной системы,взаимодействующие с нейроэндокринным аппаратом, тем самым, воздействуя на многие системы организма.

Исследования показали, что скелетная мышца (так же, как кардиомиоциты и жировая ткань, а также гепатоциты) является эндокринным органом и вырабатывает миокины - биорегуляторы из группы органокинов (куда также относятся гепатокины, липокины и др.), действующие как паракринно и юкстакринно, так и эндокринно, дистантно -- через кровоток. При сокращении, скелетные мышцы выделяют ряд аутакоидов (сигнальных органических молекул короткодистантного беспроводникового действия), среди которых цитокины (и другие пептиды), противодействующие провоспалительным аутакоидам жировой ткани адипокинам. Термин миокины принято употреблять относительно тех пептидов, которые выделяются непосредственно клетками скелетных мышц. Тем не менее, термин также применялся более широко: к протеинам, синтезирующимся мышечной тканью и не входящим в состав миофибрилл.

Миокины взаимодействуют с клетками в аутокринной/паракринной манере в пределах мышцы, а при интенсивной продукции, возможно, и по эндокринному механизму -- через лимфу и кровь. Существует гипотеза, что миокины играют главную роль в регуляции взаимодействия между скелетной мышцей, печенью, клетками поджелудочной железы и жировой тканью [27].

Так, в самое последнее время установлено, что миокины (в частности, иризин) могут способствовать дифференцировке высокоактивной в отношении митохондриального окисления липидов бурой жировой ткани, липокины которой, в свою очередь, препятствуют изменениям, связанным с метаболическим синдромом. Но продукция самого ирисина в мышцах идет из липоцитарного предшественника и стимулируется гормоноподобным липокином сытых липоцитов - лептином [28]. Очевидно, что мышечная и жировая ткани формируют с печенью автономную периферическую саморегулирующуюся сеть, вступающую во взаимоотношения с центральной гипоталамической и панкреатической регуляцией метаболизма [1]. В этой сети миокины играют существенную роль.

Протеин становится кандидатом в миокины при определении экспрессии его гена в мышечной ткани путем выявления мРНК или гидролизатов протеина. Для идентификации протеина как миокина необходимо также подтвердить секрецию протеина в кровь (лимфу) мышечными клетками. На сегодняшний день, для исследования мышечной адаптации к различным типам ФН, необходимы повторные мышечные биопсии. Проявления адаптация состоят в накопительным эффекте изменения экспрессии генов в ответ на ФН [29].

По текущим представлениям, можно выделить несколько ключевых моментов концепции миокинов:

1. Миокины -- специфические цитокины или другие пептиды, которые продуцируются, экспрессируются и реализуют свои функции при непосредственном участии мышечных волокон.

2. Миокины могут оказывать аутокринное, паракринное и эндокринное действие.

3. Миокины являются частичными естественными антагонистами адипокинов, частично стимулируются липокинами и взаимодейсвуют с липокинами и гепатокинами в поддержании оптимальной чувствительности к инсулину и перераспределении энергоресурсов в организме.

4. Миокины обеспечивают защитное протекторное действие физических упражнений в отношении заболеваний, ассоциированных с малоподвижным образом жизни.

5. Мышцы реально производят сотни секретируемых продуктов, большинство из которых действуют лишь локально и не могут считаться эндокринными регуляторами.

6. К четко охарактеризованным миокинам относятся миостатин, LIF (LeukemiaInhibitoryFactor или фактор подавления лейкемии), IL-6, IL-7, BDNF (Brain-DerivedNeurotrophicFactor или нейротрофический фактор мозга), IGF-1 (Insulin-likeGrowthFactor или инсулиноподобный фактор роста I, соматомедин С), FGF-1 (FibroblastGrowthFactor или фактор роста фибробластов), FSTL-1 (лиганд фоллистатиноподобного белка), а также иризин. Частично охарактеризован в качестве миокина ИЛ-8.

В самое последнее время этот список пополнили биорегулятор взаимодействия мышц и кожи - ИЛ-15 и биорегулятор взаимодействия мышц и соединительной ткани - протеогликан декорин, известный как фактор ангиогенеза, стимулятор гипертрофии мышц и модулятор активности фиброгенного цитокина ТФРв, защишающий от формирования келоидных рубцов [4].

Системное действие медиаторов воспаления характеризуется многократным фазовым увеличением в крови концентраций циркулирующих провоспалительных и противовоспалительных цитокинов, природных антагонистов цитокинов и белков острой фазы, наряду с небольшим увеличением количества нейтрофилов и натуральных киллеров [29]. Эти регуляторы погружают организм в состояние вялотекущего хронического «ответа острой фазы», параллельно формируются условия для хронического стресса. Однако применение острых адаптивных механизмов в хроническом режиме по определению патогенно [30], что прямо влияет на ключевые моменты патогенеза многих хронических болезней в рамках так называемого «кластера заболеваний физической неактивности». Предполагается, что сеть миокинов выступает в качестве регуляторного аппарата, индуцированного физической нагрузкой и противодействующего провоспалительным адипокинам белого жира. Эта парадигма подводит концептуальную основу, объясняющую множественные последствия «сидячего образа жизни». Если эндокринные и паракринные функции мышцы не стимулируются сокращением, это вызовет дисфункцию ряда органов и тканей тела и повышенный риск развития метаболических нарушений, атеросклероза и его осложнений, онкологических заболеваний [31].

Первый выделенный миокин - интерлейкин-6 (Il-6, ИЛ-6) является наиболее изученным. Это гликопротеин с молекулярной массой 20-30 кДа. Он синтезируется мононуклеарными фагоцитами, фибробластами, лимфоцитами, гепатоцитами, миоцитами, эндотелиоцитами и другими клетками. Выявление ИЛ-6 в качестве миокина стало возможно после обнаружения увеличения его концентрации в плазме крови в 100 раз в ответ на интенсивную мышечную нагрузку [32]. Уровень циркулирующего IL-6 увеличивается в 100 раз после длительных физических нагрузок и снижается в период отдыха после тренировок [31,33]. Даже при отсутствии мышечного повреждения уровень ИЛ-6 повышается в сыворотке в ответ на ФН [34, 35]. Отмечен экспотенциальный рост уровня ИЛ-6 в плазме в ответ на ФН [37]. . Интенсивность, длительность ФН и объем вовлеченной мышечной массы оказывают влияние на степень повышения уровня ИЛ-6 в плазме [37]. Кроме того, выявлена секреция ИЛ-6 культурами мышечных клеток invitro, причем в ответ на мышечное сокращение и в этих моделях происходит увеличение секреции ИЛ-6 [38].

Выявление продукции ИЛ-6 скелетной мышцей при ФН породило новый интерес к метаболической роли ИЛ-6, давно известного как медиатор воспаления, эндогенный пироген и индуктор ответа острой фазы, особенно - его метаболических компонентов. Идентификация IL-6 в качестве миокина, принимающего участие в инсулин-сенсибилизирующем воздействии при выполнения регулярных физических нагрузок обеспечивает ему контрастную и, следовательно, парадоксальную роль в обменных процессах. Дело в том, что, с одной стороны, ИЛ-6 в заметных количествах продуцируется и высвобождается при ФН, когда усиливается чувствительность мышц к инсулину, а с другой стороны, сам ИЛ-6 являясь провоспалительным цитокином, связан с развитием ожирения и инсулинорезистентности жировой ткани и, частично, печени. Таким образом, ИЛ-6 играет одновременно двоякую роль [39], в разных режимах действия, -- как острый саногенныйи хронический патогенный агент, а также перераспределяет энергоресурсы в пользу их большего потребления мышцами, что предполагает его разное действие на потребление энергии разными мишенями.

Медицинские исследования за последние 20 лет, выявили, что при метаболических нарушениях, вызванных гиподинамией и перееданием, имеет место вялотекущая хроническая гиперпродукция медиаторов воспаления, в первую очередь - в жировой ткани [1], а также, по-видимому, в сосудистых стенках, что позволяет и атеросклероз, ускоряющийся в этих условиях, трактовать как аутоиммунно-воспалительный процесс [39]. Следовательно, поиск терапевтических стратегий подавления хронического воспаления, в первую очередь - системного действия его медиаторов, и идентификации молекул, вовлеченных в эти процессы имеет большоезначение. Тем не менее, выявление IL-6 в качестве миокина, принимающего участие в инсулин-сенсибилизирующем воздействии при выполнения регулярных физических нагрузок, предполагает контрастную и, следовательно, парадоксальную роль в обменных процессах. Рост уровня IL-6 в плазме крови связан с продолжительностью, интенсивностью нагрузки, с общей мышечной массой, участвующей в механической работе, и выносливостью. Этот миокин секретируется также Т-клетками и макрофагами и стимулирует иммунный ответ при механической травме и других вариантах ответа на повреждение. Гладкие миоциты в tunicamedia многих кровеносных сосудов также вырабатывают IL-6, что , возможно, связано с васкулитами и атерогенезом. В то же время IL-6 является сигнальной молекулой-регулятором метаболизма. Считается, что во время тренировки он действует как гормоноподобный фактор и мобилизует энергетические субстраты, влияя на их доставку в клетки мышц. ИЛ-6 реализует и свои противовоспалительные эффекты через ингибирующее действие на фактор некроза опухолей и ИЛ-1 и активацию антифлогогенных ИЛ-1ra и ИЛ-10. Локально, на сами мышцы, IL-6 действует через активацию каскада AMPK/PI3K. В этом случае повышается захват глюкозы и окисление жирных кислот мышечной тканью, причем известно, что IL-6 может накапливаться в мышце (то есть, выход его в плазму значительно меньше относительно всего объема синтезированного продукта). Кроме того, ИЛ 6 может действовать в качестве гормоноподобного вещества на периферии -- например, в печени, жировых клетках, гипоталамусе, усиливая процессы липолиза в жировой ткани, а также глюконеогенеза печенью и меняя установочную точку температурного гомеостаза. В обоих вариантах активности все эффекты ИЛ-6 осуществляются через рецептор семейства gp130 [27]. В зависимости от тренированности человека установлена связь между уровнем IL-6 в плазме и внутримышечным IL-6. При гиподинамии обнаруживается высокое содержание IL-6 в плазме, в то время как постоянные тренировки снижают этот показатель, увеличивая лишь уровень внутримышечной фракции цитокина. Эти факты позволили предположить, что хроническая гиподинамия ведет к резистентности относительно действия ИЛ-6, что и приводит к повышению его уровня в плазме крови. Известно, что введение IL-6 вызывает повышение чувствительности мышц к инсулину [40], что, ввиду большого вклада мышечной ткани в интегральное потребление энергоресурсов, может приводить к общему увеличению её показателей для целостного организма. Однако, паракринное действие ИЛ-6, произведенного липоцитами и клетками иммунной системы на сами липоциты, наоборот, снижает чувствительность жировых клеток к инсулину, как если бы данный регулятор давал именно мышцам приоритет в инсулинозависимом использовании энергоресурсов [41].

Другие исследования показали, что ИЛ-6 может увеличивать уровень окисления жирных кислот (через активацию каскада АМФ-зависимой протеинкиназы (AMPK), фосфорилирующей декарбоксилазуацетил-КоА, что делает малат менее доступным[42] . В то же время мыши с «нокаутным» геном ИЛ-6 быстро набирают избыточный вес и страдают ожирением различной степени [28]. Антивоспалительная активность IL-6 изучалась на моноцитах [43]. Известно, что лиганд TLR-рецепторов липополисахарид (LPS) индуцирует в моноцитах синтез ФНОб. Но ИЛ-6 подавляет этот синтез. Более того, при введении антител против ИЛ-6 у «нокаутных» по гену ИЛ-6 мышей отмечается повышенный уровень ФНОб. Таким образом, действие IL-6 многогранно: он влияет на метаболизм, обусловливая повышение энергообеспеченности мышечной ткани (захват глюкозы, реакции окисления жирных кислот, повышение содержания глюкозы в плазме за счет усиления глюконеогенеза печенью), возможно - в ущерб потреблению энергосубстратов липоцитами, а также подавляет синтез одного из важнейших цитокинов воспаления -- ФНОб.

Некоторые исследователи отмечают, что на ранних стадиях физических тренировок подъем концентрации IL-6 связан с гликоген-независимыми механизмами и обусловлен изменением уровня кальция в цитозоле миоцитов. При нарастании интенсивности мышечных сокращений и снижении концентрации гликогена в мышцах включаются механизмы, связанные с активацией митоген-активируемой-протеинкиназы (MAPK). Возможно, эти данные позволят подойти к единой точке зрения о том, какой интенсивности должна быть физическая нагрузка для улучшения интегрального метаболизма липидов, в частности, при ожирении [44]. IL-6 повышает стимулируемую инсулином мышечную и общую утилизацию глюкозы и поглощение глюкозы, а также окисление жирных кислот. [32]. Индуцированный физическим нагрузками IL-6, может быть потенциальным кандидатом, стимулирующим метаболические пути, улучшая усвоение глюкозы, повышая окисление жиров и регулируя регенерацию скелетной мускулатуры.

Другой цитокин, синтезируемый в том числе и мышцами, IL-8 был охарактеризован в 1987 г как фактор активации нейтрофилов.IL-8 относится к семейству хемокинов и известен как хемоаттрактант нейтрофилов. Вдобавок к свойствам хемокина, IL-8 действует как ангиогенный фактор. IL-8, как и IL-6, выделяется в ответ на мышечное сокращение. Концентрация IL-8 повышается в ответ на упражнения высокой интенсивности, такие как быстрый бег, который включает эксцентрические сокращения мышц (эксцентрическими в спортивной медицине называются упражнения с растяжением, при которых мышца удлиняется под нагрузкой). Концентрические упражнения (укорочение мышцы при ее сокращении) средней интенсивности не приводят к увеличению концентрации IL-8. Однако, интенсивная тренировка на велотренажере приводит в небольшой степени к увеличению концентрации ИЛ-8 [45]. Представляет интерес, в какой степени ткани индивидов с различной мобильностью (растяжимостью) опорно-двигательного аппарата, в частности - при НДСТ, склонны к образованию ИЛ-8 под эксцентрической нагрузкой.

В одном исследовании было обнаружено увеличение м РНКIL-8 в несколько раз в мышечных биоптатах у лиц завершивших 3-х часовой бег на беговой дорожке. В другом исследовании, концентрация м-РНК IL-8 также увеличилась в ответ на часовую поездку на велосипеде, но плазменная концентрация ИЛ 8 не изменилась [46].

Физиологическая функция ИЛ-8 в мышце остается неизвестной. По большей части, системное увеличение уровня ИЛ-8 происходит за счет ответа на воспаление, имеющее место микроповреждениях, неизбежных в малорастяжимых тканях при мышечном сокращении с эксцентрическим компонентом. Так, увеличения концентрации ИЛ-8 в плазме в ответ на концентрическое упражнение не было выявлено. Однако при измерении артериовенозной концентрации во время и после концентрического упражнения, было выявлено небольшое выделение ИЛ-8, которое не привело к системному увеличению ИЛ-8 в плазме. Тот факт, что высокая локальная экспрессия ИЛ-8 происходит в работающей мышце, а в плазму выделяется лишь небольшое количество ИЛ- 8, соответствует концепции системно-местного защитного равновесия [47]и указывает на то, что ИЛ-8 действует локально, в пределах мышцы.

Наиболее вероятно, что функцией ИЛ-8 выделяющегося мышцей является стимуляция ангиогенеза. ИЛ-8 связывается с рецептором 1-го и 2-го подтипов (CXCR1 andCXCR2). Он индуцирует свой хемотактический эффект через CXCR1, в то время как, CXCR2 который экспрессируется микроваскулярными эндотелиальными клетками человека, является рецептором, отвечающим за ангиогенез, индуцируемый ИЛ-8[45].

Была исследована экспрессия рецептора ИЛ-8CXCR2 в биопсиях скелетных мышц человека после концентрического упражнения. В образцах, полученных после тренировки испытуемых на велосипеде, было выявлено значительное увеличение экспрессии м-РНК CXCR2 в скелетных мышцах по сравнению с образцами, взятыми до тренировки [46].

Таким образом, на основании того, что концентрическое упражнение индуцирует экспрессию м-РНК CXCR2 и белка в сосудистых эндотелиальных клетках мышечных фибрилл, можно сделать предположение, что ИЛ-8, выделяемый мышцей, действует локально, стимулируя ангиогенез через рецептор CXCR2.

В своей работе PedersenB.K.etal. предположили, что ИЛ-8 должен быть классифицирован как потенциальный миокин [45].

Итак, функции мышц не сводятся только к сокращению и поддержанию позы. Мышечную ткань необходимо рассматривать и как секреторный орган -- регулятор метаболизма и функций других органов. Концепция миокинов помогает осознать молекулярные процессы, лежащие в основе интегральной адаптации движущегося организма. Более того, как показали эксперименты, цитокины мышечной природы оказывают ряд благоприятных эффектов на метаболизм в самых разных аспектах: через активацию различных сигнальных систем. Причем, самое важное заключается в возможности применять новые знания в клинике -- прежде всего в реабилитационной медицине, лечебной физической культуре, врачебном контроле занятий физкультурой и спортом.

Следует отметить, что, несмотря на ряд исследований, проведенных в этой области с того момента, как была сформулирована концепция миокинов, вокруг данной темы ведется активная полемика, а гипотеза о протективной роли миокинов при «болезнях цивилизации» далеко не всеми авторами разделяется [48]. Несмотря на то, что функционирование миокинов остается не до конца исследованной актуальной темой, уже сегодня можно говорить о существенных профилактических свойствах умеренных физических нагрузок на организм человека относительно целого ряда заболеваний, а именно: рака молочной железы и толстой кишки, сахарного диабета 2 типа, болезней сердечно-сосудистой системы, прежде всего, атеросклероза и его осложнений, ожирения, стеатоза печени и прочих недугов, ассоциированных с понятием «метаболический синдром». Механизмы этого действия физических нагрузок различны, а перекрестное общение разнообразных мезенхимальных и эпителиальных производных в организме, по-видимому, не менее важно в норме и при патологии, чем нейроэндокринная регуляция, опосредованная ЦНС и эндокринной системой. Более того, существует, выражаясь словами известного писателя-футуролога А.Р. Беляева (1932), «рабочее самоуправление клеток» [49], которое в организме не менее важно, чем центральные регуляторные воздействия, и в силу этого периферические ткани и органы (мышечная, жировая, лимфоидные органы, печень) для эффективной регуляции не имеют постоянной необходимости обращаться к центральному звену. Обращает на себя внимание факт, что из 17 описанных миокинов 10 секретируются также жировой тканью, и, к тому же [50], липокины могут быть предшественниками (белок FNDC5 липоцитов - для иризина мышц) или стимуляторами миокиновой секреции (лептин липоцитов для иризина мышц). Порой метаболическое действие этих органокинов на разные ткани противоположно. Ярким примером такой «бинарности» служит ИЛ-6.

Возникает вопрос: как может цитокин одновременно участвовать в воспалительном сигналинге при ожирении и вызывать положительные противовоспалительные эффекты во время ФН? Какую роль играет двустороннее взаимодействие между клетками жировой и мышечной ткани? По- видимому, важен острый либо хронический паттерн сигнализации.У здорового человека с нормальной массой тела поперечно-полосатая мышечная ткань является самой широко представленной в теле, составляя 40-60% от его общей массы, в то время как на жировую ткань приходится 20-35%. У лиц с ожирением процент жировой массы возрастает, в результате чего повышается концентрация провоспалительных цитокинов, в то время как доля регуляторов, секретируемых мышечной тканью, снижается вследствие сидячего образа жизни. Это приводит к дизбалансу про- и противовоспалительных цитокинов с последующим развитием метаболических нарушений. Во взаимодействие между мышечной и жировой тканью, может вмешиваться иммунная система, генерируя различные аутоантитела, способные вызывать эффект агонистов и антагонистов в отношении рецепторов разных цитокинов, а также сами эти цитокины. Другой важный фактор - структурно-функциональная целостность мезенхимальных барьеров, делающих действие паракринных регуляторов местным, ограничивающих воспаление очагами. Их способность противостоять системному распространению аутакоидов при воспалении, определяет насколько вероятный эффект того или иного миокина, липокина, гепатокина, цитокина - остается юкста- и паракринным, не достигая эндокринных рамок [2]. При этом решающее значение могут иметь конституционально-генетические особенности индивидов, например принадлежность к фенотипам, связанным с системной дисплазией соединительной ткани, которая влияет на целостность и функцию таких барьеров.

Соматотип можно рассматривать как совокупность генетических и фенотипических маркеров, характеризующих состояние реактивности и профиль индивидуального развития [51]. Конституция включает наследственные признаки, но не является прямым отражением генотипа в силу наличия доминирования, эпистаза, неполной пенетрантности аллелей, порогового действия внешних факторов на экспрессию генов, геномного импринтинга и т. д. По сути, конституция является формой групповой реактивности, сопрягающая телосложение с определенным паттерном функционирования иммунонейроэндокринного аппарата [52]. Т. И. Кадурина выделяет дифференцированные (в зарубежной литературе -- «синдромальные») дисплазии соединительной ткани (ДСТД) и недифференцированные (несиндромальные) формы дисплазии соединительной ткани (НДСТ). Дифференцированные дисплазии соединительной ткани имеют в основе конкретный моногенный дефект, проявляющимся полным набором четко очерченных симптомов такие как синдромы Марфана, Черногубова-Элерса-Данло, Лёя-Дитца, MASS-фенотип и др. Недифференцированные (ср. зарубежный термин «несиндромальные») дисплазии СТ (НДСТ) могут иметь место, когда у пациента присутствует смешанный набор признаков марфаноидного и иных фенотипов, не укладывающийся полностью ни в одну из моногенных ДСТД.

Недифференцированная дисплазия соединительной ткани (НДСТ) является широко распространенным, гетерогенным, наследственным, мультисистемным пограничным состоянием конституции, в основе которого лежит нарушение метаболизма и самосборки соединительной ткани. [9].

Как правило, наибольшим потенциалом для спорта обладают дети и юношество смешанного (диспластического) фенотипа[54]. С другой стороны, спортивный потенциал может снижаться при наличии крайне выраженных признаков НДСТ, особенно гипермобильности суставов[54]. НДСТ это не заболевание, а конституционально обусловленное состояние (сродни классическому понятию конституционального диатеза по А.А. Богомольцу, то есть крайнего пограничного варианта нормы), предрасполагающее к формированию ряда клинических синдромов и хронических болезней [55]. Неустойчивость мезенхимальных производных, включая опорно-двигательный аппарат, к энергетической и пластической депривации, обусловленной гиперкортицизмом, присущим тренировочно-соревновательным стрессам, присуща любым вариантам НДСТ и рано проявляется [54]. Нарушение целостности и функции мезенхимальных барьеров при НДСТ, может способствовать системному распространению аутакоидов при воспалении, играя тем самым важную роль в балансе про- и противовоспалительных цитокинов, особенно тех, которые освобождаются при мышечной работе. У марфаноидных подростков сформулирована и частично обоснована данными катамнестических наблюдений и клинико-патофизиологических исследований, гипотеза о закономерной трансформации гипоталамического синдрома пубертатного периода в раннюю, осложненную аутоиммунными тироидитом, форму метаболического синдрома, причем в этом играют роль избыток как некоторых центральных регуляторов (пролактин), так и аутакоидов (ТФРв1-2 и лептин) [56]. Установлена важная маркерная прогностическая для развития МС роль синтезируемого при этом продукция в избытке такими подростками белка острой фазы церулоплазмина, концентрации которого чувствительны к ряду цитокинов воспаления, в частности, к ИЛ-6 [57, 59].Таким образом, представляется важным, изучить взаимосвязь конституциональных особенностей НДСТ с метаболическими параметрами. Благодаря конституциональным особенностям (гипермобильность суставов, повышенная акробатическая гибкость, пластичность) лица с НСДС часто занимаются в спортивных секциях и добиваются выдающихся успехов в определенных видах спорта(среди них есть много олимпийских чемпионов и призеров). Но как отражается эта гибкость на продукции их тканями органокинов - не изучено.

Изменения в анаболическо-катаболическом про- и противовоспалительном гормонально - аутакоидном балансе могут быть использованы у спортсменов и у регулярно тренирующихся лиц (то есть, физкультурников) в качестве критерия интенсивности тренировки в индивидуальном и командном спорте, а возможно, и послужить основой для создания методов физической терапии заболеваний, ассоциированных с метаболическим синдромом, особенно его ранними формами.

Отмечая положительные аспекты физической активности, важно подчеркнуть, что ФН не всегда и не у всех оказывает равнозначный и равномасштабный противовоспалительный эффект. Несколькими исследованиями было показано значительное увеличение уровней провоспалительных цитокинов (ИЛ-6, ИЛ-1, ФНО) как результат различных типов ФН. Интересно, что упражнение в этих исследованиях было связано со значимым увеличением уровня ИЛ-1ra -- антагонистов рецептора ИЛ-1, провоспалительного медиатора. Вероятно, что ИЛ-6 является цитокином, наиболее чувствительным к воздействию ФН. Считается, что ИЛ-6 необходим для восстановления после мышечного повреждения, вызванного ФН. Одной из интересных особенностей ФН является то, что она приводит к одновременному повышению уровней аутакоидов-антагонистов. Как было замечено ранее, с одной стороны, ФН стимурирует анаболический компонент оси гормон роста-IGF-1, а с другой стороны, при ФН повышается уровень катаболических провоспалительных цитокинов (ИЛ-6, ИЛ-1, ФНО). ФН могут приводить к одновременному повышению концентраций катаболических гормонов, таких как кортизол, и к увеличению уровня противовоспалительных цитокинов (ИЛ-1ra). Это указывает на наличие нескольких взаимодействующих контролирующих механизмов различного (системного, регионального, местного) уровней и на необходимость оптимальной адаптации к ФН. Очень тонкий баланс междупро- и противовоспалительным ответом на ФН будет определять оптимальную адаптацию и последствия для здоровья. Если противовоспалительный ответ будет сильнее, чем провоспалительный, ФН приведут к увеличению тренированности и росту мышечной массы. Более выраженный катаболический ответ, особенно если он сохраняется длительное время, может привести к перетренированности.

Таким образом, индуцированный физическим нагрузками IL-6 может быть потенциальным стимулятором метаболических путей, улучшающих усвоение глюкозы, повышающих окисление жиров и регулирующих регенерацию скелетной мускулатуры. Понимание роли IL-6 в регулировании углеводного и жирового обменов, может позволить выработать стратегию не только дозирования физических нагрузок, но и адекватного восстановления, при котором организм адаптируется к регулярным физическим тренировкам.

Согласно литературным данным, был проведен протеомный анализ секретируемых клетками скелетных мышц белков человека, но регулирование миокинами физических нагрузок оценивалось лишь на уровне м-РНК, без отслеживания динамики этих регуляторов в системном кровотоке [60]. Изучение внутриклеточных сигнальных путей, связанных с IL-6, необходимо для понимания метаболизма при адаптации к ФН. Известно, что индуцированная сократительная активность в мышечных клетках человека сопровождается укорочением саркомеров, активизацией АМФ-активируемой протеинкиназы и увеличением секреции IL-6 [38].

В состоянии покоя мышцы ген IL-6 «молчит», но быстро активируется при сокращениях. Скорость транскрипции его выше, чем у любого другого гена в мышцах и возможно многократное увеличение динамической концентрации транскрипта. IL-6 модулирует уровень углеводных субстратов в скелетных мышцах, причем предполагается, что IL-6 действует как «поставщик энергии».

Кроме того, мышцы, продуцирующие IL-6, вероятно, ингибируют производство TNF-б и, таким образом, преодолевают TNF-б-индуцированнуюинсулинорезистентность. IL-6 опосредовано активирует утилизацию глюкозы и жирных кислот через активацию окисления при действии инсулин-стимулированной аденозинмонофосфат-активированной протеинкиназы (AMPK), регулируя энергетический гомеостаз миоцитов.

Еще классик патофизиологии П.М. Альбицкий в 1918 г. показал, что в системе обмена веществ нет чистых «шлаков», то есть ненужных метаболитов, лишенных регуляторных потенций [61].

Промежуточные метаболиты, образующиеся в результате длительных тренировок, принимают участие в поздней стадии перехода к полному окислению жирных кислот и регуляции потребления аминокислот и лактата для глюконеогенеза. Подмножество метаболитов, в том числе - незаменимых факторов питания, активируется при пиковой кратковременной нагрузке: в их число входят такие как глицерол, никотинамид, глюкозо-6-фосфат, пантотенат и сукцинат. Они индуцируют экспрессию орфанного ядерного рецептора NR4a1. Ген NR4a1, как известно, является геном ранней индукции факторов стресса, а орфанный ядерный рецептор NR4A играет важную роль в поддержании клеточного гомеостаза[62,63].Анализ физических и химических свойств низкомолекулярных метаболитов, их связи с уровнем и экспрессией IL-6 и взаимодействием с геном ранней индукции факторов стресса - существенны при ФН, которую всегда рассматривают как классический стрессор. Эти характеристики отражают взаимодействие между геномными и пост-транскрипционными механизмами, которые модулируют индивидуальную физиологическую адаптацию к окружающей среде и, таким образом, влияют на фенотипические параметры [63]. Основные механизмы: такие как характер изменений мышечного метаболизма белков и аминокислот, их взаимосвязь с с уровнем и экспрессией IL-6 и NR4a1, к настоящему моменту недостаточно хорошо изучены [64]. В данном исследовании предполагается, что при регулярной физической нагрузке будет изменяться профиль метаболических показателей плазмы, отражая изменения мышечной биоэнергетики. Предполагается также, что анализ изменений промежуточных метаболитов, будет способствовать дальнейшему пониманию основных адаптационных механизмов и разаботке подходов, способствующих предупреждению и преодолению синдрома перетренированности. Таким образом, необходима характеристика промежуточных метаболитов плазмы при регулярных физических нагрузках, чтобы рассмотреть новые возможности для будущих оценок неинвазивных методов контроля тренированности мышц.В целом, основным ожидаемым фундаментальным результатом работы является получение новых знаний о механизме миокин-индуцированной регуляции метаболизма мышечной ткани при регулярных физических нагрузках. В прикладном отношении это,вероятно, позволит найти профилактические и терапевтические решения для предотвращения синдрома усталости мышц и повысить физическую выносливость при различной степени интенсивности физических нагрузок. Определение роли миокинов в регуляции энергетического, углеводного и липидного обменов, в частности, понимание молекулярной динамики IL-6 и его влияния на образование промежуточных метаболитов энергетического метаболизма актуально для определения ключевые звеньев приспособления к физической нагрузке и с точки зрения проблемы иммунодепрессии, выводящей спортсменов из строя как раз в период наиболее стрессирующей соревновательно-тренировочной нагрузки, поскольку необходим поиск таких режимов мышечной деятельности, которые не препятствуют нормализации функций иммунной системы.

Таким образом, изучение литературы показывает, что избранные цель и задачи фундаментально содержательны: для развития новой концепции органокиновой регуляции и для обоснования принципа системно-местного регуляторного равновесия, а также актуальны в прикладном отношении: для спортивной медицины, лечебной физкультуры, кардиологии, эндокринологии, ортопедии и травматологии, восстановительной медицины.

Кроме того, представляет очевидный интерес, с точки зрения изучения патогенеза НДСТ и связанных с ней расстройств, каковы особенности миокинового спектра и матаболома при НДСТ, в первую очередь - в подростковый период, когда формирование организма и, в частности, опорно-двигательного аппарата и нейроэндокринной системы еще не завершено и находится, по выражению Ю.И. Строева и Л.П. Чурилова, в постнатальном критически-сенситивном периоде [10], еще до полного развития коморбидных с НДСТ заболеваний.

Глава 3. Материалы и методы исследования

3.1 Дизайн и методы исследования

Клиническая характеристика исследованных курсантов и объем выполненных исследований

Ввиду необходимости стандартизации дополнительных факторов, влияющих на состояние обмена и уровни биорегуляторов (пол, возраст, образ жизни, питание и др.), для исследования был избран организованный контингент с высоким и контролируемым уровнем физической активности и типовыми условиями жизни. Во время планового медицинского обследования, было с их добровольного информированного согласия исследовано 72 курсанта Суворовского училища (г. Санкт-Петербург), из них 32 учащихся 4-го курса и 40 учащихся 6 курса. Подгруппы разного возраста были выделены ввиду того, что в 14-17 лет идет интенсивный пубертатный скачок в развитии нейроэндокринной системы и локомоторного аппарата, делающий объединение всех подростков в единый контингент методологически некорректным. Все исследуемые прошли клиническое обследование с привлечением врачей-специалистов на базе училища и привлекались к исследованию только будучи практически здоровыми, без острой патологии и установленных диагнозов хронических заболеваний. У всех подростков были оценены показатели физического развития и рассчитан индекс массы тела по А. Кетле. При объективном осмотре и сборе анамнеза особое внимание обращалось на наличие стигм НДСТ: сколиоза, деформаций грудной клетки, плоскостопия, вальгусной деформации стоп, протрузии тазобедренных суставов, лицевых дизморфий, долихостеномелии, гипермобильности суставов выше критического уровня по шкале Бейтона, кожных стрий, миопии, астигматизма, межпальцевых перепонок, арахнодактилии (по критериям ВНОК - [66]).

Признаки НДСТ верифицировались с помощью клинических тестов [56], которые включали:

1. Симптом «большого пальца» (Steinberg I). Большой палец легко укладывается поперек ладони и в этом положении концевой отдел ногтевой фаланги выступает за ее ульнарный край, независимо от того достигается этот выход с помощью исследователя или без нее.

2. «Симптом запястья» (Walter-Murdoch): испытуемый легко охватывает запястье мизинцем и большим пальцем, при этом кончик большого пальца перекрывает весь ноготь пятого пальца.

Кроме того, производилось взятие крови для исследования показателей липидного и углеводного метаболизма. Были определены уровни гемоглобина, эритроцитов крови, общего холестерина, ТГ, ХС ЛПВП, ХС ЛПНП, ХС ЛПОН, фибриногена, глюкозы, С-пептида, инсулина, тестостерона.

У младщих подростков - курсантов 4 го курса было также проведено исследование методами метаболомики ключевых метаболитов плазмы крови, характеризующих разные звенья энергетического и пластического обмена (3-гидроксибутират, ацетат, аланин, бетадин, карнитин, холин, цитрат, креатин, креатинин, глутамин, глицин, изолейцин, лактат, лейцин, метанол, орнитин, фенилаланин, треонин, тирозин, валин), определен уровень в плазме миокиновых цитокинов И-6 и ИЛ-8, а также определены концентрации внутриклеточной и, раздельно, внутримитохондриальной АТФ.

У всех курсантов в период обследования были зарегистрированы результаты сдачи физкультурных нормативов. Нормативы включали в себя время, показанное в беге на 1км (скоростная выносливость), в беге на 100 м (мощность), и количество выполненных в контрольный срок подтягиваний (сила мышц плечевого пояса).