THE ELEMENTAL AND BIOCHEMICAL PROFILES OF DISABLED ATHLETES

Full Text

В России со стороны государства и общества уделяется все большее внимание паралимпийскому спорту. Благодаря активному развитию системы управления адаптивной физической культурой число людей с ограниченными возможностями, занимающихся спортом, за последнее десятилетие возросло в несколько раз. К 2016 году в России количество таких граждан составило 12,1 % от числа инвалидов, не имеющих противопоказаний для занятий. В 2004 году данный показатель был всего лишь 2 %. Спорт связан со значительными физическими и психоэмоциональными нагрузками. Длительное функ- 52 Экология человека 2018.06 Медицинская экология ционирование организма в таких условиях, особенно в сочетании с несбалансированным рационом, может стать причиной истощения резервных возможностей и вызвать изменения в обмене веществ [1, 2, 5]. Отдельно стоит отметить паралимпийский спорт, в котором люди с ограниченными возможностями испытывают еще большие нагрузки на организм и при этом показывают хорошие достижения. Один из видов спорта в зимней паралимпийской программе - следж-хоккей. Следж-хоккей, или хоккей на санях, представляет командную игру на льду для мужчин с поражением опорно-двигательного аппарата нижней части тела (ампутация, паралич и т. п.). Для достижения более высоких спортивных результатов и сохранения здоровья паралимпийцев специалисты, работающие в области спортивной медицины, обращают повышенное внимание на обеспеченность организма химическими элементами, так как макро- и микроэлементы играют важнейшую роль, прямо или косвенно участвуя во всех процессах жизнедеятельности. В последние годы начинают приобретают популярность медицинские технологии повышения функциональных возможностей организма путем оптимизации минерального обмена с использованием препаратов, содержащих необходимые макро- и микроэлементы [6]. Они имеют целый ряд преимуществ, включая отсутствие побочных эффектов, более адекватную и направленную коррекцию метаболизма, иммунной системы и их регуляции [3]. Однако для применения данной медицинской технологии необходима детализация особенностей минерального обмена различных групп, объединенных территорией проживания, состоянием здоровья, местом работы и образом жизни. Благодаря этому будет возможна целенаправленная коррекция функционального состояния организма спортсмена. Цель исследования - изучить биохимические показатели крови и элементный состав волос спортсменов с ограниченными возможностями здоровья. Методы В исследовании приняли участие мужчины-спортсмены следж-хоккейного клуба (n = 15) в возрасте от 20 до 40 лет, у которых в анамнезе была ампутация нижних конечностей. Все участники команды обследовались спортивным врачом и допускались к тренировкам. Контрольную группу (n = 20) представляли практически здоровые мужчины аналогичного возраста, не занимающиеся спортом, работающие на вредном производстве. Все обследованные на протяжении последних 5 лет проживали в г. Оренбурге. Критерием исключения из исследования явилось наличие острых и обострение хронических заболеваний. Определение биохимических показателей крови проводили с помощью биохимического анализатора CS-T240 («Dirui Industrial Co., Ltd», Китай) с ис пользованием коммерческих биохимических наборов Randox (США). Изучение содержания металлов в волосах человека является неинвазивным и достаточно информативным методом. Отбор проб осуществлялся в соответствии с рекомендациями МАГАТЭ, путем состригания с 3-5 мест на затылочной части головы в количестве не менее 0,1 г. Анализ образцов волос проводился в лаборатории АНО «Центр биотической медицины», Москва (аттестат аккредитации ГСЭН^и.Ц.О.А.311, регистрационный номер в государственном реестре РОСС R.U.001. 513118 от 29.05.2003). Содержание химических элементов в волосах определяли методами атомно-эмиссионной и масс-спектрометрии с использованием масс-спектрометра Elan 9000 (Perkin Elmer, США) и атомно-эмиссионного спектрометра Optima 2000 V (Perkin Elmer, США). В общей сложности были получены данные о содержании 23 химических элементов. Результаты сопоставлялись со среднероссийскими значениями содержания химических элементов в волосах (25-75q), принятыми за рекомендуемый диапазон [15]. Данные обрабатывались при помощи методов вариационной статистики, с использованием статистического пакета StatSoft STATISTICA 6.1.478 Russian, Enterprise Single. Хранение результатов исследования и первичная обработка материала проводились в оригинальной базе данных Microsoft Excel 2010. Проверка соответствия полученных данных нормальному закону распределения осуществлялась при помощи критерия согласия Колмогорова. Гипотеза о принадлежности данных нормальному распределению была отклонена во всех случаях с вероятностью 95 %, что дало обоснование применять непараметрические процедуры обработки статистических совокупностей. Взаимосвязи между параметрами оценивали при помощи метода ранговых корреляций Спирмена. Для определения тесноты связи между изучаемыми признаками проводили вычисление коэффициента корреляции (r). Коэффициенты корреляции оценивались следующим образом: менее 0,3 - слабая связь, от 0,3 до 0,5 - умеренная, от 0,5 до 0,7 - значительная, от 0,7 до 0,9 - сильная и более 0,9 - очень сильная. Результаты При оценке биохимических показателей крови были получены следующие результаты (табл. 1). Как видно из представленной таблицы, медиана биохимических показателей всех обследованных соответствовала рекомендуемым значениям. Однако значения 75 квартиля были выше у спортсменов по глюкозе, билирубину, АлАТ и АсАТ. При рассмотрении индивидуальных анализов повышенные значения глюкозы выявлены у 40 % спортсменов, АлАТ - у 33 %, прямого билирубина и щелочной фосфатазы - у 47 %. В контроле за рамки нормы выходили показатели креатинина у 35 %, щелочной фосфатазы 53 Медицинская экология Экология человека 2018.06 Таблица 1 Биохимические показатели сыворотки крови, Ме (q25 - q75) Показатель Группа P Контроль Следж-хоккеисты Глюкоза, ммоль/л 4,9 (4,4-5,6) 5,6 (5,35-6,2) 0,003 Триглицериды, ммоль/л 0,84 (0,56-1,52) 0,76 (0,6050,985) 0,144 Холестерин, ммоль/л 5,5 (5,0-6,3) 4,49 (3,665-4,98) 0,005 Общий белок, г/л 76,0 (74-79) 72,5 (70,2-76,75) 0,01 Альбумин, г/л 50,0 (48-51) 45,9 (44,6-47,15) 0,001 Креатинин, мкмоль/л 105,0 (105-114) 93,0 (88-97) 0,001 Мочевина, ммоль/л 5,8 (5,3-6,9) 5,0 (4,65-5,75) 0,041 Мочевая кислота, мкмоль/л 309,0 (254-388) 269,0 (209,5311,5) 0,037 Билирубин общий, мкмоль/л 10,6 (8,5-14,6) 9,6 (7,55-16,7) 0,255 Билирубин прямой, мкмоль/л 4,3 (2,1 -4,7) 3,9 (2,55-6,05) 0,134 АлАТ, Ед/л 21,1 (17-31) 28,4 (19,1-47,1) 0,083 АсАТ, Ед/л 26,0 (21-30) 28,6 (24,7-36,75) 0,127 Щелочная фосфатаза, Ед/л 164,0 (124-196) 166 (139,5186,5) 0,211 - у 40 %, также наблюдалась гиперхолестеринемия у 20 % обследуемых. При сравнении групп был зафиксирован статистически значимый более высокий уровень глюкозы (p = 0,003) у спортсменов. Наблюдалась тенденция к росту активности АлАТ и АсАТ и более высокому уровню общего и прямого билирубина в крови следж-хоккеистов. Также были отмечены более низкие значения общего белка (p = 0,01), креатинина (p = 0,001), триглицеридов и холестерина (p = 0,005) по сравнению с контролем. Прослеживалась тенденция к снижению уровня альбумина. У следж-хоккеистов содержание Na превышало таковое в контрольной группе в 2,3 раза (p = 0,008), К - в 2,5 раза (p = 0,001) и Р - в 1,2 раза (p = 0,001) (табл. 2). Уровень Fe в 2,9 раза (p = 0,001), I - в 3,4 раза (p = 0,001) и Ni в 2,8 раза (p = 0,003) был значимо ниже, чем в контроле. Также отмечен статистически значимо более низкий уровень Cr в 2,5 раза (p = 0,0001) и V в 4,3 раза (p = 0,0001) у следж-хоккеистов. Наблюдалась тенденция к более высокому содержанию Zn и более низкому уровню Са, Mg, Мп, Со, Se, Аs в волосах спортсменов. При сравнении полученных результатов элементного состава волос со среднероссийскими рекомен- Таблица 2 Содержание элементов в волосах у обследованных, Me (q25-q75), мг/кг Рекомендуемые значения Элемент Контроль Следж-хоккеисты Среднероссийские Региональные P q25 q75 q25 q75 Макроэлементы Na 245,7 (154,9-510,8) 700 (361-1156) 73 331 81 403 0,008 K 93,3 (28,13-305,3) 368 (190-752) 29 159 25 193 0,001 Ca 483,9 (361,2-1009) 373 (318-544) 494 1619 479 2156 0,055 Mg 69,2 (42,9-137,2) 71,5 (52,8-95) 39 137 65 248 0,408 P 156,8 (133,3-173,3) 200 (162-208) 135 181 122 160 0,001 Микроэлементы Fe 29,4 (16,03-51,23) 13,7 (10,3-17,2) 11 24 12,8 29,6 0,001 Zn 183,1 (157,9-195,3) 237 (178-306) 155 206 155 199 0,024 Cu 12,06 (10,1-13,8) 12,3 (10,9-13,1) 9 14 9,98 14,4 0,336 Mn 0,8 (0,35-1,08) 0,55 (0,4-0,66) 0,32 1,13 0,38 1,3 0,127 Co 0,02 (0,016-0,03) 0,01 (0,01-0,02) 0,04 0,16 0,012 0,03 0,029 Cr 0,59 (0,47-1,07) 0,24 (0,19-0,27) 0,32 0,96 0,25 0,57 0,0001 Se 0,37 (0,3-0,45) 0,29 (0,25-0,34) 0,69 2,2 0,2 0,42 0,01 I 1,05 (0,65-2,46) 0,37 (0,27-0,71) 0,27 4,2 0,21 1,24 0,001 Si 23,46 (19,52-33,29) 27,4 (21,7-36,2) 11 37 19,5 58 0,123 Ni 0,64 (0,41-0,9) 0,27 (0,22-0,32) 0,14 0,53 0,25 0,65 0,003 V 0,09 (0,05-0,13) 0,02 (0,02-0,03) 0,005 0,5 0,057 0,11 0,0001 As 0,07 (0,05-0,11) 0,05 (0,04-0,06) 0,00 0,56 0,02 0,07 0,027 Li 0,03 (0,02-0,13) 0,02 (0,01-0,03) 0,00 0,02 0,016 0,07 0,017 Токсичные элементы Cd 0,05 (0,03-0,11) 0,13 (0,05-0,33) 0,02 0,12 0,019 0,12 0,028 Hg 0,23 (0,18-0,49) 0,64 (0,35-0,87) 0,05 2,0 0,17 0,64 0,004 Pb 0,73 (0,67-1,05) 1,37 (0,75-2,9) 0,38 1,4 0,32 1,38 0,012 Sn 0,07 (0,06-0,09) 0,11 (0,07-0,16) 0,05 1,5 0,04 0,15 0,009 Al 6,98 (4,4-9,1) 12,07 (5,22-18,65) 1 18 4,37 14,2 0,024 54 Экология человека 2018.06 Медицинская экология дуемыми значениями выявлено, что у спортсменов показатели 75 квартиля значительно превышали норму по Na (в 3,4 раза) и K (в 4,7 раза). На фоне этого было отмечено значительное снижение уровня Со, Se и Сг: значения 75 квартиля содержания данных элементов были ниже 25 квартиля в 2, 2 и 1,2 раза соответственно. В контрольной группе также наблюдалось превышение верхней границы рекомендуемых значений по Na, K, Fe, Ni, Li. Однако по сравнению с региональными показателями как у спортсменов, так и у мужчин контрольной группы уровни Со и Se находились в допустимых пределах. Уровни токсичных элементов у спортсменов находились в пределах среднероссийских и региональных значений. В контрольной группе медиана по токсичным элементам находилась в пределах нормы, однако значения 75 квартиля превышали значения 75 квартиля рекомендуемых значений. Для спортсменов были характерны более низкие показатели всех изученных токсичных элементов по сравнению с контролем. Выявленная особенность объясняется сферой деятельности мужчин контрольной группы. Особый интерес представляло выявление взаимосвязей между биохимическими показателями крови и содержанием химических элементов в волосах. Согласно корреляционному анализу, большинство показателей белкового обмена взаимосвязаны с уровнем Cu, As, Al, Hg, Бе, Cd и Mg. Так, уровень общего белка был статистически значимо взаимосвязан с уровнем As (г = 0,53), Cu (г = 0,53), А1 (г = 0,38), Mg (г = -0,48). Уровень альбумина взаимосвязан с уровнем Li (г = 0,39) и Se (г = 0,36), креатинина - с уровнями ^ (г = -0,35), Hg (г = 0,61), Sn (г = 0,6). Показатель мочевины коррелировал œ значениями Cd (г = -0,38), Al (г = 0,4) и I (г = 0,43). Показатели пигментного обмена (общий и прямой билирубин) были взаимосвязаны с уровнями Al (r = -0,67; г = -0,59), Ni (г = 0,4; г = 0,45), Pb (г = -0,53; г = -0,35) и Sn (г = 0,40; г = 0,42). Углеводный обмен был взаимосвязан с такими элементами, как Сг, Mn, K, Se, Zn, P, Na, I. Корреляция была отмечена между уровнями глюкозы и I (r = 0,64), Cr (г = 0,43) и Na (г = 0,44), Mn (г = 0,4). Показатели липидного обмена коррелировали с уровнями многих элементов. Однако умеренная и сильная связь была характерна только для триглицеридов и К (г = -0,4), Li (г = -0,4), Pb (г = -0,51) и Na (г = -0,5). Обсуждение результатов В результате проведенного исследования были выявлены особенности биохимических показателей и элементного состава волос у следж-хоккеистов. При биохимическом анализе крови у следж-хоккеистов отмечены более высокие показатели глюкозы, а у 40 % они превышали норму. На первый взгляд, полученные результаты парадоксальны, так как многие авторы утверждают, что физическая нагрузка способствует снижению уровня глюкозы в крови [4, 20, 23]. Однако большинство таких наблюдений связаны с умеренной нагрузкой на организм. В данной работе представлены результаты анализов следж-хоккеистов, которые подвергались интенсивным как физическим, так и эмоциональным нагрузкам. По нашему мнению, с одной стороны, именно это и приводит к повышению глюкозы за счет усиленной мобилизации гликогена печени. С другой стороны, следует отметить, что повышение уровня глюкозы у спортсменов сопровождалось снижением уровня Cr и Mn в волосах. Данные элементы являются главными метаболитами глюкозы [21]. Полученные результаты были также подтверждены данными корреляционного анализа, где Cr и Mn были статистически значимо взаимосвязаны с глюкозой. Хром выполняет в организме много важных функций, одна из которых связана с его влиянием на фактор толерантности к глюкозе. Физические нагрузки, как правило, увеличивают потерю Cr организмом, что и наблюдалось в исследовании. При этом активность фактора толерантности падает, это способствует возрастанию уровня глюкозы [11]. Марганец активно влияет на метаболизм инсулина [22]. У спортсменов также отмечают повышенные потери данного элемента под действием физических нагрузок, сопровождающихся ростом уровня глюкозы в крови. Таким образом, повышенные показатели глюкозы у следж-хоккеистов в первую очередь связаны с интенсивными физическими нагрузками, которые способствуют вымыванию из организма важных для углеводного обмена элементов Сг и Mn, а также усиливают иммобилизацию гликогена. Бесспорно, физические нагрузки следж-хоккеистов оказывают положительное влияние на липидный профиль, сопровождающийся статистически значимым снижением холестерина. Статистически значимое снижение уровня общего белка и креатинина, а также тенденция к снижению уровня альбумина говорят о нарушении метаболических процессов, сопровождающихся расстройствами белкового обмена в организме в целом, а также отдельно в мышечной ткани спортсменов. Отмеченная взаимосвязь общего белка c As, Al и Mg вполне закономерна. Так, As взаимодействует с тиоловы-ми группами белков, Al участвует в образовании белковых комплексов, а Mg - в синтезе и обмене белков [11]. Увеличение активности ферментов АлАТ и АсАТ происходит в первую очередь при повреждении клеток мышц [19]. В условиях кислородного дефицита при выполнении физической работы разрушаются клеточные мембраны, и это способствует выходу ферментов в кровь [16]. Тенденция к повышению билирубина связана с непрерывным гемолизом, который возникает при физических нагрузках и является фактом перетре-нированности спортсменов [17]. Концентрация химических элементов в волосах, как правило, наиболее полно отражает их содер 55 Медицинская экология Экология человека 2018.06 жание в организме и хорошо коррелирует с элементным профилем внутренней среды организма, не зависит от суточной ритмики физиологических процессов и времени. Содержание элементов в волосах является отображением длительной экспозиции металлов в организме. Повышенный уровень Na и K в волосах следж-хоккеистов можно рассматривать как нарушение водно-солевого обмена. По мнению А. В. Скального, повышенная концентрация эссенциальных элементов в волосах свидетельствует о преддефицитном состоянии. В своих исследованиях он показал, что большинство случаев дисэлементозов у спортсменов относится к разряду профессиональных, которые обусловлены большими физическими и психоэмоциональными нагрузками [13]. Повышение концентрации K и Na в волосах следж-хоккеистов является показателем усиленного метаболизма элементов в организме и, вероятно, свидетельствует о возрастании их подвижности и риске возникновения дефицита. Также в научных источниках указывается, что увеличение содержания K и Na в волосах характерно для лиц с напряжением симпатоадреналовой системы. Данные результаты отражают повышенный уровень стрессовых воздействий на организм. Избыточный уровень P, выявленный у следж-хоккеистов, способствует выведению Ca, что и наблюдалось в проведенном исследовании. Подобный результат еще раз подтверждает антагонистическое взаимодействие этих элементов в организме человека. Тенденция к более высоким значениям Zn в волосах свидетельствует о преддефицитном состоянии и может повышать склонность спортсменов к иммунодефицитным состояниям, воспалительным процессам, повышать чувствительность к гипоксии [11]. Даже относительный дефицит Zn влияет на скорость заживления ран и восстановление после травм и переломов костей [12]. Железо является важным микроэлементом для нормального функционирования организма, что определяется множеством его функций и незаменимостью другими металлами в биохимических процессах. Дефицит данного элемента довольно часто встречается у спортсменов [18]. Пониженный уровень Fe у следж-хоккеистов является фактором возникновения анемии. Следует отметить, что адаптация организма человека к условиям окружающей среды в условиях отдельно взятой биогеохимической провинции сопровождается изменением элементного состава волос в сравнении со среднероссийскими показателями. Результаты данной работы подтверждают ранее проведенные исследования, свидетельствующие о том, что для мужчин-оренбуржцев независимо от уровня физической активности характерен дефицит содержания Se и Co в волосах по сравнению со среднероссийскими значениями [8, 14]. Таким образом, при физической нагрузке происходит перестройка в организме спортсменов. Это способствует развитию адаптивных процессов к выполняемой работе, прослеживаемых в изменении биохимических показателей крови. Полученные результаты показали, что элементный статус волос профессиональных спортсменов с ограниченными возможностями существенно отличается от такового у здоровых мужчин, не занимающихся спортом. Проблема влияния больших физических нагрузок и стресса на здоровье спортсменов приобретает важное медицинское значение, поскольку может нанести существенный вред их здоровью. Своевременная коррекция макро- и микроэлементного составов является важнейшим средством профилактики нарушений обменных процессов в организме спортсменов в условиях напряженных тренировочных и соревновательных нагрузок [7, 9]. С учетом выявленных отличий от среднероссийских, региональных и контрольных значений, а также индивидуальных анализов составлены рекомендации: мужчинам контрольной группы, работающим на вредном производстве, для выведения токсичных металлов необходим прием антагонистов этих элементов - Zn, Cu, Se, Мg, а также пищевых волокон, способных абсорбировать тяжелые металлы [10]; спортсменам следж-хоккеистам рекомендован прием минеральных комплексов, содержащих Fe, Cr, Ca, Se и Co. Благодаря использованию минеральных комплексов будет возможно поддержание спортивной формы следж-хоккеистов весь соревновательный период.

About the authors

S V Notova

Orenburg State University; Federal Research Center for Biological Systems and Agrotechnologies of the Russian Academy of Sciences

Email: snotova@mail.ru
Orenburg

E V Kiyaeva

Orenburg State University

Orenburg

N V Ermakova

Peoples' Friendship University of Russia

Moscow, Russia

T V Kazakova

Orenburg State University

Orenburg

O V Marshinskaya

Orenburg State University

Orenburg

References

Supplementary files