SEASONAL VARIATIONS IN WORKING CAPACITY AND SERUM LACTATE CONCENTRATION IN LABORATORY RATS

Full Text

По мнению многих авторов, физическая работоспособность - это комплексное понятие, которое можно определить как интегральную психофизическую характеристику организма, отражающую свойства скелетных мышц, вегетативное, субстратное и энергетическое обеспечение, нервную и гуморальную регуляции, а также нервно-психические свойства и мотивацию индивидуума к произведенной механической работе [11, 16]. Известно, что сезонные ритмы являются одной из форм приспособительных реакций организма к циклическим изменениям окружающей среды и присущи всем уровням биологической организации [12]. На сегодняшний день циркануальные колебания выявлены и описаны для многих показателей системы крови и иммунитета у млекопитающих и человека [7]. Однако данных о сезонных изменениях работоспособности и уровня молочной кислоты в крови нами в литературе не обнаружено. Таким образом, целью работы являлось изучение особенностей пятидневной динамики работоспособности и уровня лактата в сыворотке крови лабораторных крыс в зависимости от сезона года. Задачи исследования: изучить работоспособность крыс в плавательном тесте до полного утомления в середине каждого сезона года и оценить по уровню лактата (молочной кислоты) в сыворотке крови крыс линии Wistar состояние анаэробных процессов в этих условиях. Методы Исследование выполнено в периоды осень - зима, весна - лето на 80 половозрелых крысах-самцах линии Wistar массой 220-250 г. Животных содержали в стандартных условиях вивария Филиала ТНИИКиФ СибФНКЦ ФМБА России при естественном световом режиме и на стандартном рационе со свободным доступом к пище и воде. Эксперименты проводили в весенний период (конец марта - начало апреля), летом (конец июня - начало июля), осенью (конец сентября - начало октября) и зимой (конец декабря - начало января). Все процедуры с животными выполняли в соответствии с международными правилами и нормами обращения с лабораторными животными [15]. Исследование одобрено локальным этическим комитетом ФГБУН ТНИИКиФ ФМБА России (протокол № 3 от 22.03.2012 г.). Животных произвольно разделяли на 8 групп по 10 особей: контрольные группы - крысы, не подвергавшиеся экспериментальным воздействиям в весенний, летний, осенний, зимний периоды года, и опытные группы - крысы, подвергавшиеся физической нагрузке в эти же периоды года. В качестве модели для изучения сезонной динамики работоспособности крыс использована методика принудительного плавания до полного утомления [3] в модификации [13]. Тестирование проводили в одно и то же время суток (с 10.00 до 11.00) в течение пяти дней подряд в аквариуме прямоугольной формы с размерами 100 х 100 х 20 см с утяжеляю щим грузом, равным по весу 10 % от массы тела конкретной особи, при температуре воды 26-28 °С до полного утомления, критерием которого служили три безуспешные попытки всплыть на поверхность либо отказ от таких попыток с опусканием на дно, после чего животное извлекали из аквариума. Используемый в эксперименте груз 10 % от массы тела был выбран в связи с тем, что нагрузка менее 5 % считается моделью аэробной работы, а плавание с грузом более 10 % от массы тела - примером анаэробной работы. Стандартный тест «принудительного плавания» сводится к оценке продолжительности жизни животных в условиях физической нагрузки (плавание) при низкой температуре воды (на 17-20 °С ниже средней температуры тела) [3]. При этом регистрируют время плавания до наступления летального исхода и оценивают смертность (в процентах) за период наблюдения. Для проведения данного теста на крысах используют резервуары большей емкости. Указанные параметры теста следует расценить как недостатки. Согласно описанию тест «принудительного плавания» не предназначен для поиска новых способов и средств профилактики, коррекции переутомления, дезадаптации и различных профессиональных перегрузок, а больше предназначен для интегральной оценки резистентности [3]. В конце эксперимента крыс декапитировали под СО2 наркозом согласно с международными правилами и нормами обращения с лабораторными животными [6, 15]. Далее кровь собирали в чистую пробирку для получения сыворотки. Концентрацию лактата в сыворотке крови у животных определяли стандартным методом [5, 6] с использованием набора реагентов «Ольвекс диа-гностикум» (Санкт-Петербург). Статистическую обработку полученных результатов проводили на основе пакета программ StatSoft Statistica 8.0. Результаты представлены в виде медианы (Ме) и квартилей (Q1 - 25 %; Q3 - 75 %). Проводился анализ множественных сравнений непараметрическими тестами Фридмана и Краскала - Уолиса. Достоверность различий между группами определяли с помощью непараметрического критерия Манна - Уитни, используемого для двух независимых выборок, и критерия Вилкоксона, используемого для проверки различий между зависимыми выборками (p < 0,05) [5, 9]. Для оценки характера распределений между группами применяли критерий х2. Результаты Установлено, что в весенний период года происходило статистически значимое увеличение работоспособности с третьего по четвертый день относительно аналогичного показателя в первый день предъявления плавательного теста с достижением максимума к четвертому дню тестирования (табл. 1). Летний эксперимент показал, что работоспособность у крыс изменялась волнообразно. Наблюдали 18 Экология человека 2020.10 Экологическая физиология Работоспособность крыс в плавательном тесте в разные сезоны года Таблица 1 эксперимента Весна Лето Осень Зима 1 70 (40; 96) 70 (39; 89) 38 (20; 60) 58 (40; 68) 2 73 (55; 100) 78 (55; 101) 46 (30; 66) (48; 86) 3 85 (63; 110) р = 0,03 65 (44; 86) 54 (20; 110) р = 0,03 (45: 68) 4 92 (60; 132) р = 0,03 92 (42; 71) р = 0,03 53 (26; 100) р = 0,03 (53; 70) 5 70 (68; 123) 72 (58; 89) 48 (24; 100) 66 (56; 83) р = 0,04 Усредненная работоспособность за 5 дней 78,0 75,4 47,8 59,8 Примечание. р - уровень статистической значимости по отношению к первому предъявлению плавательного теста. Таблица 2 Уровень лактата в сыворотке периферической крови лабораторных крыс в разные сезоны года Іруппа животных Содержание лактата, ммоль/л, Ме (Q1; Q3) Весенний период Летний период Осенний период Зимний период Контрольная группа (n = 10) 3,24 (2,50; 3,40) 2,55 (2,12; 2,83) 1,12 (2,10; 3,50) 2,57 (2,03; 3,57) Опытная группа (n = 10) 5,22 (4,90; 5,70) 4,20 (3,52; 6,62) 5,24 (3,37; 6,12) р = 0,003 4,55 (3,80; 7,34) Изменения уровня лактата в % к контролю 38% 39% 79% 44% Примечание. р - уровень статистической значимости по отношению к контрольной группе. незначительный прирост этого показателя на вторые сутки плавания, понижение на третьи, подъём на четвёртые с достижением максимума и уменьшение работоспособности на пятые сутки. Статистически значимое повышение показателя по отношению к аналогичному в первый день отмечено только на четвёртые сутки (см. табл. 1). Аналогичные исследования в осенний период продемонстрировали статистически значимое повышение работоспособности крыс на третьи и четвёртые сутки предъявления плавательного теста. Динамика работоспособности крыс в зимний период в первые два дня не изменялась, на третий день показатель немного увеличился, на четвертый - незначительно повысился и только на пятый день существенно и статистически значимо увеличился по отношению к первому дню предъявления плавательного теста (см. табл. 1). Что касается сезонных особенностей анаэробных процессов у крыс после пятидневной физической нагрузки до состояния утомления, установлено, что уровень лактата в крови у крыс в весенний период года увеличился на 38 %, в летний - на 39 %, в осенний - на 79 %, а в зимний - на 44 % по сравнению с аналогичным показателем контрольных животных, не получавших физической нагрузки (табл. 2). Изменения уровня лактата в указанных условиях носили статистический значимый характер только в осенний период. Обсуждение результатов Проведенные исследования свидетельствуют как о сезонных особенностях динамики работоспособности крыс на протяжении пяти последовательных дней предъявления плавательного теста, так и об общих закономерностях во всех сезонах. Вне зависимости от сезона работоспособность крыс нарастала постепенно от первого к пятому дню и в целом соответствовала первым двум фазам адаптации к физическим нагрузкам. В первые дни мы наблюдали фазу тревоги общего адаптационного синдрома, а в последующие дни начинала формироваться фаза резистентности [10, 15]. Наши эксперименты показали, что весной и летом развитие фазы резистентности начиналось с третьего дня предъявления плавательного теста, осенью - с четвертого, а зимой - с пятого, а возможно, и позднее. Кроме того, исходная работоспособность животных и совокупный показатель за пять дней также имели свои особенности. В весенний и летний сезоны работоспособность животных оказалась самой высокой, осенью - самой низкой, зимой наблюдался промежуточный результат. Плавательный тест, как и любая физическая нагрузка, для крыс является сильным стрессором. Об этом свидетельствуют как наши более ранние исследования содержания у животных сывороточного кортикостерона [4, 8], который, как известно, является наиболее объективным показателем стресс-реакции, так и работы других авторов [3, 16]. Именно 19 Экологическая физиология Экология человека 2020.10 весной в интактной группе крыс уровень гормона был самым высоким в сравнении с аналогичным показателем в другие сезоны, и предъявляемая физическая нагрузка оказывала истощающее действие на этот показатель. Мы предполагаем, что адаптация организма крыс к физическим нагрузкам в разные сезоны года развивается неодинаково, что связано с разным исходным уровнем кортикостерона, который характеризует разную степень адаптивных возможностей организма [4, 5]. Интенсивные физические нагрузки могут превышать адаптивный потенциал организма, что нередко сопровождается метаболическими нарушениями в нем и развитием утомления, снижением работоспособности [14, 20]. Считается, что именно биохимическая индивидуальность первична, а интегральные показатели функционирования организма являются её отражением [1, 2]. Известно, что в анаэробных условиях при недостаточном поступлении кислорода пируват преобразуется в лактат. Количество пирувата и лактата отражает соотношение гликолитического и окислительного путей метаболизма углеводов в организме [18]. Известно, что интенсивная мышечная работа быстро приводит к снижению содержания в скелетных мышцах креатинфосфата, гликогена, АТФ [10], что, возможно, также объясняет рост концентрации лактата в сыворотке крови у опытных животных, подвергавшихся физической нагрузке до состояния утомления. Исходя из усредненных показателей работоспособности (см. табл. 2), можно сделать вывод о том, что работоспособность крыс и содержание лактата в их крови взаимосвязаны. Чем выше работоспособность, тем ниже уровень лактата. Так, самый низкий показатель работоспособности приходился на осенний период, при этом уровень лактата в сыворотке крови находился на самом высоким уровне по сравнению с показателями содержания молочной кислоты в контрольной группе. Самые низкие цифры исследуемого показателя в весенний и летний периоды сопровождались самой высокой работоспособностью (см. табл. 2). Опираясь на наши более ранние работы [4, 5] о сезонных особенностях содержания кортикостерона в сыворотке крови крыс, мы обнаружили также некоторую взаимосвязь между содержанием кортико-стерона и количеством лактата в сыворотке: весной уровень гормона значительно превышал аналогичные показатели в другие сезоны года, а уровень лактата в весенний период - самый низкий. Осенью, наоборот, содержание кортикостерона у крыс в крови наименьшее, а количество лактата в осенний период превышало аналогичные показатели в другие сезоны. Следовательно, высокий уровень тренированности у крыс весной, возможно, связан с исходно высоким уровнем кортикостерона, который готовит все метаболические процессы к повышенной физической нагрузке [4]. Исходя из известных представлений о том, что по уровню лактата в крови можно судить не только об интенсивности анаэробных процессов в органах, работающих с максимальной нагрузкой [5], но и о степени тренированности [19], можно утверждать, что более высокий уровень тренированности крыс именно в весенний период. Вполне возможно, что генетически детерминированная сезонная особенность обменных процессов [11] в скелетной мышце животных, выявляемая нами по уровню лактата, определяет и сезонные особенности работоспособности крыс, и их адаптивные возможности к физической нагрузке, что в целом является следствием длительных циклических воздействий среды, в первую очередь освещенности. Выводы В настоящей работе нам удалось показать, что у крыс сезонные особенности работоспособности в плавательном тесте с нагрузкой до полного утомления и сезонные особенности анаэробных процессов в условиях физической нагрузки находятся между собой в реципрокных отношениях. Установлено, что работоспособность крыс в плавательном тесте имела самые высокие показатели в летний и весенний периоды, а самые низкие - осенью. При этом самые высокие показатели содержания лактата в сыворотке крови выявлены, наоборот, осенью и самые низкие - весной и летом. Исходя из полученных результатов и современных представлений о значимости лактата в прогнозе тренированности, можно заключить, что состояние тренированности у крыс достигалось наилучшим образом весной и летом, хуже тренировались животные зимой и наихудшими результаты были осенью. Наше исследование является экспериментальным обоснованием необходимости учитывать фактор сезонности во всех тренировочных, соревновательных и других мероприятиях, где человек подвергается экстремальным воздействиям.

About the authors

T. A. Zamoshchina

Siberian Federal Scientific and Clinical Center of the Federal Medical and Biological Agency; Siberian State Medical University; National Research Tomsk State University

A. A. Gostyukhina

Siberian Federal Scientific and Clinical Center of the Federal Medical and Biological Agency

Email: exper@med.tomsk.ru

K. V. Zaitsev

Siberian Federal Scientific and Clinical Center of the Federal Medical and Biological Agency

O. B. Zhukova

Siberian Federal Scientific and Clinical Center of the Federal Medical and Biological Agency

M. V. Svetlik

Siberian State Medical University; National Research Tomsk State University

N. G. Abdulkina

Siberian Federal Scientific and Clinical Center of the Federal Medical and Biological Agency

A. V. Prokopova

Siberian Federal Scientific and Clinical Center of the Federal Medical and Biological Agency; National Research Tomsk State University

References

Supplementary files