The effect of muscle load on the post-prandial content of blood serum hydrolytic enzymes in men with different levels and specificity of daily physical activity

Abstract

The article presents data on the effect of the combined action of food and muscular load on the level of hydrolytic enzymes in blood serum of healthy young people 18–22 years old, with various levels of adaptation to the effects of physical activity. The first group (n=8) of the examined persons were high-qualified athletes developing their speed and power qualities in anaerobic energetic regime (Greco-Roman wrestling, sambo, judo). The second group (n=8) were athletes developing endurance in aerobic energetic regime (skiers, track and field athletes – stayers, biathletes).

The control group (n=8) consists of non-athletes. The content of hydrolytic enzymes: pepsinogen-1, pepsinоgen-2, the activity of pancreatic α-amylase, lipase were defined by ELISA. The content and activity of ferments were defined in blood serum, taken in the morning fasting and post-prandial period in dynamics after 15, 45, 75 and 105 min after administration of the test breakfast (100 g of ground boiled beef and 200 ml of unsweetened tea) in a state of relative physiological rest and after the veloergometric exercise muscular load (at the level of 60–70% of maximal oxygen consumption) during an hour (in 7–14 days). Multidirectional changes of concentration of investigated enzymes in the postprandial period among examined were defined in the conditions of relative physiological rest and under the action of the muscular tension. For groups of athletes higher α-amylase and lipase blood activity were characteristic both in a state of physiological rest and under the action of muscular load. It was also determined that after the muscular tension there was an increase in activity of α-amylase at 75 min and lipases at 15 min relative to background indicators at non-athletes. For the athletes from the second group the increase (р<0,01) relative to background data of activity as α-amylase as lipase on an empty stomach was noted. However postprandial (15–45 min) α-amylase (p<0,05) and lipase (p<0,001) activity was significantly decreased. At relatively high rates of fasting α-amylase activity there was a decrease of its level in the postprandial period, whereas at low rates of enzyme activity on an empty stomach its increase can be occurred in the postprandial period. Lipase activity changed in groups of athletes unidirectionally, it decreased (р<0,01) in athletes of the first group at 45 min. and in athletes from the second group at 15–105 min (р<0,001). For athletes of the first group, also as well for non-athletes, significantly lower blood lipase activity was noted at rest and in the conditions of muscular tension. After a physical load lipase activity in athletes from the second group was decreased throughout the postprandial period. Blood serum concentration of pepsinogen-1 and pepsinogen-2 were also significantly higher in the groups of athletes, but only in fasting conditions. After receiving the breakfast the content of these proenzymes were significantly lower in athletes comparable to the control group. Pepsinogen-2 concentration had a strong tendency to significant decrease after muscular exercise in all athletes throughout the postprandial period (at 15 and 105 min). For the athletes from the first group a decrease of pepsinogen-2 concentration to the values accepted as a norm (4–22 μg/l) was tended. The obtained data suggest that the revealed changes are associated with a sport orientation and a level of daily physical activity.

Keywords:acute muscular load, digestive enzymes, pepsinоgen, α-amylase, lipase, protein breakfast, athletes

Вопр. питания. - 2014. - № 1. - С. 20-26.

В многочисленных исследованиях [1-3, 5-9, 11, 12] установлено, что питание и состав пищи значительно влияют на изменение ферментного потенциала после приема пищи и физической нагрузки. В то же время значение эффектов ферментативных изменений на метаболические процессы в организме (прежде всего на уровне желудочно-кишечного тракта) пока мало изучено [3-5].

Современные представления [3-5, 7, 8] об эндосекреции ферментов указывают на то, что этот процесс происходит непрерывно, но с переменной интенсивностью. Это обусловлено периодической деятельностью желез натощак и в связи с приемом пищи, а также с тем, что ферменты, в том числе панкреатические зимогенные протеиназы и их комплексы с ингибиторами крови, оказывают влияние на все ткани, но в большей мере на пищеварительные железы. Генерализованное влияние эндосекретированных ферментов можно рассматривать как участие пищеварительного тракта в гидролизе и всасывании нутриентов. Постпрандиальная эндосекреция ферментов пищеварительными железами является одним из выражений и компонентом специфического динамического действия пищи [3, 4, 8, 10, 11].

Цель исследования - изучение изменения содержания пищеварительных ферментов в крови у спортсменов высокой квалификации и у лиц, не занимающихся спортом, в условиях действия острой мышечной нагрузки и после приема пробного белкового завтрака.

Материал и методы

В исследовании приняли участие мужчины в возрасте от 18 до 22 лет. Все исследования проводились при наличии письменного согласия обследуемых и с соблюдением биоэтических норм.

В качестве модели гипердинамии были выбраны виды спорта, где градация интенсивности, объема и характера мышечных упражнений поддается учету и классификации. С этой целью учитывалась спортивная специализация, квалификация и стаж занятий. Обследуемые были разделены на 3 группы.

1-ю группу (n=8) составили спортсмены, развивающие скоростно-силовые качества, тренирующиеся преимущественно в анаэробном энергетическом режиме. К данным представителям отнесли единоборцев (греко-римская борьба, самбо, дзюдо).

Во 2-ю группу (n=8) вошли спортсмены, развивающие выносливость, тренирующиеся преимущественно в аэробном энергетическом режиме (лыжники, легкоатлеты-стайеры, биатлонисты). Все обследуемые были высококвалифицированными спортсменами (квалификации мастер спорта, кандидат в мастера спорта). Обследуемые тренировались не менее 5 раз в неделю по 1,5-2 ч в день и в момент исследования находились в подготовительном периоде тренировочного цикла. Контрольную группу (n=8) составили лица, не занимающиеся спортом.

Для изучения динамики изменений содержания проферментов и активности ферментов в сыворотке крови в условиях специфического динамического действия пищи использовали пищевую нагрузку в виде пробного (тестового) завтрака в виде 100 г вареного говяжьего мяса (молотого, в виде котлеты) и 200 мл несладкого чая [3-5, 8].

В качестве модели острой гиперкинезии предлагалась велоэргометрическая нагрузка на уровне 60-70% от максимального потребления кислорода в течение 1 ч.

Исследование проводили в 2 этапа. На первом этапе у обследуемых утром определяли активность ферментов натощак (Т) в 7-9 ч утра, через 12-14 ч после последнего приема пищи и в постпрандиальный период, в динамике через 15, 45, 75 и 105 мин после приема пробного завтрака [4, 5, 7].

На втором этапе у обследуемых утром определяли активность ферментов натощак (Т), ими выполнялась часовая работа на велоэргометре, после чего они принимали завтрак и далее у них определяли активность ферментов на 15-й, 45-й, 75-й, 105-й минуте после приема пищи. Между этапами исследования (фоновыми показателями и показателями, полученными после мышечной нагрузки) промежуток составлял не менее 7-14 дней.

Для определения концентрации пепсиногена-1, -2 методом твердофазного иммуноферментного анализа использовали наборы реагентов пепсиноген-1, -2 "ИФА-Бест" (РФ). Суммарную активность α-амилазы определяли кинетическим методом с помощью полуавтоматического биохимического анализатора "СНЕМ-7" (Индия), использовав при этом наборы реагентов "α-амилаза ФС" (РФ).

Активность липазы определяли колориметрическим методом с помощь наборов реагентов "Lipase Human" (РФ).

Статистический анализ проводили с использованием t-критерия Стьюдента. Взаимосвязь параметров оценивали путем расчета коэффициента корреляции (r) Пирсона при уровне безошибочного прогноза более 95% (р<0,05).

Результаты и обсуждение

Проведенные исследования позволили установить, что у спортсменов, развивающих как скоростно-силовые качества, так и выносливость, в состоянии физиологического покоя более высокая активность амилазы и липазы была статистически значимой относительно обследуемых показателей контрольной группы (см. таблицу).

Определение исследуемых гидролитических ферментов натощак позволило выявить более высокую активность α-амилазы и повышенное содержание пепсиногена-2 в сыворотке крови у спортсменов 1-й группы относительно показателей обследуемых контрольной группы (р<0,001) и спортсменов 2-й группы. Вместе с тем на 75-й минуте постпрандиального периода исследования у спортсменов 1-й группы активность липазы сыворотки крови была самой низкой.

Отмечается значимое (р<0,01) снижение амилолитической активности сыворотки крови у спортсменов, развивающих скоростно-силовые качества (1-я группа) на 15-й минуте постпрандиального периода. В отношении липолитической активности установлено ее существенное усиление у обследуемых спортсменов. Так, по отношению к значениям, полученным натощак, обнаружено достоверное увеличение активности липазы сыворотки крови у спортсменов 2-й группы на 45-75-й минутах после приема пищи. В то же время выявлено, что на 15-й минуте после приема пищи произошло значимое (р<0,05) снижение активности липазы сыворотки крови у лиц, не занимающихся спортом.

Содержание и активность гидролитических ферментов в сыворотке крови обследуемых в состоянии физиологического покоя натощак и после приема завтрака (M±m)



Примечание. * - различия достоверны по отношению к данным контрольной группы в соответствующий период (р<0,05); ** - р<0,01; *** - р<0,001; # - различия достоверны по отношению к содержанию натощак (Т), р<0,05; ## - р<0,01; ### - р<0,001.

Прием пищи не вызвал значимых изменений концентрации пепсиногена-1 у обследуемых.

Вместе с тем установлено, что в условиях постпрандиального периода концентрация данного профермента была значимо (р<0,01) более низкой (в межгрупповом аспекте) у спортсменов 2-й группы. В то же время существенных изменений относительно тощаковых показателей у данной группы обследуемых не установлено. Исследование динамики изменений пепсиногена-2 в условиях постпрандиального периода показало его увеличение в сыворотке крови обследуемых контрольной группы на 15-й минуте постпрандиального периода.

Мышечная нагрузка продолжительностью 1 ч, влияние которой испытывали на себе все обследуемые, привела к существенным изменениям в содержании изучаемых проферментов и активности ферментов в сыворотке крови.

Так, в целом, характеризуя влияние мышечного напряжения на активность ферментов крови у лиц, не занимающихся спортом, отмечается увеличение активности α-амилазы на 75-й минуте и липазы на 15-й минуте по отношению к показателям фона (рис. 1).



Рис. 1. Влияние 60-минутной нагрузки на активность α-амилазы и липазы в сыворотке крови у спортсменов различной специализации и лиц, не занимающихся спортом (за 100% приняты соответствующие показатели в условиях физиологического покоя) Различия достоверны по отношению к аналогичным данным физиологического покоя: ^ - р<0,05; ^^ - р<0,01; ^^^ - р<0,001.



Рис. 2. Активность липазы в сыворотке крови в постпрандиальный период у спортсменов различной специализации и лиц, не занимающихся спортом, после 60-минутной физической нагрузки

Различия достоверны по отношению к аналогичным данным контрольной группы: * - р<0,05; ** - р<0,01; *** - р<0,001; # - различия достоверны по отношению к показателю натощак, р<0,05; ## - р<0,01; ### - р<0,001.



Рис. 3. Активность α-амилазы в сыворотке крови в постпрандиальный период у спортсменов различной специализации и лиц, не занимающихся спортом, после 60-минутной физической нагрузки

Различия достоверны по отношению к аналогичным данным контрольной группы: * - р<0,05; ** - р<0,01; *** - р<0,001; # - различия достоверны по отношению к содержанию ферментов натощак р<0,05; ## - р<0,01; ### - р<0,001.

В отличие от этого для спортсменов характерны разнонаправленные изменения активности исследуемых ферментов крови.

Так, если для обследуемых 1-й группы характерно снижение (р<0,001) активности амилазы натощак, то на 15-й и 105-й минутах обнаруживается ее увеличение (р<0,01). В отношении активности липазы: на 15-й и 45-й минутах выявлено ее значимое (р<0,01) снижение в сыворотке крови относительно аналогичных показателей, полученных в условиях покоя. Для спортсменов 2-й группы, развивающих выносливость, отмечено увеличение (р<0,01) относительно фоновых данных активности как α-амилазы, так и липазы натощак. Вместе с тем исследование в разные периоды после приема пищи (15-45 мин) показало значимое снижение активности α-амилазы (р<0,05) и липазы (р<0,001).

Изучение постпрандиального периода в условиях действия мышечной нагрузки субмаксимальной мощности позволило выявить значимые изменения активности панкреатической липазы у спортсменов обеих групп (рис. 2).

Так, обнаружено снижение (р<0,01) активности липазы у спортсменов 1-й группы на 45-й минуте и у спортсменов из 2-й группы на 15-105-й минуте (р<0,001). Если активность липазы изменялась в группах спортсменов однонаправлено, то в отношении изменения активности амилазы данной тенденции выявлено не было (рис. 3).

Выявлены разнонаправленные изменения активности данного фермента в группах обследуемых с различным уровнем и спецификой повседневной двигательной активности. Если для обследуемых контрольной группы не установлено сколь-нибудь значимых изменений активности амилазы в различные периода переваривания пищи, то в группах спортсменов наблюдается разнонаправленность изменений активности фермента.

Для борцов характерно увеличение (р<0,001) активности α-амилазы на всем протяжении исследуемого постпрандиального периода, спортсменам 2-й группы свойственна обратная ситуация: снижение (р<0,001) активности α-амилазы в течение всего периода после приема пищи. В отношении ферментов группы пепсиногенов установлена однонаправленность изменений: концентрация пепсиногена-2 в сыворотке крови как спортсменов 1-й группы (р<0,05), так и спортсменов 2-й группы (р<0,01) снижалась на 15-й и 105-й минутах постпрандиального периода (рис. 4).

Таким образом, анализ результатов исследований по изучению отставленной постпрандиальной динамики изменений содержания гидролитических ферментов крови у обследуемых с различным уровнем и спецификой повседневной двигательной активности позволил отметить следующие особенности.

В межгрупповом аспекте для групп спортсменов характерна более высокая активность α-амилазы и липазы крови как в состоянии физиологического покоя, так и при действии физической нагрузки.

Концентрации пепсиногена-1 и пепсиногена-2 также значимо выше в группах спортсменов, но лишь в условиях натощак. После приема пробного белкового завтрака содержание исследуемых проферментов у спортсменов становится значимо ниже по сравнению с показателями контрольной группы.

При оценке постпрандиальных изменений активности липазы установлено ее существенное снижение после выполнения физической нагрузки у спортсменов 2-й группы на протяжении всего постпрандиального периода. В состоянии относительного мышечного покоя у спортсменов этой группы, напротив, отмечается увеличение активности липазы с пиком на 75-й минуте (р<0,001). Для спортсменов 1-й группы, так же как и для лиц, не занимающихся спортом, в состоянии покоя и в условиях мышечного напряжения отмечаются значимо низкие значения липазы крови.

В отношении активности α-амилазы отмечается ее увеличение в постпрандиальном периоде в 1-й группе спортсменов. Для спортсменов 2-й группы, напротив, выявлено достоверное снижение активности α-амилазы крови после приема пищи. Данные изменения касаются прежде всего мышечной нагрузки. При этом установлена достаточно четкая закономерность, характеризующая особенности изменений данного фермента у обследуемых. При относительно высоких показателях активности α-амилазы натощак в постпрандиальном периоде происходит снижение активности исследуемого фермента, в данном случае это замечание касается спортсменов 2-й группы, в сыворотке крови которых активность α-амилазы натощак в условиях действия нагрузки составляла 67,4±2,0 Ед/л, тогда как через 15 мин после завтрака этот показатель снизился (р<0,001) до 38,4±3,1 Ед/л. При достаточно низкой активности фермента натощак в постпрандиальном периоде, наоборот, может происходить ее увеличение.



Рис. 4. Концентрация пепсиногена-2 в сыворотке крови в постпрандиальный период у спортсменов различной специализации и лиц, не занимающихся спортом, после 60-минутной физической нагрузки

Различия достоверны по отношению к аналогичным данным контрольной группы: * - р<0,05; ** - р<0,01; *** - р<0,001; # - различия достоверны по отношению к содержанию ферментов натощак, р<0,05; ## - р<0,01; ### - р<0,001.

Концентрация пепсиногена-2 в сыворотке крови имела ярко выраженную тенденцию к достоверному снижению в условиях постпрандиального периода у спортсменов после мышечной нагрузки, причем отмечается существенное снижение концентрации исследуемого профермента на протяжении всего исследуемого периода (с 15-й по 105-ю минуту). Более того, у спортсменов 1-й группы концентрация пепсиногена-2 снижалась до величин, принятых за норму (4-22 мкг/л) [7, 12]. Анализ данного факта позволяет предположить, что при относительно высоком содержании этого профермента прием пробного белкового завтрака приводит к значимому снижению содержания пепсиногена-2. Это может быть связано с определенным гомеостатическим влиянием пищи (в данном случае преимущественно белковой) на ферментный состав крови, поскольку регулирующая роль нутриентов, обеспечивающих как эндосекрецию в целом, так и постпрандиальную эмиссию регуляторов, является известным фактом.

Заключение

Исследование ферментов крови натощак и в разные периоды после приема пищи в условиях различного функционального состояния организма обследуемых с неодинаковым уровнем и спецификой повседневной двигательной активности позволило выявить разнонаправленность изменений активности и концентрации ферментов крови, обеспечивающих субстратный гидролиз, метаболические потребности организма обследуемых. Установлен ферментативный профиль с характерной динамикой изменения концентрации ферментов в условиях как физиологического покоя, так и острого мышечного напряжения у обследуемых. Применение пищевой нагрузки, а также сочетанного действия пищевой нагрузки и мышечного напряжения оказало существенное влияние на изменение активности и концентрации гидролитических ферментов в постпрандиальный период у обследуемых.

Работа выполнена в рамках реализации аналитической ведомственной целевой программы "Развитие научного потенциала высшей школы на 2011-2013 гг." № 1.2.11.

Литература

1. Воробьева В.М., Шатнюк Л.М., Воробьева И.С. Роль факторов питания при интенсивных физических нагрузках спортсменов // Вопр. питания. - 2012. - Т. 80, № 1. - С. 70-78.

2. Дрыгина Л.Б., Пояркова Н.А., Саблина О.А. Клинико-лабораторная оценка эффективности эрадикационной терапии Helicobacter pylori // Экспер. и клин. гастроэнтерол. - 2010 . - № 2 . - С. 27-31 .

3. Грязных А.В. Постпрандиальная динамика гидролитических ферментов крови у лиц с различным уровнем и спецификой повседневной двигательной активности // Вопр. питания. - 2012. - Т. 81, № 1. - С. 30-33.

4. Коротько Г.Ф., Аблязов А.А. Дифференцированность экскреторных реакций желудка, двенадцатиперстной кишки и поджелудочной железы на пробные завтраки разного состава // Физиология человека. - 1993. - Т. 19, № 3. - С. 135-140.

5. Кузнецов А.П., Речкалов А.В., Смелышева Л.Н. Желудочнокишечный тракт и стресс. - Курган: Изд-во Курганского гос. ун-та, 2004. - 254 с.

6. Кузнецов А.П., Панов С.Ф., Батраков А.А. Секреция и экскреция пепсиногенов в условиях велоэргометрической нагрузки у спортсменов - борцов 7-32 лет // Вестн. междунар. акад. наук экологии и безопасности жизнедеятельности. - 2011. - Т. 16, № 3. - С. 169-174.

7. Молчанова А.Р., Сорокин Н.Н., Руковишников М.Ю. Диагностическая значимость комплексного лабораторного исследования пепсиногенов // Новости "Вектор - Бэст". - 2010. - Т. 56, № 2. - С. 7-10.

8. Смелышева Л.Н., Котенко М.А., Махова М.Н. Поспрандиальные показатели корреляционных взаимоотношений между ферментами в крови у лиц с различным тонусом автономной (вегетативной) нервной системы в условиях фона // Вестник ЮУрГУ Серия "Образование, здравоохранение, физиология". - 2012. - Вып. 31, № 21 (280). - С. 109-111.

9. Токаев Э.С., Мироедов Р.Ю., Некрасов Е.А. Влияние специализированных белковых пищевых продуктов на функциональное состояние спортсменов // Вопр. питания. - 2012. - Т. 80, № 5. - С. 83-88.

10. Уголев А.М. Эволюция пищеварения и принципы эволюции функций: Элементы современного фундаментализма. - Л.: Наука, 1985. - 514 с.

11. Фефелова Ю.А. Изменение липидного спектра сыворотки крови у девушек разных соматотипов после пищевой нагрузки // Физиология человека. - 2010. - Т. 36, № 1. - С. 119-124.

12. Sipponen P., Ranta P., Kaariainen I. et al. Serum levels of amidated gastrin-17 and pepsinogen I in atrophic gastritis: an observational case-control study // Scand. J. Gastroentrol. - 2002. - Vol. 37, N 7. - P. 785-791.