Активности ферментов в тканях мышц

Биохимия мышечной ткани

Мышечная ткань относится к наиболее распрастраненным тканям организма. На их долю приходится 40-42 % от всей массы тела, и приблизительно 50 % от всего обмена веществ в условиях покоя, который может достигать 80% при физических нагрузках.

1.Участвует в формировании статики тела человека (движение, перемещения), что связано со способностью переводить химическую энергию в механическую работу.

2.Входя в состав сосудов и бронхов участвует в поддержании определенного тонуса, и тем самым в процессе дыхания и кровообращения.

3.Участвуют в переносе пищевых масс по пищеварительному тректу обуславливая перестальтику кишечника.

4.Участвует в выделении экскретов из организма (моча, калловые массы).

5.Играет определенную роль в поддержке и постоянстве температуры тела человека, т.е. в теплообмене.

Химический состав мышечной ткани:

При гепатобилиарной паталогии может нарушаться как метаболизм гормонов в печени, так и экскреция их с желчью. Например, при тяжелых заболеваниях ( цирроз, острый алкагольный гепатит) нарушается инактивация альдостерона и развивается вторичный гиперальдостеронизм, способствующий развитию асцита. При хронических заболеваниях печени нарушен распад эстрогенов, вследствии чего у мужчин может развиться гинекомастия, а у женщин растет соотношение более активных эстрадиола и эстрона к малоактивному эстриолу. Так, в норме отношение эстрадиол/эстриол и эстрон/эстриол равно 3,5, а при активном циррозе возрастает до 21 – 23.

Биогенные амины (серотонин, гистамин и др.) в значительной мере инактивируются печенью с помощью МАО и гистаминазы. Предполагают, что наблюдаемая иногда при тяжелых заболеваниях печени гипергистаминемия способствует развитию гепатогенных гастродуоденальных язв.

В печени происходит синтез транспортных белков (например, транскобаламинов, ретинол – и кальциферолсвязывающих белков); депонирование жирорастворимых витаминов (А,D,Е,К) и некоторых водорастворимых, в частности В 9,В12; образование 25 – гидроксикальциферолов и вмтаминных коферментов (ТДФ, НАД, метилкабаламина и др.); синтез никотиновой кислоты из триптофана.

Железо доставляется к местам использования трансферрином (сидерофиллином), депонируется ферритином (сидерином); используется для синтеза гемопротеидов железосерных белков. Содержание ферритина в крови повышается при циррозах, карциномах печени.

Медь: 90% ее связано с церулоплазмином (альфа – 2 глобулин, ответственный за транспорт меди), 10% — непрочно с альбуминами. Выделяется медь с желчью. При остром гепатите уровент меди в крови не меняется, при обтурационной желтухе растет. При болезни вильсона уровень церулоплазмина в крови снижен, практически всегда повышена концентрация меди; экскреция меди с желчью снижена, с мочой – увеличена. При хронических заболеваниях печени с асцитом наблюдается гипокалиемия, обусловлена гиперальдостеронизмом.

Кальций: повышение в крови при желтухе,при билиарных циррозах ( может развиться остеопороз). Гипокальциемия наблюдается при молниеносном остром вирусном гепатите, особенно с сопутствующим панкреатитом и гипоальбуминемией.

Магний: снижение в крови при заболеваниях печени,сочетающихся с дисфункцией кишечника и почек, при хроническом алкоголизме и жировой дистрофии. Гипомагнезиемия при тяжелых заболеваниях печени может способствовать энцефалопатии.

В зависимости от физико – химических свойств белки делятся на 3 группы: растворимые, нерастворимые и белки стромы.

Растворимые белки(саркоплазматические).К ним относятся белки, растворимы в воде и слабых солевых растворах. К ним относятся: миоальбумины — белки альбуминовой природы, близко подходящие по своим характеристикам к белкам плазмы крови.

Миоген – смесь белков, обладающих ферментативной активностью.

Миоглобин – мышечный гемоглобин, который способен связывать и депонировать значительное количество кислорода.

Парвальбумины — связывают и депонируют ионы кальция, и этим самым, возможно, участвуют в мышечном сокращении.

НЕРАСТВОРИМЫЕ (МИОФИБРИЛЛЯРНЫЕ) БЕЛКИ.

Миозин – экстрагируется из мышечной ткани 0,6 М растаором KCL, или NACL. По структуре представляет собой гексомер, состоящий из двух больших субьединиц (тяжелые цепи) с молекулярной массой 200000 Тд каждая и четырех малых субьединиц (легкие цепи) с молекулярной массой по 20 Тд каждая.

Тяжелые цепи в молекуле миозина закручены в альфа – спирали, что обеспечивает жесткость структуры (стержневая часть, «хвост» молекулы миозина). ). Молекулы миозина содержит по 2 головки, имеющие грушевидную форму и в них находится по 2 легких цепи.

В двух участках- «хвостовая» часть (стержневая), и в месте присоединения головок к стержневой части наблюдается деспирализация, и всвязи с этим возможны изгибы. Этои участки получили название (шарнирные).

В структуре миозина «шарнирные» участки чувствительны к действию протеолитических ферментов ( трипсина, химотрипсина, папаина). Под их действием молекулы миозина распадаются на фрагменты – легкии меромиозин ( ЛММ) и тяжелый (ТММ).

ФУНКЦИИ СТЕРЖНЕВЫХ ЧАСТИЦ.

Участвуют в образовании структурных частиц мышечной ткани – биополярного филамента.При его образовании к одной молекуле присоединяется другая по принципу «хвост» к «хвосту», при этом головки смотрят наружу и образуется «голая зона», к которой присоединяются другие молекулы миозина.

Обладает АТФ-азной активностью.

АТФ миозинАТФаза АДФ+Н3 РО4 +30,4Кдж на моль

При недостатке ионов магния активность фермента резко возрастает,а при физиологических условиях она тормозится ионами магния.Такое же, но в меньшей степени, действие оказывают и ионы кальция.Миозин способствует и дезаминированию адениловой кислоты.

Адениловая к-тамиозин(АМФ-дезаминаза) инозинмонофосфат+NH3

Выделяется из мышечной ткани при помощи ацетона, или йодида калия. Существует в двух формах:1) глобулярный актин (Г-актин), и 2) фибриллярный актин (Ф – актин).

Г – актин – молекулярная масса 46Тд, содержит тиоловые групы и молекулу АТФ.

Ф– актин образуется при участии Г – актина путем полимеризации. Актин соединяется с миозином с образованием актомиозина.который способен к укороччению (сокращению), что и лежит в основе всего мышечного сокращения. Обладает АТФ – азной активностью. В отличие от АТФ-азной активности миозина не подавляется ионами магния, а активируется и отличается оптимумом действия рН.

Состоит из 3-х субьединиц, выполняющие следующие функции:

1 субьединица – ТПТ – способна связывать тропомиозин.

11 субдиница – ТПС – способна связывать ионы Ca

111 субьединицаТП1 – тормозит присоединение актина к миозину.

Состоит из 2 – х субьединиц, имеет форму стержня в виде спирали, может присоединяться к тропонину (ТПТ), с образованием комплекса «нативный тропомиозин», который увеличивает чувствительность актомиозина к ионам кальция, и тем самым участвует в процессе мышечного сокращения.

К ним относятся коллаген и эластин.

НЕБЕЛКРВЫЕ АЗОТОСОДЕРЖАЩИЕ ВЕЩЕСТВА МЫШЕЧНОЙ ТКАНИ.

Креатин. Входит в состав мышечной ткани и в небольшом количестве окисляется до креатинина, частично используется для образования креатинфосфата (относится к группе макроэргических соединений),который играет определенную роль в процессе мышечного сокращения,особенно сердечной мышцы.

Помимо креатинфосфата в мышечной ткани присутствуют АТФ, АДФ, ГТФ, ГДФ и другие нуклеозидфосфаты.

Карнозин дипептид по структуре бэта – аланил-гистидин и ансерин – метилированная форма карнозина. Считается, что они участвуют в процессах снятия утомления в работающей мышце,в передаче нервного импульса с двигательных нервных окончаний на мышцу. Имеются данные о возможном участии даных пептидов в образовании АТФ, что связано с активацией сопряжения тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования и торможения распада АТФ.

Меттилированное производное, которое может находиться в развернутой и циклической формах.

Выполняет следующие функции:

1 перенос жирных кислот из цитоплазмы через митохондриальную мембрану в матрикс митохондрий, где и происходит их окисление.

2.вследствии наличия метильных групп можнт учавствовать в синтезе ряда соединений за счет реакции метилирования.

3. способствует более экономному расходованию кислорода, особенно важно в условиях развивающейся гипоксии.

4. предупреждает свободно – радикальные процессы в клетках, т.е. тормозит цепные реакции перикисного окисления липидов, и этим самым образование свободных радикалов, оказывающех отрицательное влияние на течение биохимических процессов.

Из других азотистых небелковых соединений в мышечной ткани содержатся мочевая кислота, мочевина, аденин, гуанин, гипоксантин, нуклеотиды, а так же аминокислоты, из которых больше находится глутаминовой и аспарагиновой, что связано с угнетением в связывании и обезвреживании аммиака.

Основным компонентом выступает гликоген, содержание которого в 2,5 раз больше, чем в печени, что связано со значительной мышечной массой.Определяется так же молочная, пировиноградная кислоты, и другие продукты метаболизма углеводов.

Триацилглицерины расположены между мышечными волокнами, выполняющими защитную функцию. Присутствие их необязательно. но значительное количество нежелательно, т.к. оказывает отрицательное влияние на работу мышц.

Жирные кислоты содержатся в небольшом количестве, что необходимо для работы сердечной мышци, где используется как основной источник энергии.

Фосфолипиды и холестерин – обязательные компоненты в сердечной мяшце, где их количество в 2 раза больше, чем в скелетной, а в гладкой мышце больше холестерина и меньше фосфолипидов .

Из минеральных веществ находится Nа ( во внеклеточном пространстве) и K ( во внутриклеточном ), участвуя в создании градиента концентрации на мембране. Ca 2+ и Mg 2+ являются кофакторами в ферментативном процессе, ионы железа входят в состав миоглобина, а фосфор входит в состав нуклеозидфосфатов и креатинфосфата. Из микроэлементов содержатся Al, Cu, Zn, Pb и др.

ОСОБЕННОСТИ ОБМЕНА В МЫШЕЧНОЙ ТКАНИ.

В условиях покоя обмен протекает на довольно незначительном уровне, но при усилении мышечной активности возрастает в десятки раз. При этом создаются неблагоприятные условия для работы мышц. Наблюдаются сдавление и изгибы сосудов, что вызывает затруднение поступления кислорода и приводит к нарастанию гипоксии.

В мышцах в процессе эволюции развились приспособительные механизмы.

1. Даже в условиях покоя реакции гликолиза и гликогенолиза протекают на достаточно высоком уровне, и вследствии этого при наростании мышечной активности не требует дополнительного времени для подключения гликолиттических процесов с целью получения энергии.

2.Наличие миоглобина, способного связывать и депонировать значительное количество кислорода, которое расходуется по мере необходимости.

3.Высокое содержание АТФ и ГТФ, особенно АТФ,что дает возможность работать мышце за счет этих запасов.

Возможные пути ресинтеза АТФ в работающей мышце:

1) тканевое дыхание и окислительное фосфорилирование

2) гликолиз и гликогенолиз

3) фосфокреатинкиназные реакции АТФ + креатинфосфат АТФ+ креатин

аденилатиназная ( монокиназная) реакция 2АДФ АТФ +АМФ

В процессе работы мышцы в первую очередь используются углеводы, которые окисляются в реакциях гликолиза и цикле Кребса.

В виду дефицита кислорода при мышечной деятельности отмечается накопление молочной кислоты и в ряде случаев в большом количестве. Часть ее используется для синтеза гликогена в печенив мышечной ткани. Однако ее неполная утилизация является одной из причин развития утомления.

БИОХИМИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПРИ УТОМЛЕНИИ.

Отмечается изменение баланса богатых энергией фосфорных соединений вследствие преобладания распада АТФ над ее ресинтезом. Отношение АТФ к АДФ уменьшается в том числе и в нервной ткани, что приводит к снижению ее спецефической функциональной активности и развитии в ней защитного охранительного торможения, направленное на усиление

процессов восстановления, в частности ресинтеза АТФ.

Утомление сопровождается так же уменьшением содержания АТФ и креатинфосфата, а так же АТФ – азной активности миозина, ферментов аэробного окисления и особенно дыхания и фосфорилирования.

Происходит накопление молочной кислоты и снижение энергетических запасов мышци (в первую очередь гликогена)

Биохимические изменения при патологии в скелетных мышцах.

Общим для большинства заболеваний мышц (прогрессирующая мышечной дистрофия, атрофия, полимиозит, поражения при авитоминозе) является: резкое снижение содержания монофибриллярных белков, возрастает содержание белков стромы и некоторых саркоплазматических белков.

Наблюдается снижение содержания АТФ и креатинфосфата, а так же АТФ – азной активности миозина.

Уменьшение имидозол — содержащих дипептидов (карнозина и ансерина) вследствие усиления их распада.

Отмечается снижение фосфотидилхолина, фосфатидилэтаноламина и повышение сфингомиелина и лизофосфатидилхолина.

Структура и функция миокарда. Миокард желудочков состоит из взаимосвязанных волокон длинной от30 до 60, шириной от 10 до 20 мк. Хотя волокна сердечной мышцы функционально идентичны волокнам скелетны мышц, они меньше последних. И те и другие состоят из нескольких тысяч поперечно исчерченных нитей, или пучков ( миофибриллы), которые простираются на всю длину волокон. Миофибриллы состоят из тысячи саркомеров, образованных сократительными белками актином и миозином, организованными в виде микрофиламентов. В мышци сердца на саркомеры приходится около 50% массы сердечных клеток ( почти 90% в скелетной мышце). Если учесть роль, которую играет сердце, то можно понять, почему 25 – 30% сердечной клетки приходится на митохондрии. Они расположены вблизи от сократительных нитей, что облегчает перенос АТФ от места его образования в митохондриях к месту потребления во время сокращения. Энергетический обмен в сердечной мышце протекает почти в исключительно аэробных условиях, анаэробный путь реализуется лишь частично при экстремальной кислородной недостаточности.

Регуляция метаболизма сердечной мышци в покое и при нагрузке.

Сердечные мышцы, как и красная скелетная обладает высокой активностью реакцией цитратного цикла и окисления жирных кислот и малой активностью гликолитического пути. В сердечно мышце содержатся большие количества креатинкиназы, которая играет решающую роль в переносе АТФ от места ее образования в митохондриях к миофибриллам; 45% фермента локализовано на внутренней стороне наружной мембраны митохондрий. Встречаются все три формы изоферментов креатинкиназы: 40% общей активности приходится на ММ – форму, 50% которой связано с миофибриллами, МВ и ВВ – изоферменты находятся в растворимой форме и при повреждении клеток выходят наружу. Сердечная мышца, в отличиие от скелетной, использует для получения энергии наряду с глюкозой большее количество жирных кислот, а так же лактати кетоновые тела. Скелетная мышца свои энергетические потребности удовлетворяет в состоянии покоя на 95% за счет окисления глюкозы, а оставшуюся часть – за счет окисления жирных кислот. Всердечной мышцк при интенсивной нагрузке растет доля окисления лактата, в то время как доля остальных субстратов снижается. Скелетная мышца и в этих условиях получает энергию за счет глюкозы и жирных кислот, хотя доля окисляемых жирных кислот значительно увеличивается.

АТФ сердечной мышци являяется непосредственным энергетическим субстратом, обеспечивающем сокращения. Между синтезом АТФ и потреблением сердечной мышцей кислорода существует тесна корреляционная связь: увеличение скорости потребления кислорода сопровождается увеличением скорости синтеза АТФ. Рефосфорилирование образующегося на миофибрилле АДФ происходит здесь же креатинфосфатом с помощью креатинкиназы. Рефосфорилирование креатина протекает с помощью АТФ, образующейся в митохондриях.

Значительное влияние на метаболизм сердечной мышци цАМФ как вторичный передатчик гормонального влияния катехоламинов. Он так же непосредственно влияет на механизм сокращения через активировани протеинкиназ с перераспределением Cа 2+ между фибриллами и саркоплазматическим ретикуломом. Путем активирования фосфорилазы из гликогена освобождается глюкоза, что особенно важно для поддержания пула субстратов при инфаркте миокарда

Влияние гипоксии на обмен веществ в сердечной мышце.

В аанэробных условиях выявлено снижение сократимости миокарда уже через 5 минут от начала анаэробиоза. Отмеченный рост активности фосфофруктокиназы максимально индуцировал глмколиз, что приводило к накоплению молочной кислоты ( накопление вместо расходования!). Активацивация фосфорилазы увеличивала расход гликогена как субстрата энергетики и его запасы уже через 7 минут составили около 1/3 от исходного уровня. Однако, как выяснилось, при полной аноксии гликолиз может покрыть только 15 – 20% потребности сердца в энергии. Результат этого – снижение АТФ на 50%, а креатинфосфата на 1/3 уже через 5 минут от начала аноксии. Морфологический анализ миокардиоцитов показал набухание митохондрий, расширение крист до полного разрыва митохондриальной мембраны до полного выхода всего содержимого.

В условиях клиники полная ишемия сердечной мышцы наблюдается при тромбозе и эмболии коронарного сосуда. Результат – инфаркт миокарда. Нарушение кровоснабжения приводит к кислородной недостаточности и к прекращению доставки окисляемых субстратов. Создаются условия для накопления молочной кислоты, посколоку она не утилизируется сердечной мышцей. В первые минуты после закупорки сосудов быстро интенсифицируется гликолиз, образуется молочная кислота,( следствие активации гликогенолиза под влиянием катехоламинов). Взоне инфаркта примерно через 30 минут от наступления ишемии после наступления ацидоза гликолиз постепенно нормализуется. Переключение гликолиза на анаэробный сопровождается уменьшением синтеза АТФ и фосфокреатина. Ишемизированная мышца теряет способность к сокращению из – за дефицита энергии. Снижение сократимости связано с выходом Са 2+ из мест их связывания из – за повышенного содержания молочной кислоты и ацидоза. Вне зоны инфаркта так же уменьшается количество АТФ, что приводит к функциональному снижению способности сердца. Сниженное содержание АТФ в сердечной мышце сохраняется более 10 дней от начала инфаркта.

До 2 суток от начала инфаркта наблюдается снижение белков и нуклеиновых кислот в миокарде. Период рубцевания сопровождается активацией синтеза ДНК, инактивацией гликолитических ферментов с одновременной активацией глюкозо – 6 фосфатдегидрогеназы и глюкозо – 6 фосфоглюконатдегидрогеназы, возрастает активность окислительной ветви пентозо – фосфатного пути и образования восстановленого Н АДФ (источник водорода для синтетических реакций). В ткани подвергшейся инфаркту, возвращение метаболизма к нормальному протекает очень медленно.

Биохимические аспекты диагностики инфаркта миокарда.

Ферментами, исследование которых имеет наибольшую диагностическуюценность при инфаркте миокарда, являются АСТ, ЛДГ и КК. Выбор исследования зависит от времени после возникновения инфаркта миокарда.

В течение по меньшей мере 4 ч после инфаркта содержание всех ферментов может быть в норме. В первые 4 ч после того момента, когда больной ощутил боль в груди, нет смысла брать кровь для исследования ферментов.

Изменение активности ферментов плазмы крови при инфаркте миокарда.

источник

Ферменты крови как биохимические индикаторы повреждения внутренних органов (при инфаркте миокарда, заболеваниях мышц, опухолях костей, панкреатите).

Тропонины представляют собой белковые молекулы, формирующие состоящий из трех субъединиц (Тп С, Тп Т и Тп I) комплекс, расположенный на актиновых филаментах миокарда. Тропониновый комплекс участвует в процессах сокращения и расслабления миокарда. Тп С — Са 2+ -связанный протеин — участвует в регуляции деятельности актиновыхфиламентов. Тп I ингибирует процесс сокращения мышечных волокон при нарушении связи Тп Сс ионами кальция. Тп Т обеспечивает взаимодействие всего тропонинового комплекса с тропомиозином и филаментами актина. Продемонстрировано, что Тп Т и Тп I — более специфичные и чувствительные маркеры миокардиального повреждения, чем креатинфосфокиназа и ее МВ фракция. Концентрация сердечных тропонинов в крови повышается уже через 3-4 часа после случившегося приступа и остаётся в кровяном русле до двух недель.Креатинкиназа (фосфокиназа, КФК) — это фермент, катализирующий образование из АТФ и креатина высокоэнергетического соединения -креатинфосфата, который расходуется организмом при увеличенных физических нагрузках. КФК содержится в клетках сердечной мышцы, скелетной мускулатуры, головного мозга, щитовидной железы, легких. Наибольшее клиническое значение имеют следующие изоферменты (фракции) креатинкиназы: КФК-МВ (сердечный изофермент, изменяющийся при повреждении клеток миокарда), КФК-ВВ (мозговой изофермент, отражающий патологию клеток головного мозга), КФК-ММ (мышечный изофермент, находящийся в скелетных мышцах).В норме в плазме крови они имеют соотношение: I(BB) — 0 —следы, II(MB) — 4-6%, III(MM) — 94-96%. Наиболее часто значительное увеличение активности данного фермента отмечается при остром инфаркте миокарда. Определение креатинфосфокиназы, и особенно МВ-фракции, широко используется для ранней диагностики инфаркта миокарда, так как ее повышение отмечается уже через 2-4 часа после острого болевого приступа; возврат показателя к норме происходит достаточно быстро (на 3-6 сутки), поэтому определение общей креатинфосфокиназы в крови в более поздние сроки для диагностики инфаркта миокарда малоинформативно.

Повышение активности креатинфосфокиназы нередко наблюдается и при острых миокардитах, однако является не столь выраженным и держится значительно дольше, чем при инфаркте. Высокая активность общей креатинфосфокиназы нередко встречается при травматических повреждениях и заболеваниях скелетных мышц (например, при прогрессирующей мышечной дистрофии, миопатии, дерматомиозите).

Миоглобин — железосодержащий белок мышечных клеток, содержащийся в клетках скелетных мышц и в миокарде, обеспечивающий в них депонирование кислорода. Молекула миоглобина образована единичной полипептидной цепью и железосодержащим гемом и сходна по строению и функциям с гемоглобином крови. Миоглобин связывает кислород (образуется оксимиоглобин) и является основным его поставщиком для скелетных мышц. Выводится миоглобин в неизмененном виде с мочой, поэтому его концентрация также зависит от функции почек. При любом повреждении, некрозе, лизисе ткани скелетной мускулатуры или миокарда миоглобин поступает в кровь. При инфаркте миокарда выраженность гипермиоглобинемии находится в прямой зависимости от размеров очага некроза. Это один из самых ранних маркеров инфаркта миокарда (обнаруживается уже через 2 часа после приступа, увеличение концентрации может быть 10-кратным).

Кроме того, это исследование может понадобиться после массивных повреждений скелетной мускулатуры, чтобы оценить риск повреждения почек и острой почечной недостаточности.

Содержание аспартатаминотрансферазы (АсАТ) в сердце наибольшее из всех внутренних органов. Этот фермент содержится также в мозге, лёгких, скелетных мышцах, почках, печени и в других органах и тканях. Поэтому повышение активности АсАТ в крови — чувствительный, но недостаточно специфичный маркер поражения миокарда.

Лактатдегидрогена́за (ЛДГ, лактат, НАД + оксидоредуктаза, дегидрогеназа молочной кислоты)- фермент углеводного обмена, катализирует взаимопревращение пировиноградной и молочной кислот, т. е. реакцию, завершающую внутренний окислительно-восстановительный цикл гликолиза. В первые двое суток после возникновения инфаркта миокарда активность ЛДГ в сыворотке крови возрастает в 10—15 раз и возвращается к норме лишь на 10—12-й день. Суммарная ЛДГ (имеется 5 изоэнзимов) — поздний маркер инфаркта миокарда, она реагирует позже, чем остальные ферменты. Ее определение обычно производят у больных, поздно поступающих в стационар (через 48—72 ч от начала ИМ). Изофермент ЛДГ1 (его много в сердце) информативнее, ибо его уровень повышается раньше, чем суммарная ЛДГ, а кроме того, может увеличиваться на фоне ее нормальных значений. Ценность определения активности ЛДГ в сыворотке крови особенно велика в случаях инфаркта миокарда с нетипичной клинической и электрокардиографической картиной.

При не распадающихся злокачественных опухолях происходит снижение общего белка сыворотки крови за счет снижения альбуминов при некотором увеличении уровня глобулинов. При явлениях дегидратации и некроза опухолей может наблюдаться снижение общего белка крови со значительным снижением содержания глобулинов.

У взрослых больных определение количества сиаловых кислот в сыворотке крови при опухолях костей дает еще один тест для установления диагноза. Установлено, что при доброкачественных, медленно растущих опухолях уровень сиаловых кислот не изменяется и соответствует норме (155 ед.).

Немаловажную роль в дифференциальной диагностике опухолей и остеомиелита имеет определение протеолитических ферментов, уровень которых повышается при злокачественных опухолях и при появлении метастазов.

Повышение уровня кальция крови до 12-20 мг% наблюдается при интенсивном разрушении кости при метастатических опухолях.

Некоторую помощь в диагностике опухолей костей может оказать определение активности щелочной фосфатазы сыворотки крови. Этот фермент, необходимый для расщепления органических фосфатных соединений с образованием фосфорной кислоты, которая откладывается в костях в виде фосфата кальция. Уровень фосфатазы увеличивается при недостатке кальция и фосфора в организме (рахит, гиперпаратиреоз). Уровень фосфатазы повышается при образовании костной мозоли после переломов и после патологических переломов, патологическом костеобразовании, которым является остеогенная саркома. При этом, повышение уровня щелочной фосфатазы не абсолютный симптом, однако, в комплексе с другими изменениями может помочь в установлении диагноза.

Активность щелочной фосфатазы повышается при остеоид-остеоме, если гиперостоз, окружающий опухоль, был значительным, а при ОБК – если она привела к патологическому перелому. Т.е., определение активности щелочной фосфатазы является одним из вспомогательных тестов в комплексе диагностики опухолей костной ткани.

Наибольшее значение в диагностике панкреатита имеет биохимический анализ крови. Именно он позволяет определить функциональное состояние всего организма.

При панкреатите наблюдаются следующие изменения химического состава крови:

—повышение уровня амилазы – панкреатического фермента, которые расщепляет крахмал;

—повышение уровня эластазы, липазы, трипсина, фосфолипазы;

—увеличение уровня глюкозы в крови, что связано с недостаточной секрецией инсулина;

—повышение количества билирубина – лабораторный признак, наблюдающийся в случае перекрытия увеличившейся поджелудочной железой желчевыводящих путей;

—снижение уровня общего белка – следствие белкого-энергетического голодания;

—иногда – повышение уровня трансаминаз.

—уменьшение уровня гемоглобина и количества эритроцитов – следствие кровопотери, возможный признак геморрагических осложнений панкреатита;

—повышение количества лейкоцитов, иногда в десятки раз – следствие воспалительного процесса;

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

источник

Активность ферментов и состав мышечных волокон в скелетных мышцах

Активность ферментов и состав мышечных волокон изучались посредством биопсии. Исследовались: латеральная широкая мышца бедра и дельтовидная мышца. В исследовании приняли участие 74 нетренированных и тренированных испытуемых. МВ типа I преобладали у спортсменов тренирующихся на выносливость. Приведены данные о проценте МВ типа I и значениях МПК у спортсменов высокой квалификации.

Gollnick, P.D. Enzyme activity and fiber composition in skeletal muscle of untrained and trained men / P.D. Gollnick, R.B. Armstrong, C.W. Saubert IV, K. Piehl, and B. Saltin // Journal of Applied Phisiology, 1972.- Vol. 33.- No 3.- P. 312- 319.

Голльник П.Д.

АКТИВНОСТЬ ФЕРМЕНТОВ И СОСТАВ ВОЛОКНА В СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦАХ НЕТРЕНИРОВАННЫХ И ТРЕНИРОВАННЫХ ЛЮДЕЙ

Посредством биопсии образцов из латеральной широкой и дельтовидной мышцы 74 нетренированных и тренированных людей изучалась активность сукцинатдегидрогеназы (СДГ) и фосфофруктокиназы (ФФК) и осуществлялась гистохимическая идентификация типов волокон и локализация окислительной деятельности. Активность СДГ была наивысшей в мышцах людей, участвующих в тренировке на выносливость. Наивысшая активность проявилась в мышцах, которые были широко вовлечены в работу на выносливость. Только незначительные различия были замечены в деятельности ФФК. Только медленно сокращающиеся (МВ I типа) и быстро сокращающиеся (МВ II типа) волокна были идентифицированы в образцах мышц. МВ I типа преобладали в мышцах спортсменов на выносливость. Во всех группах наблюдалась широкая вариация волокон. Установлено, что распределение волокна указывает на долю площади, занимаемой волокном в мышцах. Окислительная способность обоих типов волокон была больше у выносливых спортсменов, чем у других. Мышечный гликоген является наиболее высоким у тренированных людей. Нет закономерности для накопления гликогена для двух типов волокон.

Ключевые слова: сукцинатдегидрогеназа; гликоген; типы волокон; фосфофруктокиназа; скелетные мышцы человека

По меньшей мере, три различных типа волокон определены в большинстве видов скелетных мышц. Несколько систем было предложено для идентификации этих видов волокон (3, 5, 10, 24). В мышцах человека большинство исследователей выявили только два отчетливо различающихся типа волокна. Они были классифицированы как тип I и тип II (7, 16) или красные и белые (9) волокна. Edström и Nyström (9) отметили различия в процентном распределении этих двух видов волокон между различными мышцами и в одних и тех же мышцах у разных субъектов.

Взаимопревращаемость типов волокон была продемонстрирована у животных после перекрестной иннервации (8). Barnard и соавторы (3) также сообщили, что физическая тренировка привела к увеличению процента красных волокон и сокращению белых волокон в мышцах морской свинки. У животных, тренировки на выносливость могут изменить метаболические характеристики скелетных мышц, повышая активность некоторых ферментов цикла Кребса, митохондриальную концентрацию белка, и способность к окислению жира (11, 12, 14). Некоторые из этих изменений были отмечены в человеческих скелетных мышцах после тренировки (15, 26). Тем не менее, метаболические характеристики и состав волокна в мышцах тренируемых и нетренируемых людей и их отношение к деятельности определенных групп мышц, к их силовой характеристике не были изучены. Целью этого исследования являлось приближение к этой проблеме, изучая группы испытуемых, которые занимались различными видами тренировок, с разной интенсивностью тренировок в течение длительного периода времени.

ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В исследовании участвовали девять групп мужчин (таблица 1). Были выбраны представители разных возрастных групп и состояний физической подготовки, принимавшие участие в различных спортивных мероприятиях, которые использовали различные группы мышц и учебные программы. В общей сложности были изучены характеристики 74 мужчин в возрасте от 17 и 58 лет.

Образцы латеральной широкой и дельтовидной мышцы были получены техникой пункционной биопсии (4) и были разделены на три части. Одна часть образца сразу же была заморожена в жидком азоте и хранилась в сухом льду для последующего гистохимического анализа. Остальные две части были взвешены и использованы для определения активности янтарной кислоты сукцинатдегидрогеназы (SDH) и фосфофруктокиназы (PFK) в 25 ° С методами Cooperstein с соавт. (6) и Shonk и Boxer (23), соответственно. В некоторых случаях биопсия была проведена повторно, чтобы обеспечить достаточное количество ткани для различных измерений. В таких случаях биопсия была сделана в том же самом месте отбора проб, как и первый раз.

Более подробно строение и функции мышечных волокон описаны в моих книгах «Гипертрофия скелетных мышц человека» и «Биомеханика мышц«

Образцы, замороженные для гистохимического анализа, были исследованы под препаровочной лупой в холодном помещении при -25 C, для определения ориентации волокон. Затем они были охлаждены до температуры жидкого азота, помещены на держатели образцов в ОСТ заливочную среду (Ames Tissue-Tek) в температуру около 0 ° C, и сразу же погружены в жидкий азот. Последовательные сечения, толщиной 10 мк, были разрезаны в криостате при — 20° С и помещены на стекла для окрашивания. Активность аденозинтрифосфатазы (АТФаза) миозина, дифосфопиридин нуклеотид-диафоразы (ДПН-Н-диафораза) и активность альфа-глицерофосфатдегидразы оценивались методами Padykula и Herman (20), Novikoff с соавт. (18) и Wattenberg и Leong (27), соответственно. Распределение гликогена (толщиной 16 мк) в одном из последовательных сечений оценивалось реакцией Шифф-йодной кислотою (PAS) (21).

Фотографии образцов были сделаны 20 х 25 см черно-белыми отпечатками, с целью классификации волокна и оценки распределения окислительных и гликолитических волокон.

Количество гликогена в некоторых образцах определяли способом, описанным Karlsson и соавт. (13). Рибонуклеиновая кислота (РНК) была определена в образцах некоторых мышечных групп модифицированным методом Schmidt-Thannhauser, описанным Munro и Fleck (17). Дрожжевая РНК была использована в качестве стандарта.

ТАБЛИЦА 1 Скелетные мышцы тренируемых и нетренируемых людей. Физические характеристики, число волокон, активность ферментов и МПК в исследуемых группах

Группа, возраст, номер Рост, вес Тип работы (Рука-нога) % содержание
МВ I типа
Активность ферментов, µмоль / г мин -¹ МПК

кгмин-¹

SDH PFK
Нетренируемые, 27 (24-30) лет, n = 12 179 см (166-187)

(32-53)

Нетренируемые, 39 (31-52) лет, n = 14 178 см (168-191) 75.6 кг (63.2-88.6) Р

(35-49)

Тренеруемые,* 25 (17-30) лет, n = 12 179 см

(51-65)

Велосипедисты, 24 (18-33) лет, n = 4 182 см

(64-75)

Байдарочники, 26 (25-27) лет, n = 4 181 см

(55-58)

Бегуны, 23 (19-33) лет, n = 8 177 см

(61-80)

Пловцы, 21 (18-23) лет, n = 5 181 см

(69-74)

Пауэрлифтеры, 25 (23-29) лет, n = 4 171 см

(32-55)

Ориентирщики, 52 (47-58) лет, n = 11 176 см

Представлено: среднее арифметическое ± ошибка среднего арифметического. В скобках показаны самые высокие и самые низкие значения.

* Эта группа состоит из спортсменов, соревнующихся в нескольких различных видах спорта.

** Среднее по трем значениям.

Максимальное потребление кислорода (МПК) во время работы ног было определено для всех субъектов либо во время работы на беговой дорожке или кручением педалей велосипеда. В некоторых группах, в которых спортивная специализация включала в себя широкое использование рук, МПК как также было измерено при проворачивании специально предназначенного велосипеда для рук и ладоней (25). Выдохнутый воздух был собран в мешки Дугласа и его объем был определен с помощью мокрого спирометра. Анализ газа был выполнен с помощью техники Holdein.

Площадь мышечных волокон у некоторых людей была определена планиметрией с фотографий образцов, используемых для определения ДПН-диафоразы. Случайно выбранные клетки, в количестве 40, в том числе 20 из каждого типа волокна, были измерены для каждого человека. Диаметры клеток были рассчитаны на основе измерения площади МВ.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Целью этого исследования было изучение людей разных возрастов и состояний физической подготовки, некоторые из которых принимали участие в различных спортивных мероприятиях. Эффективность тематической подборки в соответствующие критерии пригодности проиллюстрировано уровнем МПК во время работы ног (таблица 1), который варьировал со средним значением от 41 (неподготовленные группы и пауэрлифтеры) до 75 (у бегунов) мл / кг мин — ¹. Самая низкая величина отдельного значения составила 27 и самая высокая 80 мл / кг мин — ¹. Эти значения аналогичны тем, которые ранее сообщены на основе данных от малоподвижных людей до чемпионов (22). Ранее было показано, что во время МПК работа рук достигает только 70% от работы ног (1, 25). Для групп обследованных людей в нашем исследовании эти значения были 79 и 97% для тяжелоатлетов и байдарочников, соответственно. Это иллюстрирует важность количества массы мышц, включенных в работу; и тренировку конкретных групп мышц.

Два типа волокон были определены в образцах мышц и рассмотрены в данном исследовании (рис. 1). Один обладает высокой, другой – низкой активностью АТФазы миозина при щелочном рН (9,4).

В соответствии с Barnard соавт. (2), высокая активность АТФазы миозина в условиях нашего анализа происходила в МВ с быстрыми характеристиками сокращения, низкая активность – в мышечных волокнах с медленными характеристиками сокращения. У нас, таким образом, обозначены два типа волокон, как быстро сокращающиеся (II тип) и медленно сокращающееся (I тип). Как показал альфа-глицерофосфат дегидрогеназы, МВ II типа всегда имеют гликолитическую емкость выше, чем I типа волокна. МВ II типа, как правило, имеют более низкую окислительную способность, чем МВ I типа. Это видно из активности ДПН-диафоразы, окислительная способность которой существует в обоих типах волокон. В центре этой сплошной среды существует область, где окислительная способность двух типов волокон совпадает. Как будет показано впоследствии, с тренировкой, окислительная способность обоих типов волокон повышается. Таким образом, любую классификацию системы на основе частичной или исключительно на окислительной способности, будет трудно объективно применить ко всем образцам мышц.

Третий тип волокна, имеющий высокую активность миозина АТФазы при щелочном рН и высокую окислительную способность, был идентифицирован в скелетных мышцах различных видов (2). Этот тип волокна был назван красным (2), С (24), быстросокращающимся (5), и αβ (10). Мы не видели этот тип волокна в изученных образцах мышц. Оgata и Murata (19), однако, выявили третий тип волокна в человеческой межреберной мышце на основе SDH и окрашивания черным суданом. Эти исследователи, однако, не рассмотрели сократительных характеристик, которые показывает АТФаза миозина.

Рис. 1. Поперечные срезы латеральной широкой мышцы, окрашенные для ДПН-Н-диафоразы (верх) и АТФазы миозина (низ), данные четырех людей.

А и В: нетренируемый субъект среднего возраста (B.A.). Достаточно заметны крупные волокна и светлая окраска ДПН-диафоразы и в МВ I, II типа.

C и D: бегун на длинные дистанции (D.M.). Быстросокращающихся волокон меньше, чем медленносокращающихся. Оба типа волокна имеют интенсивную окраску ДПН-диафоразы, особенно субсарколеммная область МВ I типа.

E и F: спринтер (N.P.). Оба типа волокон (быстро и медленно сокращающиеся) обладают относительно низкой окислительной способностью.

G и H: ориентирование (C.R.) Интенсивность окраски для ДПН-Н диафоразы некоторых волокон II типа приближается к волокнам I типа (увеличение в 185 раз).

Среднее распределение волокон в образцах дельтовидной мышцы было 46% I типа и 54% II типа (% быстросокращающиеся волокон = 100% — медленно сокращающихся волокон) для нетренируемых молодых и среднего возраста групп, соответственно (таблица 1). Эти образцы содержали от 14 до 60% МВ I типа у молодых спортсменов, и от 34 до 58% МВ I типа в средней возрастной группе. Среднее распределение волокон в боковой части латеральной широкой мышцы бедра было сравнимо с дельтовидной у молодых людей, имеющих 36% МВ I типа и у группы среднего возраста — 44% МВ I типа. Диапазон численности волокон этой мышцы был таким же, как и у дельтовидной, 13-73% МВ I типа, как для молодых людей, так и для группы среднего возраста. Edström и Nyström (9) отметили обширное распространение типов волокон в скелетных мышцах человека.

Средний процент МВ I типа в мышцах людей, которые принимали участие в тренировке на выносливость, был выше, чем в малоподвижных группах. Хотя были некоторые исключения, самый высокий процент МВ I типа был найден в мышцах, которые были весьма активно задействованы в работе на выносливость. Среднее значение для мышц ног было около 60% МВ I типа. Диапазон обоих МВ I и II типа в любой конкретной группе спортсменов тренировавшей выносливость, был похож на тот, что и у нетренирующихся групп. Тем не менее, низкие и высокие значения были выше, чем у малоподвижных групп. МВ I и II типа примерно поровну распределены в дельтовидной и широкой латеральной мышцы тяжелоатлетов.

Диаметры волокон и области и относительной площади, занятые каждым типом волокна в мышце были определены на 25 образцах, которые включали 15 от ног и 10 от рук (Таблица 2). Эти образцы представляли все группы и включали шесть людей, у которых были сделаны измерения, как на руках, так и ногах. Средняя площадь МВ I типа для всех образцов, была 5423,6 и 5406,5 мкм² для широкой латеральной и дельтовидной, соответственно. Площадь МВ II типа была на 20% больше, чем площадь МВ I типа в обеих: латеральной широкой мышце бедра (6379,8 мкм²) и дельтовидной мышце (6295,7 мкм²). Когда сравнения были сделаны для людей, у которых имелись данные, полученные из мышц ног и рук одного человека, площади МВ I типа были 5771,8 мкм² и 5295,7 мкм², соответственно. У этих людей, МВ I типа ноги были на 9% больше, а МВ II типа на 8% больше, чем аналогичные на руке. Отмеченные изменения действительно существуют между различными мышцами у одного того же человека или между людьми. Для нескольких людей (D.M., B.L,. и D.F.) МВ I типа были более крупными, чем МВ II типа (таблица 2, рис. 1С).

С несколькими исключениями, мышечные волокна I и II типа у тренированных людей были больше, чем у нетренирующихся. Тип тренировки также, как оказалось, оказывает влияние на относительный размер двух типов волокон. У спортсмена М.Н. (тяжелоатлет) волокна ноги были только на 9% больше, чем те, что на руке. Однако, как в руке, так и в ноге МВ II типа были более чем на 60% больше, чем МВ I типа. Напротив, МВ I и II типа руки байдарочника B.L. были на 26% и 64% больше, соответственно, чем МВ ноги. У спортсмена S.H., пловца, МВ I типа руки были на 24% больше, чем МВ ноги, в то время как МВ II типа руки на 5% меньше, чем МВ ноги. У этого испытуемого, типы волокон руки были примерно равны по размеру, но МВ ноги II типа на 40% больше, чем МВ I типа. Эти примеры иллюстрируют влияние хорошей подготовки рук на размер волокна. У испытуемого J.R., велосипедиста, МВ I и II типа мышц руки на 37% и 26% меньше, чем соответствующие МВ ноги. МВ II типа руки были на 34% больше, чем МВ I типа, но для ноги эта разница была только 15%. Во всех из этих примерах, площадь волокон тренированных спортсменов была больше, чем у нетренированных лиц.

Относительная площадь мышцы, занятая определенным типом волокна была совершенно иной у обычных спортсменов, по сравнению со спортсменами, занятыми тренировками на выносливость. У нетренированных людей площадь МВ I типа колебалась от 24,5 до 53,2% от общей площади. Низкие значения спортсменов, незанятых в тренировках на выносливость включают 17,3 % для ног у тяжелоатлетов и 21,9% для ног у спринтеров. Наоборот, площадь, занимаемая МВ I типа была 80,1% для ног бегуна на длинные дистанции (D.A.), 84,4% и 73,7% для рук и ног пловца (S.H.), соответственно, и 74,5% для рук байдарочника (B.L.).

Из приведенных выше данных и таблицы 2, видно, что для большинства людей МВ II типа больше по размерам, чем МВ I типа. Можно также отметить, что у некоторых тренирующихся спортсменов преимущественно увеличиваются мышечные волокна обоих типов. В этих условиях распределение двух типов волокон в мышце не может свидетельствовать об относительной площади, занимаемой определенным типом волокна. Процентное соотношение между МВ I типа и относительной занимаемой ими площади, в образце мышцы, было определено с помощью всех имеющихся данных в настоящем исследовании. Как показано на рис. 2, существует линейная зависимость между процентным распределением МВ I типа и относительной площадью, занимаемой МВ I типа. Это было верно даже, если образцы содержали значительные отличия в соотношении численности волокон и размерах. В данных, ранее опубликованных Edström и Nyström (9) было приведено процентное распределение и относительная площадь двух типов волокон из нескольких различных мышц мужчин и женщин. Эти данные также отображены на рис. 2. Близкие совпадения существуют между результатами настоящих исследований, и теми, что сообщили Edström и Nyström (9). Все значения обоих исследований, кроме одного несоответствия, входят в 95% доверительного интервала линии регрессии. Таким образом, процентный состав мышцы с точки зрения типов волокон свидетельствует о том, что относительная площадь каждого типа волокна вносит свой вклад в площадь всей мышцы.

Активность СДГ у нетренированных людей, как молодых и среднего возраста составляла около 3,5 и 4,4 µмоль /г мин-¹ для мышц рук и ног, соответственно (таблица 1). Активность СДГ рук и ног мышц тяжелоатлетов была на 30% меньше, чем у нетренированных людей. Активность СДГ рук и ног мышц остальных тренируемых была на 20 — 150% выше, чем малоподвижных групп. Самая высокая индивидуальная активность СДГ была найдена в мышце ноги велосипедиста (12,4 µмоль /г мин-¹) и мышцах рук пловца (9,9 µмоль / г мин-¹).

Активность СДГ была самой высокой в наиболее активных мышцах, как для подготовленных, так и для неподготовленных испытуемых. В неподготовленной группе активность СДГ мышцы ноги была на 25% больше чем мышцы руки. В тех группах спортсменов, у которых в тренировку были вовлечены ноги, активность СДГ дельтовидной мышцы была в среднем на 15-20% больше, чем у нетренированных людей. У этих же испытуемых, активность СДГ в мышцах ног была на 55 % выше, чем у рук.

Таблица 2 Размеры волокна, численность, и отношение к мышечной площади у нескольких испытуемых

Исследуемый Образец (рука или нога) Группа Диаметр волокна, мкм Площадь, мкм² % МВ I типа % площади МВ I типа
МВ I типа МВ II типа МВ I типа МВ II типа
P.G. Н Нетренируемый 75,2±2,9

(3770-8120)

34,0 28,7
C.S. Н Нетренируемый 80,3±3,3

(4060-9570)

30,0 24,5
MKS Н Нетренируемый 63,4 ± 2,4

(1740-5800)

34,0 30,0
GK Р Нетренируемый 63,6 ± 2,0

(2270-4918)

48,3 45,7
Н 72,2 ± 3,5

(3405- 6053 )

48,6 47,6
NP* Н Спринтер

(4350-8120)

26,0 21,9
DM* Н Бегун

(1740-3770)

75,0 80,1
DS Н Бегун

(5220-12179)

70,0 60,9
DF* Н Бегун -средневик 95,5 ± 3,2

(1740-10439)

55,0 58,9
RP Н Бегун -средневик 59,2 ± 2,7

(2030-7540 )

47,0 38,1
BA* Н Бывший тяжелоатлет 107,1 ± 3,8

(6700-20 299)

24,0 23,5
MH Н Пауэрлифтер 85,6 ±4,9

(5800-14499)

25,3 23 , 5
Р 83,5±2,4

(4350- 14499)

48,4 36,9
JR* Р Велоспедист

(4640-9280)

52,1 48,6
Н 104,6 ± 2,3

(7540-14789)

51,3 44 , 0
BL Р Байдарочник 101,9 ± 2,6

(88,6-118,2)

8244 ± 570,3 (5850-13162) 8391 ,0 ± 361,9

(5484-10968)

57,9 74 ,6
Н 90,5 ± 2,7

(3656- 6581)

69,9 57,5
SH Р Пловец 88,0 ± 1,7

(4753-8774)

85,3 84,4
Н 79,0 ± 2,0

Данные означают: среднее арифметическое ± ошибка среднего арифметического Значения в скобках максимальные и минимальные *См. таблицу 4 для доп. характеристик

В группе ориентировщиков среднего возраста активность (СДГ) латеральной широкой была на 40% выше, чем дельтовидной мышцы. Еще большие различия существовали между неподготовленными группами и теми испытуемыми, в чьих спортивных мероприятиях имело место широкое использование мышц ног или рук. Различия между мышцами у одних и тех же испытуемых стали более выраженным в хорошо подготовленных группах. В случае велосипедистов, активность СДГ мышцы ноги была в 2,5 раза больше, чем у малоподвижных людей. Деятельность рук этих субъектов была на 70% выше, чем у нетренированных, но только на 55% для ног. Деятельность СДГ дельтовидной мышцы у байдарочников и пловцов была в 2,2 и в 2,4 раза выше, соответственно, чем у неподготовленных групп. У этих испытуемых активность СДГ была выше в мышце руки, чем ноги. Эти результаты свидетельствуют о специфике локализации тренировочного эффекта.

Рис. 2. Процентное соотношение МВ I типа в образце мышцы и относительная площадь, занимаемая этим волокном. Регрессионная линия 95% доверительного интервала была определена из данных настоящего исследования. Данные Edström и Nyström (9) также отмечены.

Хотя активность ФФК не была определена для всех групп, не было никаких различий между группами или между мышцами в пределах данной группы. Средние значения были от 19 до 29 µмоль /г мин — ¹, самое низкое значение найдено в группе субъектов, занятых в различных спортивных мероприятиях, а самая высокая величина найдена в мышцах ног пловца (Таблица 1).

Значение активности фермента и композиции волокна исследовали также с помощью биопсии латеральной широкой мышцы, взятых образцов из различных мест у 18 испытуемых (в том числе тренируемых и нетренируемых). Место отбора проб в этих экспериментах было на 12-16 см выше коленной чашечки на глубине 4 см в мышце. Альтернативные места для взятия проб были 4 см выше или ниже этой точки. Стандартное отклонение различий между этими образцами составило 0,46 и 3,86 µмоль /г мин — ¹, для активности СДГ и ФФК, соответственно, и 4,6 для процентного распределения волокон. Хотя это представляет собой небольшую степень изменчивости, оно иллюстрирует необходимость стандартной выборки мест для проб. Вариация в глубине погружения иглы для биопсии также может повлиять на активность фермента, размер и распределение волокон. Тем не менее, это не было определено в настоящем исследовании.

РНК в мышцах дельтовидной и латеральной широкой определялась только у велосипедистов, тяжелоатлетов, ориентировщиков среднего возраста и пловцов. Средние значения для этих групп были 1,5 и 1,7 µг /г для руки и ноги, соответственно. Не выявлены существенные различия между группами или между двумя мышцами исследуемых. Поскольку эти группы включают широкий диапазон возрастов (17-58 лет) и различные виды спорта, кажется, что лишь незначительные различия могут быть объяснены этими факторами.

Концентрация мышечного гликогена у тренированных людей, как правило, выше, чем у малоподвижных (таблица 3). Было также установлено, что для одного субъекта содержание гликогена было самым высоким в мышцах, которые были наиболее задействованы в спортивной деятельности. Примером являетя испытуемый J.R .(велосипедист), у него высокое содержание гликогена было обнаружено в мышцах ног, обратный результат получен у S.H. и B.L. (пловец и байдарочник). На основе окрашивания PAS, кажется, что не существует единого шаблона для содержания гликогена в двух типах волокон в скелетных мышцах. Примеры из некоторых образцов, наблюдаемых в этом исследовании, представлены на рис. 3. В некоторых случаях было невозможно выявить различия в концентрации гликогена между двумя типами волокон (рис. 3, А и С). Содержание гликогена в ткани на рис. 3,4 было низким (84 mм единиц глюкозы/кг), а на рис. 3C достаточно высоким (178 mм единиц глюкозы/кг). В других примерах (рис. 3, Е и G), образцы варьируют: наиболее интенсивно окрашиваются то МВ I то МВ II типа. Во многих мышцах образцы чередовались (рис. 3G). Способность МВ I типа накапливать гликоген иллюстрируется испытуемым D.M., у которого мышцы содержат 75% МВ I типа и высокое содержание гликогена (127 mм единиц глюкозы/кг).

ОБСУЖДЕНИЕ

Идентификация только двух типов волокон в мышцах человека в настоящем исследовании согласуется с несколькими предыдущими докладами (7, 9, 16). В отличие от предыдущих наблюдений мы имеем выбранную идентификацию волокон на основе сократительных характеристик. Высокая активность СДГ в мышцах тренируемой группы, соответствует выводам, сообщенных Varnauskas и соавт. (26), Morgan и др. (15). Активность DPSH-диафоразы в МВ I и II типа у тренированных людей была выше, чем у малоподвижных (рис. 1). Это свидетельствует о адаптируемости окислительной способности в обоих типах волокна. В некоторых тренируемых группах (рис. 1), активность DPSH-диафоразы МВ II типа была больше, чем в МВ I типа в мышцах нетренированных групп. Мышечные волокна I типа в мышцах высококвалифицированных спортсменов были более окислительными чем МВ I типа у нетренированных. Это характеризовалось темным субсарколемным окрашиванием DPSH-диафоразы. У спортсменов значение самой высокой активности СДГ DPSH-диафоразы МВ II типа приближалось к значению МВ I типа.

Таблица 3. Концентрация гликогена в мышце руки и ноги нетренируемых и представителей тренируемых групп

Испытуемый Вид спорта Гликоген, мМ единиц глюкозы / кг
Нетренируемые 93,3* (75-120) 80,7** (53-111)
J.R. Велосипедист 90 153
S.H. Пловец 223,0 122
B.L. Байдарочник 105 79
D.M. Бегун 127
D.S. Бегун 173
D.F. Бегун на средние дистанции 178

В скобках показаны границы наблюдений (самое высокое и самое низкое)

* Среднее по трем людям. **Среднее значение для 10 испытуемых.

Возникает вопрос, может ли существующее процентное распределение определенного типа волокна в скелетной мышце быть изменено с помощью тренировки. Morgan и соавт. (15) сообщили, что у человека процент красных волокон возрастает после тренировки. Barnard и его коллеги (3) также отметили, что процент красных волокон в мышце морской свинки увеличивается после тренировки. Следует отметить, что преобразование типов волокон, как сообщает Barnard c соавт. не требует изменений сократительных свойств. Кроме того, Morgan и др. определили волокна как красные или белые только на основе активности СДГ. Поскольку тренировка приводила к изменению активности СДГ (3, 11), и как было показано в настоящем исследовании, окислительная способность МВ II типа может резко меняться, то будет легко идентифицировать МВ I и II типа после тренировки от одного гистохимического определения активности СДГ. Однако, Guth и Yellin (10) отметили постепенное уменьшение (высокой активности) АТФазы миозина окрашенных волокон у камбаловидной крысы при компенсаторной гипертрофии. Хотя на вопрос указанный выше, невозможно ответить с помощью данных этого исследования, мы не можем исключить возможность того, что такое преобразование волокон может происходить с помощью тренировок. Широкий диапазон композиций волокон в различных группах может быть причиной такой конверсии волокон из одного типа в другой. С другой стороны, некоторые из видов спорта на выносливость действительно давали относительно высокий процент МВ I типа у испытуемых. Это может быть связано с выбором этого вида спорта спортсменом, обладающим природными способностями. Необходимы дополнительные исследования, чтобы уточнить этот момент.

Рис. 3. Серийные срезы передней латеральной широкой мышцы показывают окрас PAS для гликогена (сверху) и окрас для миозина АТФазы (внизу) для четырех испытуемых. А и В: нетренируемый среднего возраста испытуемый (P.G.). МВ I и II типа слабо окрашены гликогеном. C и D: бегун на средние дистанции (D.F.) МВ I и II типа интенсивно окрашены гликогеном. E и F нетренируемый молодой человек (C.S.). МВ I типа, имеют более высокую концентрацию гликогена, чем МВ II типа в этом образце. G и H: стайер (D.C.). Иллюстрация непоследовательного окрашивания волокон в той же мышце (х 185).

Существовали немалые различия в составе мышечных волокон и активности ферментов, и исполнительными характеристиками некоторых из лучших спортсменов, изученных в данном исследовании. Несколько примеров этого представлены в таблице 4. Сравнив показатели испытуемых J.R .и R.P. с D.M., видно, что высокая активность СДГ и МПК схожа, но сильно отличается состав мышечных волокон. Испытуемый R.P., чемпион мира, байдарочник, J.R., велосипедист, у обоих было примерно равное распределение этих двух типов волокон в ноге и мышце руки, в то время как у D.M., бегуна на длинные дистанции, было преобладающим количество МВ I типа (75%) в латеральной широкой мышце. Высокие уровни активности СДГ в мышцах J.R. и R.P. были результатом высокой окислительной способности в обоих типах волокон, что повлияло на активность DPSH-диафоразы. Еще одно различие между этими спортсменами — их способность выполнять скоростную работу. Оба испытуемых R.P. и J.R. обладали высокой способностью к спринтерской работе. R.P. имеет лучшие результаты в беге на короткие дистанции, в то время как испытуемый D.M. показывает лучшие результаты на более длинных дистанциях и имеет ограниченные спринтерские способности. J.R. мог выполнять длительную работу на выносливость, а затем спринт в конце соревнования. D.F., с 55% МВ I типа, является бегуном на средние дистанции (4:04 = миля и 1:51 =полмили). N.P. (74% МВ II типа) является спринтером (9,3 с 100 ярдов). Различия в композиции мышц может быть причиной, по крайней мере, частично, для этих характеристик. Интересно также отметить, что в МПК испытуемого R.P. было выше в работе руки, чем ноги. Это было, несомненно, связано с высокой тренировкой мышц рук байдарочника. Подобные сравнения также могут быть сделаны между A.B., пловцом, который соревновался в плавании на 400-1500м и испытуемыми J.R. и R.P.

Таблица 4. Численность волокон, активность ферментов, МПК, и исполнительные характеристики нескольких испытуемых

Испытуемый, возраст, вес, рост Конечность для проб (рука или нога) % МВ I типа Активность ферментов µмоль /г мин-¹ МПК л/мин Комментарии
СДГ ФФК
J.R. 33 года, 175 см, 75 кг Р 51.3 6.73 19 36 Велосипедист, 5-ти кратный чемпион Швеции
Н 52.1 12.38 21 .37 5,50
C.S. 26лет, 189 см, 74 кг Р 39.5 5.49 4.80 Велосипедист троекратный чемпион мира, 1969; 5-ти кратный чемпион Швеции
Н 72.5 8.21
R.P. 27лет, 186 см, 79 кг Р 48.2 9.24 22.98 4.77 Байдарочник; олимпийская золотая медаль, 1964; олимпийский серебряная медаль, 1968; пятикратный чемпион мира, последний раз в 1971
Н 45.0 5.65 31.45 4.55
A.B. 19лет, 175 см, 70 кг Р 71 .8 9.60 20.97 Пловец; 400 м. — 4: 05.8; 1500м — 16:33.4
Н 66.4 8.06 28.83 5.20
D.M. 20лет, 170 см, 62 кг Р Бегун; 4-й в NCAA

Чемпионате по кроссу, 1971; 28:15 при пробегании 6 миль

Н 75,0 8.03 15.07 4.95
D.F. 21лет, 178 см, 69 кг Р Бегун на средние дистанции; 1:51-880 yd; 4:04 — миля
Н 55.0 5.14 26.53 4.78
NP -22лет, 165 см, 61 кг Р Спринтер; 9.3 100 yd
Н 26.0 3. 95 28.34 3.59
B.A. 31год, 191 см, 87 кг Р Бывший тяжелоатлет вес; деятельность в спортивной рекреации
Н 24.0 4.67 23.12 4.39

Еще один интересный пример – C.S., который в 1969 году имел МПК 5,6 л/мин и занял третье место на чемпионате мира по велоспорту. В связи с неспособностью продолжать свои тренировки МПК отказалось 4,8 л/мин на момент исследования. Тем не менее, его широкая латеральная мышца бедра содержит 73% МВ I типа и имеет активность СДГ 8,2 µмоль/гмин — ¹. Эти характеристики свидетельствуют о высокой производительности аэробной работы у B.A., бывшего тяжелоатлета, который по-прежнему занимается спортом, МВ II типа ноги преобладали (76%), в то время как активность СДГ была средней (4,47 µмоль/г мин — ¹).

Установлено, что в мышцах некоторых нетренирующихся субъектов, процентное содержание МВ I типа может быть равно 70-85%, , что соответствует показателям спортсменов, тренирующихся на выносливость, хотя МПК и активность СДГ и DPSH-диафоразы были намного ниже. В каждом случае высококвалифицированные спортсмены на выносливость обладали высокой активностью СДГ и DPSH-диафоразы. Эти две характеристики, как представляется, хорошо связаны между собой. Если активность СДГ и DPSH-диафоразы может резко меняться в обоих типах волокон, то спортсмены с высоким процентом МВ II типа еще могут обладать чрезвычайно высокой окислительной способностью, приспособляемость волокон для аэробного метаболизма может быть более важным фактором в тренировке и исполнительности, чем основной состав мышцы.

Один вопрос в настоящее время все еще открыт. Что является лимитирующим фактором МПК: окислительная способность мышц или пропускная способности сердечно-сосудистой системы? К этому вопросу можно подходить с точки зрения окислительной способности мышц на основе активности СДГ. Для такого подхода, следует отметить, что активность СДГ была измерена при 25 С в настоящем исследовании, и что при нормальной температуре тела 37 С происходит 2,2-кратное увеличение активности (6). Если предположить, что объем потребляемого кислорода скелетных мышц равен скорости конверсии сукцината на 1 кг скелетных мышц, широкая латеральная мышца бедра у испытуемого малоподвижной группы может потреблять 0,6 л кислорода/мин. Для велосипедиста (активность СДГ 11,0 µмоль/г мин — ¹), это значение будет 1,6 л кислорода/кг мин. В таких условиях, потребление кислорода всем телом во время максимальной работы может быть равным 6-7 кг для мышц человека из нетренируемой группы и от 3-3,5 кг для мышц велосипедистов. Это позволяет предположить, что как для малоподвижных, так и для тренируемых испытуемых, окислительная возможность мышечной массы, используемая в упражнении для ног, будет превышать известные значения МПК. Эти расчеты основаны на предположении, что все компоненты окислительного метаболизма функционируют со скоростью реакции СДГ, что маловероятно. Однако, это было продемонстрировано (12), большинство компонентов из цикла Кребса и системы транспортировки электронов увеличивается пропорционально друг другу в процессе тренировки. Тем не менее, активность СДГ представляет все митохондриальные белки. Исходя из этих соображений и активности СДГ в этом исследовании, окислительная способность мышц ноги велосипедиста в 2,5 раза больше, чем у малоподвижного испытуемого. МПК высококвалифицированных спортсменов, однако, не было в 2,5 раза больше, чем у нетренируемых испытуемых. Эти рассуждения, кажется, указывают на сердечно-сосудистую систему, как на устанавливающую верхний предел МПК.

Что тогда является важным критерием большой аэробной способности скелетных мышц спортсменов? Очевидно именно увеличение окислительной способности МВ II типа, и как результат, способность этих волокон более эффективно использовать запасы гликогена в аэробных условиях и окислять жирные кислоты. Таким образом, наступление утомления этих волокон будет отложено. Это увеличение окислительной возможности МВ II типа также может способствовать снижению уровня лактата во время субмаксимальной работы, которая происходит после тренировки.

Как указано выше, кажется маловероятным, что способность тела использовать кислород во время максимальной работы ограничена окислительной способностью мышечной клетки. Несмотря на это, наблюдались глубокие различия между мышцами тренируемой и нетренируемой группы людей. Выносливость спортсмена была охарактеризована высоким процентом МВ I типа в его тренированных мышцах. Окислительная способность этих волокон и МВ II типа была значительно выше, чем в его менее активных мышцах или в мышцах нетренированных людей. Степень, с которой регулярная тренировка способствовала этой наблюдаемой разнице, не может быть определена путем настоящего исследования. Наблюдаемые результаты показывают, что физическая подготовка человека не влияет на состав волокон, однако влияет на окислительную способность отдельных мышечных волокон.

Это исследование было частично поддержано Исследовательским Советом Федерации Спорта Швеции и Советом Швеции по Медицинским Исследованиям (14X-2203). B. Armstrong и C. W. Saubert IV являются кандидатами Национального Научного Фонда.

источник