Wpływ wysiłku fizycznego na metabolizm tlenowy neutrofilów oraz

Wiesław Krumrych
WPŁYW WYSIŁKU FIZYCZNEGO NA METABOLIZM TLENOWY
NEUTROFILÓW ORAZ POTENCJAŁ ANTYOKSYDACYJNY KRWI
KONI
ROZPRAWA HABILITACYJNA
Zakład Chorób Koni
Państwowego Instytutu Weterynaryjnego – Państwowego Instytutu Badawczego
w Puławach
RECENZENCI:
- prof. dr hab. Tomasz Janowski
- prof. dr hab. Mirosław Kleczkowski
- prof. dr hab. Włodzimierz Kluciński
- prof. dr hab. Zygmunt Kuleta
Słowa kluczowe: konie, wysiłek fizyczny, chemiluminescencja neutrofilów,
antyoksydanty, stres oksydacyjn
STRESZCZENIE
Celem pracy była ocena aktywności metabolizmu tlenowego neutrofilów oraz
potencjału antyoksydacyjnego krwi w warunkach standardowego wysiłku fizycznego różnych
grup użytkowych koni.
Badania przeprowadzono na 114 klinicznie zdrowych koniach, reprezentujących różne
grupy użytkowe: zwierzęta hodowlane (27), rekreacyjne (22) oraz sportowe (65). W skład
grupy koni sportowych weszły: konie wyścigowe (11), kłusaki (15), konie skokowe (25) oraz
zaprzęgowe (14). Wymienione grupy koni były zróżnicowane pod względem rasy, wieku oraz
udziału poszczególnych płci. Badania dotyczyły typowych obciążeń wysiłkowych, których
forma, intensywność i czas trwania były uwarunkowane, w przypadku koni wyczynowych,
rodzajem dyscypliny sportowej. Wysiłek koni rekreacyjnych sprowadzał się do ok. 1-godz.
jazdy pod siodłem z młodzieżą uczącą się jazdy konnej. Grupą odniesienia (kontrola) były
zwierzęta hodowlane, których aktywność fizyczna ograniczała się do przebywania na
przystajennych pastwiskach.
Materiał do badań stanowiła krew obwodowa, którą pobierano z żyły szyjnej
zewnętrznej, trzykrotnie: przed wysiłkiem, bezpośrednio po nim, oraz po 30-minutowym
odpoczynku. W próbkach krwi oceniano m.in. aktywność metabolizmu tlenowego
neutrofilów przy użyciu metody chemiluminescencji (CL) oraz wartości enzymatycznych i
nieenzymatycznych wskaźników antyoksydacyjnych.
Badania wykazały, że wysiłek koni sportowych powoduje przejściową intensyfikację
procesów wolnorodnikowych manifestującą się wzrostem aktywności CL neutrofilów krwi
obwodowej. Wielkość tej reakcji była uzależniona od intensywności i czasu trwania
obciążenia wysiłkowego, czego potwierdzeniem była zmienność wartości oznaczonych
wskaźników hematologicznych i biochemicznych krwi, a także liczby oddechów i uderzeń
serca.
Największy powysiłkowy wzrost aktywności metabolizmu tlenowego neutrofilów
stwierdzono u koni zaprzęgowych, poddanych największym obciążeniom wysiłkowym,
podczas gdy u zwierząt użytkowanych rekreacyjnie, relatywnie niewielki wysiłek nie
indukował podobnej reakcji. Konsekwencją intensyfikacji procesów wolnorodnikowych była
mobilizacja mechanizmów antyoksydacyjnych przejawiająca się, zwłaszcza u intensywnie
trenowanych koni wyczynowych, powysiłkowym wzrostem wartości związków
enzymatycznych i nieenzymatycznych. Wykazano, że spośród oznaczonych antyoksydantów,
aktywność peroksydazy glutationowej (GPx) w największym stopniu podlegała powysiłkowej
zmienności, co wskazuje na duże znaczenie tego enzymu w ochronie organizmu przed
zwiększonym generowaniem reaktywnych form tlenu (ROS).
Analiza wyników badań przedwysiłkowych wykazała wyraźnie większe,
spoczynkowe wartości CL neutrofilów, a także głównych enzymów antyoksydacyjnych (GPx,
dysmutazy ponadtlenkowej i katalazy) oraz całkowitego statusu antyoksydacyjnego u koni
regularnie i intensywnie trenowanych, aniżeli u zwierząt o niewielkiej aktywności ruchowej.
Rezultat ten świadczy o korzystnym wpływie treningu zarówno na tlenowozależną aktywność
bakteriobójczą neutrofilów, jak również na potencjał antyoksydacyjny krwi u koni.
Powysiłkowy wzrost metabolizmu tlenowego neutrofilów dodatnio korelował z
wartościami kinazy kreatynowej (CK), co wskazuje na udział ROS w uszkodzeniach komórek
mięśniowych w wyniku peroksydacji błon lipidowych. Związek ten potwierdziła analiza
regresji wieloczynnikowej w grupie koni charakteryzujących się wyższą, w porównaniu z
pozostałymi zwierzętami, powysiłkową aktywnością CK. Wykazała ona, że wraz ze wzrostem
metabolizmu tlenowego neutrofilów oraz upośledzeniem potencjału antyoksydacyjnego,
wyrażającego się spadkiem wartości GPx i bilirubiny całkowitej, wzrasta stopień uszkodzenia
mięśni. Rezultat ten stanowi potwierdzenie związku uszkodzeń mięśni szkieletowych z
zaburzeniami równowagi prooksydacyjno-antyoksydacyjnej (tzw. stres oksydacyjny).
Jakkolwiek zjawisko to wcześniej obserwowano u koni rajdowych, poddawanych
wyczerpującym obciążeniom wysiłkowym, uzyskane wyniki wskazują na niebezpieczeństwo
wystąpienia podobnych zagrożeń również w przebiegu standardowego wysiłku treningowego
koni sportowych, zwłaszcza reprezentujących dyscyplinę powożenia zaprzęgami oraz
wyścigowych.
Badania wykazały przydatność oznaczania aktywności chemiluminescencyjnej
neutrofilów oraz statusu antyoksydacyjnego krwi do oceny zdrowia i dobrostanu koni
sportowych objętych programem treningowym.
THE EFFECT OF PHYSICAL EXERCISE ON OXYGEN METABOLISM OF
NEUTROPHILS AND ANTIOXIDATIVE POTENTIAL OF BLOOD IN HORSES
WIESŁAW KRUMRYCH
Department of Horse Diseases,
National Veterinary Research Institute in Pulawy
Key words: horses, physical exercise, chemiluminescence of neutrophils, antioxidants,
oxidative stress
SUMMARY
The aim of the study was to evaluate the activity of oxygen metabolism of neutrophils
and antioxidative potential of blood during standard physical exercise of different groups of
horses.
The study included 114 clinically healthy horses representing different groups:
breeding horses (27), recreation horses (22) and sport horses (65). The group of sport horses
consisted of race horses (11), trotters (15), jumping horses (25) and driving horses (14). The
above mentioned groups of horses differed in breed, age and gender. The study was carried
out basing on typical exercise workload. Its form, intensity and duration depended, in case of
competitive horses, on the type of sport. The exercise of recreation horses came down to
about one hour of saddle rides with school children learning to horse ride. The control group
comprised breeding horses whose physical activity was limited to staying on grazing land.
The study used peripheral blood collected from an external jugular vein three times:
before exercise, immediately after exercise and after 30-minute rest. Blood samples were
examined, among others, for the activity of oxygen metabolism of neutrophils using
chemiluminescence (CL) and the values of enzymatic and nonenzymatic antioxidative
indices.
The study demonstrated that exercise in sport horses causes a temporary
intensification of free radical processes manifested by an increase in CL activity of
neutrophils in peripheral blood. The size of this reaction depended on the intensity and
duration of the exercise workload, which was confirmed by changes in the value of
haematological and biochemical blood indices and the heart rate.
The highest post-exercise increase in the activity of oxygen metabolism of neutrophils
was demonstrated in driving horses subject to the greatest exercise workload, whereas in
animals used for recreation purposes relatively small exercise did not result in a similar
reaction. The consequence of the intensification of free radical processes was mobilization of
antioxidative mechanisms manifested by, especially in case of intensively trained competitive
horses, a post-exercise increase in the values of enzymatic and nonenzymatic complexes. It
was demonstrated that among the determined antioxidants the activity of glutathione
peroxidase (GPx) was subject to post-exercise changeability, which suggests a great
importance of this enzyme in the protection of the organism from the increased generation of
reactive oxygen species (ROS).
The analysis of the results of pre-exercise examination demonstrated clearly higher,
rest CL values of neutrophils as well as main antioxidative enzymes (GPx, superoxide
dismutase and catalase) and total antioxidant status in horses trained regularly and intensively
than in animals of small physical activity. This result proves a positive influence of training
both on oxygen-dependent bactericidal activity of neutrophils and also antioxidative potential
of blood in horses.
A post-exercise increase of oxygen metabolism of neutrophils positively correlated
with the values of creatine kinase (CK), which suggests a participation of ROS in the damage
of muscle cells as a result of peroxidation of lipid membranes. This relationship was
confirmed by the analysis of multifactorial regression in the group of horses characterized by
a higher, in comparison with the other animals, post-exercise CK activity. It demonstrated that
together with an increase of oxygen metabolism of neutrophils and impairment of
antioxidative potential, marked by a decrease in the values of GPx and total bilirubin, there is
an increase in the level of muscle damage. This result confirms the relationship between
skeletal muscle damage and disturbances of prooxidant-antioxidant balance (so-called
oxidative stress). Although this phenomenon was earlier observed in race horses subject to
exhausting exercise, the obtained results show that there is a risk of similar danger also in case
of standard training exercise of sport horses, especially driving and race horses.
The study demonstrated the usefulness of chemiluminescence activity assay of
neutrophils and antioxidative status of blood to evaluate the health and welfare of sport horses
involved in a training programe.