FULL TEXT - Medycyna Sportowa
Transkrypt
FULL TEXT - Medycyna Sportowa
Medycyna Sportowa © MEDSPORTPRESS, 2007; 4(6); Vol. 23, 229-232 Bartosz WoŸniak1(A,C), Celestyna MilaKierzenkowska2(D,E), Gerard Drewa2(A), Alina WoŸniak2(D,E), Agata Kalinowska2(B,F), Tomasz Drewa2(D), Ewa Krzy¿yñska-Malinowska2(B), Dariusz Górecki2(E), Jacek Konca2(F) 1 Author’s Contribution A – Study Design B – Data Collection C – Statistical Analysis D – Data Interpretation E – Manuscript Preparation F – Literature Search G – Funds Collection 2 tio np roh ibit ed . Zaanga¿owanie Autorów A – Przygotowanie projektu badawczego B – Zbieranie danych C – Analiza statystyczna D – Interpretacja danych E – Przygotowanie manuskryptu F – Opracowanie piœmiennictwa G – Pozyskanie funduszy Katedra i Klinika Neurochirurgii i Neurotraumatologii, Uniwersytet Miko³aja Kopernika w Toruniu, Collegium Medicum, Bydgoszcz Katedra Biologii Medycznej, Uniwersytet Miko³aja Kopernika w Toruniu, Collegium Medicum, Bydgoszcz STRES OKSYDACYJNY PO WYSI£KU FIZYCZNYM U WIOŒLARZY RÓ¯NI¥CYCH SIÊ WIEKIEM I STOPNIEM WYTRENOWANIA -d istr ibu This copy is for personal use only - distribution prohibited. - This copy is for personal use only - distribution prohibited. - KRÓTKIE DONIESIENIE / SHORT REPORT POSTEXERTIONAL OXIDATIVE STRES IN ROWERS OF VARIOUS AGE AND ATHLETIC EXPERIENCE nly S³owa kluczowe: reaktywne formy tlenu, peroksydacja lipidów, wysi³ek fizyczny, dialdehyd malonowy, peroksydaza glutationowa Key words: reactive oxygen species, lipid peroxidation, exercise, malondialdehyde, glutathione peroxidase - eo Summary y is 2335 1 0 16 op Word count: Tables: Figures: References: Th is c Adres do korespondencji / Address for correspondence Celestyna Mila-Kierzenkowska Katedra Biologii Medycznej, Collegium Medicum, Uniwersytet Miko³aja Kopernika 85-092 Bydgoszcz, ul. Kar³owicza 24, tel.: (0-52) 585-37-37, fax: (0-52) 585-37-42, e-mail: [email protected] Otrzymano / Received Zaakceptowano / Accepted 09.01.2007 r. 17.02.2007 r. - This copy is for personal use only - distribution prohibited. - for pe rs on al us This copy is for personal use only - distribution prohibited. Background. Physical exertion induces changes in antioxidant enzymes activity and lipid peroxidation products concentration in sportsmen. Intensive exercise increases free radicals generation with oxidative stres as a consequence. The extent of damage to biological structures and response to oxidative stress depend on age and physical efficiency. The aim of the study was to determine postexertional malondialdehyde concentration and glutathione peroxidase activity in three groups of rowers of various age and athletic experience. Material and methods. The study involved 14 rowers of Bydgoskie Towarzystwo Wioœlarskie, divided into 3 groups based on age and athletic experience. Blood samples were taken from cubital vein before and after a training session. Malondialdehyde concentration was measured by Buege and Aust's method, while glutathione peroxidase activity were assessed according to Paglia and Valentine. Results. Malondialdehyde concentration before exertion was the highest in sportsmen with the longest athletic experience and it was the lowest in the youngest sportsmen. Glutathione peroxidase activity, both before and after exercise, was the lowest in the oldest rowers, while it reached the highest levels in the youngest group of sportsmen. A tendency of postexertional malondialdehyde concentration decrease in all three groups as well as statistically insignificant glutathione peroxidase activity increase in group of the youngest and the oldest sportsmen were demonstrated. Conclusions. The tendency of postexertional malondialdehyde concentration decrease in rowers may be evidence of increased clearance of this lipid peroxidation product as the effect of exercise. Insignificant increase of glutathione peroxidase activity may reflect hydrogen peroxide and/or organic peroxides formation. Observed differences may result from athletic experience, age or general condition of the sportsmen. 229 tio np roh ibit ibu -d istr nly Stê¿enie dialdehydu malonowego przed treningiem by³o najwy¿sze w grupie 1 (u sportowców z najd³u¿szym sta¿em trenowania), a najni¿sze w grupie 3, czyli w grupie sportowców najm³odszych. W porównaniu zarówno z grup¹ 1, jak i 2, w grupie 3 by³o ono o oko³o 58% ni¿sze (p<0,01). Po treningu, podobnie jak przed treningiem, najni¿sze stê¿enie MDA by³o w grupie 3, i by³o o oko³o 64% ni¿sze ni¿ w grupie 1 (p<0,05), i o oko³o 72% ni¿sze ni¿ w grupie 2 (p<0,01). Najwy¿sze stê¿enie MDA po treningu obserwowano w grupie 2 (Tab. 1). Aktywnoœæ GPx przed wysi³kiem fizycznym by³a najni¿sza w grupie 1, a najwy¿sza w grupie 3. Przed treningiem aktywnoœæ GPx w grupie 1 by³a oko³o trzykrotnie ni¿sza ni¿ w grupie 2 i oko³o dziesiêciokrotnie ni¿sza ni¿ w grupie 3. S¹ to jednak ró¿nice nieistotne statystycznie. Aktywnoœæ GPx po wysi³ku fizycznym, podobnie jak przed treningiem, w grupie 1 by³a najni¿sza, a w grupie 3 – najwy¿sza. Po treningu aktywnoœæ enzymu w grupie 1 by³a o oko³o 12% ni¿sza ni¿ w grupie 2 i oko³o piêciokrotnie ni¿sza ni¿ w grupie 2, ale nie s¹ to ró¿nice istotne statystycznie (Tab. 1). Stê¿enie dialdehydu malonowego we wszystkich trzech grupach wykazywa³o nieistotn¹ statystycznie tendencjê do obni¿ania siê po treningu. Aktywnoœæ peroksydazy glutationowej w grupach 1 i 3 nieistotnie statystycznie wzros³a, podczas gdy w grupie 2 nieistotnie statystycznie obni¿y³a siê w wyniku treningu (Tab. 1). us al on pe rs for y is op is c Th This copy is for personal use only - distribution prohibited. - Badanie przeprowadzono w grupie 14 wioœlarzy, zawodników Bydgoskiego Towarzystwa Wioœlarskiego. Sportowców podzielono na 3 grupy w zale¿noœci od wieku i sta¿u treningowego. Grupê I stanowi³o piêciu mê¿czyzn w wieku od 20 do 22 lat. W grupie tej sta¿ treningowy wynosi³ od 6 do 10 lat. Do grupy II zaliczono piêciu mê¿czyzn w wieku 17-18 lat, trenuj¹cych od 3 do 6 lat. Grupa III to czterech ch³opców w wieku od 13 do 14 lat, którzy trenuj¹ wioœlarstwo 11,5 roku. Sportowców, w dniu wykonania oznaczeñ, poddano typowemu treningowi wioœlarskiemu. Grupa pierwsza wykona³a bieg w czasie 25 minut z nisk¹ intensywnoœci¹, æwiczenia na ergometrze wioœlarskim w czasie 45 minut z wysok¹ intensywnoœci¹ oraz trening specjalistyczny (30 chwytów maksymalnych na 15 chwytów lekkich). Grupa druga wykona³a rozgrzewkê w wodzie (4 km), æwiczenia typowe (rozwios³owanie) w wodzie (3 km) oraz trening specjalistyczny w wodzie, na dwóch dystansach: 500 m i 1000 m. Grupê trzeci¹ poddano rozgrzewce i treningowi na wodzie (9 km) ze œredni¹ intensywnoœci¹ (praca ci¹g³a). Rodzaj treningu i czas trwania dostosowano do aktualnej zdolnoœci wysi³kowej sportowca. Mimo ró¿nic obci¹¿enie wzglêdne by³o podobne. Materia³ do badañ stanowi³a krew ¿ylna, pobrana z ¿y³y ³okciowej dwukrotnie od ka¿dego badanego. Krew pobierano bezpoœrednio przed i po treningu. Zarówno aktywnoœæ peroksydazy glutationowej, jak i stê¿enie dialdehydu malonowego oznaczano w krwinkach czerwonych. Wyniki eo Materia³ i metody ed . Stres oksydacyjny powstaje w wyniku zachwiania równowagi miêdzy generacj¹ reaktywnych form tlenu (RFT) a ich usuwaniem zarówno w enzymatycznych, jak i nieenzymatycznych reakcjach neutralizacji i zmiatania [1]. Stres oksydacyjny wystêpuje w przebiegu wielu chorób, ale mo¿e do niego dojœæ równie¿ podczas wysi³ku fizycznego. Szereg badañ potwierdza, ¿e wysi³ek fizyczny wp³ywa na równowagê prooksydacyjno-antyoksydacyjn¹ organizmu [2]. Sam proces pobierania tlenu przez organizm stwarza warunki do powstawania RFT. W czasie wysi³ku fizycznego wzrasta zu¿ycie tlenu, co powoduje nasilenie przemian o charakterze tlenowym i tym samym zwiêkszone wytwarzanie wolnych rodników [3]. Procesy te zale¿¹ od rodzaju wykonywanego wysi³ku, jego intensywnoœci, czasu trwania, jak równie¿ od stopnia wytrenowania organizmu. Wioœlarze potrzebuj¹ du¿ej si³y miêœniowej dla nadania prêdkoœci ³odzi na starcie i wysokiej wydolnoœci tlenowej do jej utrzymania podczas pokonywania dystansu na torze w trakcie zawodów [4]. Wios³owanie anga¿uje do pracy liczne grupy miêœniowe, a udzia³ du¿ych mas miêœniowych w intensywnych wysi³kach powoduje nasilenie przemian metabolicznych, co prowadzi w konsekwencji do zu¿ycia znacznych iloœci energii i pobierania maksymalnych iloœci tlenu [5]. Celem niniejszej pracy by³o okreœlenie wp³ywu wysi³ku fizycznego na stê¿enie dialdehydu malonowego (MDA) i aktywnoœæ peroksydazy glutationowej (GPx) w krwinkach czerwonych wioœlarzy ró¿ni¹cych siê wiekiem i sta¿em treningowym. - This copy is for personal use only - distribution prohibited. Stê¿enie dialdehydu malonowego oznaczono metod¹ Buege i Aust`a [6]. Metoda ta oparta jest na reakcji tworzenia siê barwnego kompleksu produktów peroksydacji lipidów z kwasem tiobarbiturowym (TBA) w kwaœnym œrodowisku, w temperaturze 100°C. Obserwowano maksimum absorbancji tego kompleksu przy d³ugoœci fali λ=532 nm. Dialdehyd malonowy jest g³ównym produktem peroksydacji lipidów, reaguj¹cym z TBA i dlatego w celu uogólnienia stê¿enie wszystkich produktów peroksydacji lipidów reaguj¹cych z TBA okreœlono jako stê¿enie MDA i wyra¿ono w nmol/gHb. Aktywnoœæ peroksydazy glutationowej oznaczano wg Paglia i Valentine [7]. Peroksydaza glutationowa jest enzymem, który rozk³ada nadtlenek wodoru, powoduj¹c jednoczeœnie utlenienie zredukowanego glutationu (GSH). Reakcjê redukcji utlenionego glutationu (GSSG) katalizuje kolejny enzym – reduktaza glutationowa. Koenzymem tej reakcji jest zredukowany fosforan dinukleotydu nikotynoamidoadeninowego (NADPH), który ulega przemianie w formê utlenion¹ (NADP), co powoduje zmianê absorbancji œwiat³a przy d³ugoœci fali λ=340 nm. Aktywnoœæ peroksydazy glutationowej wyra¿ono w U/g Hb. Otrzymane wyniki poddano analizie statystycznej. W tym celu wykorzystano test jednoczynnikowy ANOVA z porównaniem œrednich post-hoc wariantem RIR z testem Tukey'a dla nierównych liczebnoœci grup. Za istotny statystycznie wspó³czynnik istotnoœci przyjêto wartoœæ p<0,05. Wstêp - This copy is for personal use only - distribution prohibited. - This copy is for personal use only - distribution prohibited. - WoŸniak B. i wsp., Stres oksydacyjny po wysi³ku fizycznym u wioœlarzy 230 Dyskusja W pracy wykazano istotne statystycznie ró¿nice w stê¿eniu MDA w erytrocytach wioœlarzy ró¿ni¹cych siê wiekiem oraz sta¿em treningowym. Przed trenin- tio np roh ibit ed . Tab. 1. Stê¿enie dialdehydu malonowego (MDA) oraz aktywnoœæ peroksydazy glutationowej (GPx) w erytrocytach wioœlarzy przed i po wysi³ku fizycznym Tab. 1. Malondialdehyde (MDA) concentration and glutathione peroxidase (GPx) activity in erythrocytes of rowers before and after exercise ibu -d istr nly eo Testy wysi³kowe potwierdzaj¹ istnienie zaburzeñ w funkcjonowaniu enzymatycznej obrony antyoksydacyjnej w odpowiedzi organizmu na wysi³ek fizyczny. Mechanizmy tej odpowiedzi pozostaj¹ jednak nadal nieznane. W badaniach w³asnych stwierdzono nieistotne statystycznie ró¿nice aktywnoœci peroksydazy glutationowej w trzech grupach wioœlarzy ró¿ni¹cych siê wiekiem oraz sta¿em treningowym. Aktywnoœæ GPx by³a najni¿sza w grupie zawodników o najd³u¿szym sta¿u treningowym (6-10 lat), a najwy¿sza w grupie zawodników o najkrótszym sta¿u (11,5 roku). Ponadto, wyniki niniejszej pracy wskazuj¹ na tendencjê do wzrostu aktywnoœci peroksydazy glutationowej w erytrocytach wioœlarzy po wysi³ku fizycznym, choæ wykazane ró¿nice nie s¹ istotne statystycznie. Wzrost aktywnoœci tych enzymów dowodzi wzmo¿onej generacji wolnych rodników tlenowych i stanowi mechanizm s³u¿¹cy przywróceniu równowagi prooksydacyjno-antyoksydacyjnej w organizmie sportowca [11]. Aktywnoœæ enzymów antyoksydacyjnych mo¿e równie¿ zale¿eæ od stopnia wytrenowania organizmu. Badano aktywnoœæ dysmutazy ponadtlenkowej (SOD), katalazy (CAT) i peroksydazy glutationowej we krwi kolarzy amatorów, kolarzy profesjonalistów oraz osób nietrenuj¹cych (grupa kontrolna). Najwy¿szy poziom SOD zaobserwowano w grupie kolarzy amatorów, a najni¿szy w grupie kontrolnej. Najwy¿sz¹ aktywnoœæ CAT i GPx wykazano w grupie profesjonalistów [12]. Niektórzy badacze uwa¿aj¹, ¿e zmiany w generacji wolnych rodników tlenowych pod wp³ywem treningu zwi¹zane s¹ z typem w³ókien miêœniowych uczestnicz¹cych w danym wysi³ku fizycznym [13]. Miêsieñ szkieletowy dziecka nie wykazuje natomiast cech typowych ani dla w³ókien szybko, ani wolno kurcz¹cych siê [14]. Wykazane w badaniach w³asnych tej pracy Th is c op y is for pe rs on al us giem najwy¿sze stê¿enie MDA obserwowano u najstarszych wioœlarzy, z najd³u¿szym sta¿em (od 6 do 10 lat), a najni¿sze w grupie sportowców najm³odszych. Po treningu stê¿enie MDA by³o najwy¿sze w grupie zawodników trenuj¹cych wioœlarstwo od 3 do 6 lat i – podobnie jak przed treningiem – najni¿sze w grupie najm³odszej. Wykazano równie¿ nieistotn¹ statystycznie tendencjê do obni¿ania siê stê¿enia MDA po treningu we wszystkich trzech grupach sportowców. Wyniki badañ Karolkiewicz i Szczêœniak [8] sugeruj¹, ¿e stopieñ wytrenowania wioœlarek wp³ywa na wielkoœæ stresu oksydacyjnego w krwinkach czerwonych i miêœniach szkieletowych. Wysi³ek fizyczny o intensywnoœci maksymalnej spowodowa³ u juniorek m.in. istotny statystycznie wzrost stê¿enia TBARS w osoczu krwi. Zastosowany test wysi³kowy w grupie seniorek natomiast spowodowa³ znacznie ni¿szy powysi³kowy wzrost poziomu TBARS. Salminen i Vihko [9] wykazali, ¿e trzytygodniowy trening u myszy (bieganie) istotnie statystycznie redukuje tworzenie siê nadtlenków lipidowych we w³óknach miêœnia trójg³owego, co potwierdza, ¿e trening wp³ywa na procesy peroksydacyjne w organizmie [10]. Wytrenowanie organizmu przez zmianê metabolizmu tkankowego zmienia tak¿e metabolizm MDA i dlatego obserwuje siê brak wzrostu produktów peroksydacji lipidów. Dialdehyd malonowy metabolizowany jest w w¹trobie i prawdopodobnie w wytrenowanych miêœniach szkieletowych [11]. Ró¿nice stê¿enia produktów peroksydacji lipidów pod wp³ywem wysi³ku fizycznego mog¹ wiêc zale¿eæ nie tylko od iloœci wytwarzanego MDA, ale tak¿e od tempa jego usuwania, które z kolei zale¿y od ogólnej kondycji organizmu, a tak¿e od wieku [10]. Brak wzrostu stê¿enia MDA po treningu mo¿e wynikaæ z tego, ¿e tkanki metabolizuj¹ ten produkt peroksydacji w warunkach wzmo¿onego metabolizmu podczas wysi³ku fizycznego. - This copy is for personal use only - distribution prohibited. - This copy is for personal use only - distribution prohibited. - This copy is for personal use only - distribution prohibited. - This copy is for personal use only - distribution prohibited. - WoŸniak B. i wsp., Stres oksydacyjny po wysi³ku fizycznym u wioœlarzy 231 tio np roh ibit ibu -d istr eo us al on pe rs Wniosek praktyczny for Regularnie podejmowany wysi³ek fizyczny usprawnia usuwanie z komórek szkodliwych produktów przemian metabolicznych i zwiêksza tolerancjê organizmu na powysi³kowe zaburzenia homeostazy ustrojowej. Piœmiennictwo Th is c op y is 1. Ball S. Antyoksydanty w medycynie i zdrowiu cz³owieka. Warszawa 2001. - This copy is for personal use only - distribution prohibited. nly Wnioski 1. Wykazana w pracy nieistotna statystycznie tendencja do obni¿ania siê stê¿enia dialdehydu malonowego w erytrocytach wioœlarzy po treningu mo¿e œwiadczyæ o zwiêkszonym usuwaniu tego produktu peroksydacji lipidów w efekcie wysi³ku fizycznego. 2. Tendencja do wzrostu aktywnoœci peroksydazy glutationowej po treningu u wioœlarzy mo¿e dowodziæ nasilenia generacji nadtlenku wodoru i/lub nadtlenków organicznych. 3. Istotne statystycznie ró¿nice w stê¿eniu dialdehydu malonowego miêdzy wioœlarzami trzech badanych grup mog¹ wynikaæ ze stopnia wytrenowania badanych sportowców, jak równie¿ ich wieku, czy te¿ ogólnej kondycji organizmu. 2. Alessio HM. Exercise-induced oxidative stress. Med Sci Sports Exerc 1993; 25: 218-224. 3. Lutos³awska G, Hübner-WoŸniak E. Wolne rodniki i antyoksydanty w wysi³ku fizycznym i treningu. ¯yw Cz³ow Metab 1999; 26 (3): 242-251. 4. Steinacker JM. Physiological aspects of training in rowing. Int J of Sports Med 1993; 14: 3-10. 5. Secher NH. Physiological and biomechanical aspects of rowing. Implications for training. Sports Med 1993; 15 (1): 24-42. 6. Buege JA, Aust SD. Microsomal lipid peroxidation [W]: Fleisher S, Packer I, editors. Methods in enzymology. New York: Academic Press 1978; 302-310. 7. Paglia DE, Valentine WN. Studies on the quantitative and qualitative characterization of erythrocyte gluatathione peroxidase. J Lab Clin Med 1967; 70 (1): 158-169. 8. Karolkiewicz J, Szczêœniak £. Zmiany stê¿enia zredukowanego glutationu (GSH) w krwinkach czerwonych i TBARS w osoczu krwi pod wp³ywem maksymalnego wysi³ku fizycznego u wioœlarek o ró¿nym stopniu wytrenowania. Med Sport 2001; 17 (3): 104-108. 9. Salminen A, Vihko V. Endurance training reduces the susceptibility of mouse skeletal muscle to lipid peroxidation in vitro. Acta Physiol Scand 1983; 117 (1): 109-113. 10. Jenkins RR. Free radical chemistry: Relationship to exercise. Sports Med 1988; 5 (3): 156-170. 11. WoŸniak A. Signs of oxidative stress after exercise. Biol Sport 2003; 20 (2): 227-231. 12. Mena P, Maynar M, Gutierrez JM, Maynar J, Timon J, Campillo JE. Erythrocyte free radical scavenger enzymes in bicycle professional racers. Adaptation to training. Int J Sports Med 1991; 12 (6): 563-566. 13. Arslan S, Erdem S, Kilinc K, Sivri A, Tan E, Hascelik HZ. Free radical changes in rat muscle tissue after exercise. Rheumatol Int 2001; 20 (3): 109-112. 14. Kaczor JJ, Matuszkiewicz A, Zió³kowski W, Skrobot W, Popinigis J. Ró¿nice w budowie miêœnia szkieletowego cz³owieka doros³ego i dziecka znajduj¹ swoje odbicie w odrêbnych wynikach testu. Med Sport 2000; 108: 14-18. 15. Pollack M, Leeuwenburgh CH. Molecular mechanisms of oxidative stress in aging: free radicals, aging, antioxidants and disease [W:] Sen CK, Packer L, Hanninen O. (Eds.) Handbook of oxidants and antioxidants in exercise. Amsterdam: Elsievier Science 1999; 881-923. 16. WoŸniak B, WoŸniak A, Drewa G i wsp. The effect of aging on prooxidant-antioxidant balance in untrained and trained men [W:] Sames K, Sethe S, Stolzing A. (Eds.) Extending the life span. Monachium: Lit Verlag 2005; 117-121. ed . nieistotne statystycznie ró¿nice aktywnoœci peroksydazy glutationowej miêdzy poszczególnymi grupami mog¹ wiêc zale¿eæ m.in. od ró¿nej budowy miêœni szkieletowych wioœlarzy. Równowaga prooksydacyjno-antyoksydacyjna u cz³owieka zale¿y równie¿ od wieku. Liczne badania wskazuj¹, ¿e zdolnoœci antyoksydacyjne organizmu malej¹, a generacja wolnych rodników wzrasta wraz z wiekiem, co mo¿e byæ m.in. wynikiem tocz¹cych siê procesów zapalnych, czy te¿ niew³aœciwej diety [15]. WoŸniak i wsp. [16] wykazali ró¿nice w aktywnoœci SOD, CAT i GPx, jak równie¿ ró¿nice w stê¿eniu MDA i sprzê¿onych dienów (CD) w zale¿noœci od wieku i stopnia wytrenowania organizmu. Obserwowane w niniejszej pracy istotne statystycznie ró¿nice w stê¿eniu MDA oraz nieistotne statystycznie ró¿nice w aktywnoœci peroksydazy glutationowej mog¹ wynikaæ zarówno z ró¿nego wieku sportowców, jak i stopnia ich wytrenowania. Ponadto, na otrzymane wyniki mo¿e mieæ wp³yw wielkoœæ wykonanej pracy podczas wysi³ku fizycznego, zwi¹zanej z ró¿nym czasem trwania treningu i czasem odnowy po wysi³ku. Przedstawione wyniki nale¿y traktowaæ jako wstêpne, gdy¿ nie s¹ jednoznaczne. Potwierdzenie ich wymaga³oby przeprowadzenia dalszych badañ na wiêkszej grupie sportowców. - This copy is for personal use only - distribution prohibited. - This copy is for personal use only - distribution prohibited. - This copy is for personal use only - distribution prohibited. - WoŸniak B. i wsp., Stres oksydacyjny po wysi³ku fizycznym u wioœlarzy 232