Уридин повышает выносливость и улучшает восстановление работоспособности экспериментальных животных после физической нагрузки

Полный текст

АКТУАЛЬНОСТЬ

Проблема повышения работоспособности, с одной стороны, и восстановления сил после интенсивной физической нагрузки, с другой стороны, существует в различных областях жизнедеятельности человека — трудовой, спортивной, военной и т. д. Поэтому представляет интерес поиск новых возможностей для ее решения, в частности связанных с фармакологической коррекцией метаболических изменений, возникающих при тяжелых физических нагрузках [1]. В основе снижения работоспособности лежит развитие гипоксии, которую называют гипоксией физической нагрузки [2] или физиологической гипоксией [3]. Возникающая при длительной или интенсивной нагрузке кислородная недостаточность ограничивает возможность использования организмом аэробного пути выработки энергии, что приводит к последующей активации анаэробного гликолиза. Из-за быстрого истощения запасов его субстратного обеспечения эта возможность пополнения энергетических ресурсов также становится малоэффективной, в результате развивается утомление и снижается работоспособность. В качестве препаратов недопинговой природы, применяемых для увеличения объема и длительности выполняемой работы, а также для ускорения течения восстановительных процессов могут использоваться антигипоксанты и антиоксиданты [4].

Ранее нами было установлено, что пиримидиновый нуклеозид уридин, метаболический предшественник УДФ — эндогенного активатора митоК_АТФ каналов, проявляет антигипоксические свойства на таких экспериментальных моделях гипоксических состояний, как гипоксическая гипоксия с гиперкапнией и локальная циркуляторная гипоксия (острая ишемия миокарда) [5]. Уридин нормализует энергетический обмен, снижает интенсивность перекисного окисления липидов и активирует антиоксидантную систему в ишемизированном миокарде [6]. На основании данных, полученных при использовании препарата на фоне блокады митоК_АТФ каналов, можно предположить, что основным механизмом его действия является активация этих каналов [7]. Она приводит к сохранению морфофункциональной организации митохондрий и таким образом повышает эффективность аэробного компонента (окислительного фосфорилирования) в системе энергообеспечения клеток. Кроме того, в условиях острой ишемии миокарда метаболиты уридина могут участвовать в процессе гликогенеза [8, 9], пополняя запасы гликогена, который играет важную роль как в аэробном, так и анаэробном пути обеспечения мышечной ткани энергией. Можно предположить, что соединение с такими свойствами будет увеличивать работоспособность (выносливость) и улучшать восстановление сил после физических нагрузок.

Цель работы — изучение влияния уридина на выносливость экспериментальных животных в тесте вынужденного предельного плавания с утяжелением при физических нагрузках разной интенсивности и на восстановление их работоспособности.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Опыты выполнены на 76 (в каждой группе от 6 до 14 особей) крысах-самцах линии Вистар (350–380 г) и 48 самцах белых беспородных мышей (25–30 г). Животные, полученные из питомника «Рапполово», содержались в стандартных условиях вивария при комнатной температуре 20–22 °C, относительной влажности 60–70 % и при 12-часовом цикле день/ночь со свободным доступом к воде и пище. Эксперименты проводили при соблюдении требований Европейской конвенции «О защите позвоночных животных, используемых для экспериментальных или иных научных целей» (Страсбург, 1986), в соответствии с этическими принципами, обозначенными в Директиве Европейского парламента и Совета Европейского союза 2010/63/УС от 22.09.2010, при одобрении комиссией по биоэтике ФГБНУ «Институт экспериментальной медицины».

Экспериментальная работа была выполнена в соответствии с методическими рекомендациями по изучению лекарственных средств, влияющих на физическую работоспособность [10].

Проведено 2 серии экспериментов.

В 1-й серии определяли влияние уридина на работоспособность крыс в тесте вынужденного предельного плавания (ПП) с утяжелением. За 15 мин до начала тестирования животным в области основания крестца прикрепляли груз, соответствующий 5, 7 или 10 % от веса животного [1]. Глубина воды в бассейне — 80 см, температура воды — 22 °C.

За 30 мин до погружения в бассейн крысам внутрибрюшинно вводили уридин в дозе 30 мг/кг или физиологический раствор (контрольная группа — КГ). Кроме того, в опыте с 5 % нагрузкой было изучено влияние на работоспособность блокатора митоК_АТФ каналов 5-ГД, который вводили за 45 мин до начала эксперимента в дозе 5 мг/кг, и совместного применения 5-ГД и уридина. В последнем случае 5-ГД вводили за 15 мин до уридина. Критерием прекращения исследования являлась гибель животного, а анализируемыми показателями, отражающими физическую работоспособность, — продолжительность плавания до появления первых признаков утомления (до первого нырка) и/или время ПП до гибели.

Во 2-й серии экспериментов использовали трехнагрузочный плавательный тест, который является модификацией теста вынужденного плавания и применяется для оценки действия лекарственных средств на первую фазу процессов восстановления (первый час) [10]. Опыт выполнен на самцах белых беспородных мышей весом 25–30 г, разделенных на группы (табл. 1). Животным в область основания крестца прикрепляли груз массой 10 % от их веса и погружали в бассейн с температурой воды 22 °C для выполнения плавательной пробы. Критерием прекращения плавательной нагрузки № 1 являлась неспособность животного к продолжению плавания: погружение на дно бассейна без плавательных движений на 30 с, появление ротационных движений или агональных судорог. После отказа от дальнейшего выполнения нагрузки мышей быстро извлекали из воды и обсушивали. Через 5 мин их повторно погружали в бассейн для выполнения второй плавательной пробы (нагрузка № 2), после которой предоставлялся отдых в течение 45 мин. Далее животные подвергались плавательной пробе в третий раз (нагрузка № 3). Фиксировалась длительность каждой нагрузочной пробы, анализируемым показателем способности к восстановлению сил являлся так называемый индекс пробы (ИП), равный отношению времени выполнения нагрузки № 3 к нагрузке № 1. ИП менее 0,5 характеризует низкую способность к восстановлению, от 0,51 до 0,8 — среднюю и более 0,8 — высокую. Также проводилась оценка частоты встречаемости животных с низкой, средней и высокой способностью к восстановлению. Уридин 30 мг/кг или физиологический раствор (КГ) вводили внутрибрюшинно за 30 мин до начала тестирования, 5-ГД 5 мг/кг — за 45 мин (КГ) или за 15 мин до уридина. В качестве препарата сравнения использовали мексидол в дозе 200 мг/кг, который вводили внутрибрюшинно за 50 мин до начала тестирования.

Статистическую обработку данных проводили с использованием пакета программ GraphPad Prism 6 (GraphPad Software, США). Сравнение экспериментальных групп проводили с помощью однофакторного дисперсионного анализа ANOVA, t-критерия Стъюдента и непараметрического критерия Фишера. Различия между группами считали статистически значимыми при p < 0,05. Данные представлены в виде среднего арифметического и стандартной ошибки (М ± SEM).

РЕЗУЛЬТАТЫ

Тест вынужденного предельного плавания с утяжелением

В условиях ПП с грузом 5 % период до появления признаков утомления (время первого нырка) у контрольных животных (n = 6) составил 170 ± 17 с, а длительность ПП — 526 ± 37 с (рис. 1). Введение крысам уридина (n = 11) в дозе 30 мг/кг не сопровождалось достоверным изменением времени плавания до утомления, которое составило 185 ± 40 с. В то же время продолжительность ПП под действием уридина увеличивалась на 58 % по сравнению с КГ. В этих условиях блокатор митоК_АТФ каналов 5-ГД (n = 6) значительно снижал работоспособность крыс, сокращая время плавания до утомления в 3,9 раза, а время предельного плавания в 2,4 раза по сравнению с КГ (см. рис. 1), что свидетельствует об участии митоК_АТФ каналов в энергообеспечении выполнения данной физической нагрузки. Эффект уридина, введенного на фоне блокады митоК_АТФ каналов, снижался на 40 % в случае утомления и на 24 % в случае ПП.

 

Рис. 1. Влияние уридина на работоспособность крыс в тесте вынужденного предельного плавания с утяжелением 5 %; a — время до появления признаков утомления; b — время предельного плавания. *p < 0,05 по отношению к контрольной группе; **p < 0,01 между группами 5-ГД и уридин + 5-ГД; # p < 0,05 между группами уридин и уридин + 5-ГД

Fig. 1. Influence of uridine on the performance of rats in the forced swimming test with a 5% load; a, time until fatigue appear; b, time of ultimate swimming. *p < 0.05 to the control group; **p < 0.01 between 5-HD and uridine + 5-HD groups; # p < 0.05 between uridine and uridine + 5-HD groups

 

Увеличение нагрузки до 7 % (рис. 2) привело к значительно более быстрому наступлению утомления и снижению выносливости животных. Так, время до первого нырка и время ПП у контрольных животных уменьшалось соответственно в 5,3 и 2,9 раза по сравнению с 5 % нагрузкой. Уридин увеличивал период до появления первых признаков утомления на 100 %. Продолжительность ПП после введения уридина была выше, чем в КГ, на 44 %. Таким образом, при увеличении нагрузки эффективность препарата возросла и проявилась в увеличении не только времени ПП, но и периода до наступления утомления.

 

Рис. 2. Влияние уридина на работоспособность крыс в тесте вынужденного предельного плавания с утяжелением 7 %; a — время до появления признаков утомления; b — время предельного плавания. *p < 0,05 по отношению к контрольной группе

Fig. 2. Influence of uridine on the performance of rats in the forced swimming test with a 7% load; a, time until fatigue appear; b, time of ultimate swimming. *p < 0.05 to the control group

 

Увеличение нагрузки весом до 10 % от массы тела сопровождалось дальнейшим снижением работоспособности животных из КГ и невозможностью четко вычленить временной период до первого нырка, так как утомление наступало очень быстро. У этих животных уридин не оказывал положительного действия на время ПП.

Трехнагрузочный плавательный тест

Результаты, полученные в этом эксперименте, представлены на рис. 3.

 

Рис. 3. Влияние уридина на первую фазу восстановления сил у мышей в трехнагрузочном плавательном тесте. *p < 0,05 по отношению к контрольной группе

Fig. 3. Effect of uridine on the first phase of rehabilitation of mice in the three-load swimming test. *p < 0.05 to the control group

 

ИП у животных КГ составлял 0,57 ± 0,04. При введении животным уридина восстановление сил было более эффективным, о чем свидетельствовало увеличение ИП в 1,5 раза (0,85 ± 0,04; р < 0,001 по сравнению с КГ). Активность уридина была сопоставима с действием мексидола, который также увеличивал ИП в 1,5 раза (0,82 ± 0,05; р < 0,001 по сравнению с КГ). Использование уридина на фоне блокады митоК_АТФ каналов не сопровождалось достоверным ослаблением его положительного эффекта (0,78 ± 0,04; р > 0,05 по сравнению с уридином), а блокада каналов 5-ГД не влияла на способность животных к восстановлению сил (0,60 ± 0,07; р > 0,05 по сравнению с КГ).

Если исследуемый препарат оказывает позитивное влияние на процессы первой фазы восстановления, то он должен не только вызывать достоверное увеличение среднегруппового значения ИП, но и менять структуру встречаемости животных с низкой, средней и высокой способностью к эффективному восстановлению. Полученные результаты демонстрируют выраженное изменение структуры распределения животных по группам с разной способностью к восстановлению под действием уридина (табл. 1).

 

Таблица 1. Влияние уридина на распределение мышей (%) по группам с низкой, средней и высокой способностью к восстановлению работоспособности Table 1. Effect of uridine on mouse groups (%) with low, medium, and high ability in the physical performance rehabilitation
Группа	n	Способность к восстановлению работоспособности
		Низкая	Средняя	Высокая
Контрольная	18	22	45	33
Уридин	7	0* р < 0,0001	14* р < 0,0001	86* р < 0,0001
5-ГД	8	25	37,5	37,5
Уридин + 5-ГД	8	12# р = 0,0004	25*# *р = 0,003 # р = 0,0496	63*# *р < 0,0001 #р = 0,0002
Мексидол	7	29# р < 0,0001	14* р < 0,0001	57*# *р = 0,0006 #р < 0,0001
Примечание: * — достоверность отличий по сравнению с контрольной группой; # — достоверность отличий по сравнению с уридином.

 

Уридин в 2,6 раза увеличивал долю животных с высокой способностью к восстановлению и по эффективности превосходил препарат сравнения мексидол. Блокатор митоК_АТФ каналов существенно не менял характер распределения животных по группам. Однако предварительная блокада митоК_АТФ каналов на 27 % уменьшала позитивное влияние уридина.

ОБСУЖДЕНИЕ

Известно, что величина груза, используемого в тесте предельного плавания, определяет режим физических нагрузок: 5 % от веса животного соответствует умеренному уровню нагрузок средней длительности и рекомендуется к использованию для оценки аэробного компонента работы, 7 % — средний уровень интенсивности нагрузок и 10 % — высокий уровень нагрузок [10].

Анализ результатов, полученных в тесте вынужденного ПП с утяжелением, свидетельствует о том, что уридин увеличивает работоспособность крыс при умеренном и в большей степени при среднем уровне нагрузок. Таким образом, эффект препарата проявляется при доминировании аэробного компонента работы и при аэробно-анаэробной нагрузке. При высоком уровне нагрузки (10 % от веса животного), когда происходит быстрый переход от аэробного к анаэробному пути энергообразования и большую часть времени животное проводит в анаэробных условиях (под водой), увеличения выносливости крыс под действием уридина не наблюдалось. В то же время есть данные о том, что уридин способен увеличивать выносливость крыс с исходно низкой устойчивостью к физической нагрузке при 20 % нагрузке [11]. В данном случае его эффект связывают с активацией митоК_АТФ каналов и ускорением транспорта К⁺ в митохондриях. Однако при таких же экспериментальных условиях уридин уменьшал время плавания высокоустойчивых животных. В нашем эксперименте определялась среднегрупповая выносливость и исходная устойчивость животных не учитывалась. Возможно, поэтому мы не наблюдали активности препарата при максимальной нагрузке. При исследовании антигипоксической активности уридина на патологических моделях гипоксии и у животных разного пола также была отмечена зависимость степени защитного эффекта уридина от исходной устойчивости к гипоксии, но усугубление состояния животных под действием препарата отсутствовало [5]. Снижение влияния уридина на длительность физической нагрузки на фоне блокады митоК_АТФ каналов говорит о том, что действие вещества частично опосредуется их активацией. Cохранение активности препарата при блокаде митоК_АТФ каналов, скорее всего, связано с его способностью интенсифицировать синтез гликогена, который является источником субстратного обеспечения для аэробного и анаэробного путей выработки энергии. Гликоген активно разрушается во время мышечных сокращений, в результате чего генерируется необходимое для выполнения физической работы количество АТФ. У человека при физической нагрузке, в частности спортивной, гликогенолиз обеспечивает 40–50 % продукции АТФ [12, 13]. Доказано, что ключевой фактор работоспособности во время тренировки — это достаточный запас гликогена в мышцах, а его ресинтез напрямую влияет на общее восстановление и работоспособность [14, 15]. Процесс восстановления работоспособности после физической нагрузки также связан прежде всего с восстановлением энергетического потенциала организма и в частности с пополнением запасов гликогена [1]. Ранее нами было показано, что введение уридина сопровождается увеличением содержания гликогена в кардиомиоцитах при острой ишемии миокарда у крыс [16]. Мы также установили, что через 60 мин после введения уридина как интактным животным, так и животным с инфарктом миокарда содержание УДФ и УТФ в миокарде увеличивается более чем в 2 раза [7]. Эти результаты подтверждают возможность включения экзогенного уридина в метаболические превращения с образованием уридиновых нуклеотидов. В свою очередь УТФ, образующийся из уридина, участвует в синтезе УДФ-глюкозы, которая является активированной формой глюкозы и непосредственно включается в реакцию полимеризации, в результате чего происходит наращивание молекулы гликогена [17]. Отсутствие влияния блокатора митоК_АТФ каналов и уридина на фоне блокады каналов на величину ИП также говорит о том, что позитивное влияние уридина на восстановление сил связано в большей степени с интенсификацией гликогенеза.

ВЫВОДЫ

1. В тесте вынужденного предельного плавания уридин увеличивает выносливость крыс при предъявлении им нагрузок средней интенсивности.
2. В трехнагрузочном тесте уридин повышает способность мышей к восстановлению работоспособности и увеличивает в популяции долю животных с высокой способностью к восстановлению.
3. Механизм действия уридина на работоспособность животных частично реализуется через активацию митоК_АТФ каналов, а положительное влияние препарата на восстановление сил, вероятно, связано с усилением гликогенеза.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Вклад авторов. Все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией. Вклад каждого автора: Е.Н. Селина — написание статьи, анализ данных; И.Б. Крылова — разработка общей концепции.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Источник финансирования. Работа выполнена в рамках государственного задания Минобрнауки России FGWG-2022-0004 на 2022–2025 гг. «Поиск молекулярных мишеней для фармакологического воздействия при аддиктивных и нейроэндокринных нарушений и создание новых фармакологически активных веществ, действующих на рецепторы ЦНС».

ADDITIONAL INFORMATION

Authors contribution. Thereby, all authors made a substantial contribution to the conception of the study, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the article, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the study. The contribution of each author: E.N. Selina — manuscript drafting, writing and pilot data analyses; I.B. Krylova — general concept of paper.

Competing interests. The authors declare that they have no competing interests.

Funding source. The work was carried out within the framework of the state task of the Ministry of Education and Science of Russia FGWG-2022-0004 for 2022–2025 “Search of molecular targets for pharmacological action in addictive and neuroendocrine disorders and the creation of new pharmacologically active substances acting on CNS receptors”.

Об авторах

Ирина Борисовна Крылова

Институт экспериментальной медицины

Автор, ответственный за переписку.
Email: irinakrylova@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-6213-5117
SPIN-код: 7478-0420

кандидат биологических наук, старший научный сотрудник

Россия, 197376, Санкт-Петербург, ул. Академика Павлова, д. 12

Елена Николаевна Селина

Институт экспериментальной медицины

Email: selina.elena@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4591-209X
SPIN-код: 5558-2731

научный сотрудник

Россия, 197376, Санкт-Петербург, ул. Академика Павлова, д. 12

Список литературы

Дополнительные файлы