Zastanawiasz się, jak wydać pracę doktorską, habilitacyjną lub monografie? Chcesz dokonać zmian w stylistyce i interpunkcji tekstu naukowego? Nic prostszego! Zaufaj Wydawnictwu Borgis - wydawcy renomowanych książek i czasopism medycznych. Zapewniamy przede wszystkim profesjonalne wsparcie w przygotowaniu pracy, opracowanie dokumentacji oraz druk pracy doktorskiej, magisterskiej, habilitacyjnej. Dzięki nam nie będziesz musiał zajmować się projektowaniem okładki oraz typografią książki.

© Borgis - Nowa Medycyna 12/2000
Kazimierz Szyszka, Agnieszka Zembroń-Łacny
O konieczności i skuteczności stosowania antyoksydantów u sportowców
Of necessity and efficiency of antioxidant use in athletes
Katedra Medycznych Podstaw Kultury Fizycznej Instytutu Wychowania Fizycznego w Gorzowie Wlkp.
Akademia Wychowania Fizycznego w Poznaniu
Kierownik Katedry: prof. dr hab. med. Kazimierz Szyszka
Streszczenie
Our many years´ research indicates that a trained sports discipline determines the changes in prooxidant – antioxidant equilibrium as for the size of it and the way the changes turn to.
Besides, the kind of an exercise test appropriate to the sports discipline causes various antioxidative defence responses as well as it variously intensifies peroxidative processes (oxidative stress). The inefficiency of defence mechanisms observed during the exercise tests made it necessary to supply the athletes´ diet with an extra amount of oxidative stress reducing compounds. The antioxidant supply enhanced the antioxidative defence, which prevented red blood cells damage or hastened recovering to the prooxidant – antioxidant equilibrium state.
WSTĘP
Pojęcia antyoksydant, prooksydant i stres oksydacyjny na dobre weszły do terminologii biochemiczno-fizjologicznej. Te trzy pojęcia wiążą się z istnieniem w naszym organizmie równowagi prooksydacyjno-antyoksydacyjnej (RPA), której zaburzenie w kierunku reakcji utleniania prowadzi do stresu oksydacyjnego. Jest to najkrótsza, a zarazem najbardziej trafna definicja stresu oksydacyjnego sformułowana przez Helmuta Sies´a (8). Przyczyną zaburzenia RPA jest po pierwsze nadprodukcja reaktywnych form tlenu (RFT) – cząstek, które wysoką aktywność zawdzięczają obecności niesparowanego elektronu na ostatnim lub przedostatnim orbitalu. Po drugie niewydolność obrony antyoksydacyjnej spowodowana m.in. niedostateczną ilością antyoksydantów w diecie i zanieczyszczeniem środowiska (ryc. 1). Reaktywne formy tlenu są generowane podczas wielu reakcji biochemicznych m.in. w trakcie przepływu elektronów przez łańcuch oddechowy, przemiany puryn do kwasu moczowego, autooksydacji białek oddechowych, aktywacji komórek fagocytarnych układu immunologicznego (1, 4, 6). Wymienione procesy są głównymi wysiłkowymi źródłami RFT, których aktywacja zachodzi podczas intensywnego wysiłku fizycznego lub w okresie powysiłkowym.
Ryc. 1. Czynniki nasilające generację reaktywnych form tlenu.
TRENING A STRES OKSYDACYJNY
Badania prowadzone od kilku lat w naszym laboratorium wykazały istnienie zależności pomiędzy typem uprawianej dyscypliny sportowej a zakresem zmian w równowadze prooksydacyjno-antyoksydacyjnej (9-15). Zmiany dotyczą zarówno antyoksydantów jak i strony prooksydacyjnej tzn. poziomu produktów uszkodzenia błon komórkowych (TBARS – poziom produktów peroksydacji reagujących z kwasem tiobarbiturowym – powszechnie stosowany wskaźnik oksydacyjnego uszkodzenia tkanek) przez reaktywne formy tlenu w procesie peroksydacji. W przypadku strony antyoksydacyjnej stwierdzono zróżnicowany poziom dwóch najważniejszych antyoksydantów – dysmutazy ponadtlenkowej (SOD) reprezentującej antyoksydanty enzymatyczne oraz glutationu (GSH+GSSG) reprezentującego antyoksydanty drobnocząsteczkowe, a dokładnie antyoksydanty hydrofilowe (15). Otrzymane wyniki przedstawiono w tabeli 1. Wynika z niej, że systematycznie trenujący zawodnicy sportów siłowych, zapaśnicy i kulturyści charakteryzują się najwyższym spoczynkowym poziomem aktywności SOD w krwinkach czerwonych, natomiast w grupie biegaczy średniodystansowych aktywność SOD była najniższa. Wysokiej aktywności dysmutazy ponadtlenkowej towarzyszył wysoki poziom produktów peroksydacji błon erytrocytarnych (TBARS). Między tymi dwoma parametrami równowagi prooksydacyjno-antyoksydacyjnej stwierdzono dodatnią korelację r = 0,769 (15). Oznacza to, że im bardziej nasilona generacja RFT (wysoka aktywność SOD) w trakcie treningów tym wyższy poziom oksydacyjnego uszkodzenia krwinek. Przyczyną zaobserwowanej zależności jest funkcja jaką pełni dysmutaza ponadtlenkowa. Enzym ten katalizując rozkład jednej z form RFT, dokładnie anionorodnika ponadtlenkowego, dostarcza innej formy – nadtlenku wodoru (3). Za rozkład H2O2 jest odpowiedzialny głównie antyoksydacyjny układ glutationowy, a więc przy jego niedoborach jest wysoce prawdopodobne, że dojdzie do uszkodzenia błony (5). Taka sytuacja jest widoczna we krwi zapaśników, natomiast we krwi biegaczy średniodystansowych stwierdzono zupełnie odwrotną sytuację – wysoki poziom glutationu i niski poziom TBARS (tab. 1). Stwierdzone duże stężenie glutationu we krwi średniodystansowców może sugerować mniejsze zapotrzebowanie mięśni na ten antyoksydant. Potwierdzeniem istotnej roli glutationu w ochronie błon erytrocytarnych przed atakiem RFT jest uzyskana ujemna korelacja r= – 0,703 pomiędzy glutationem a TBARS w badaniach spoczynkowych oraz osłabienie procesów peroksydacyjnych w erytrocytach kajakarzy poprzez wzbogacenie diety w aminokwasy siarkowe i selen podczas trzech tygodni treningu (ryc. 2) (9, 15). Dodatkowa podaż aminokwasów siarkowych i selenu wywołała wzrost stężenia formy zredukowanej glutationu (GSH) we krwi w porównaniu z grupą kontrolną (ryc. 3). Wiąże się to ze zwiększeniem dostępności cysteiny i wbudowaniem jej w cząsteczkę glutationu (5).
Tabela1. Spoczynkowy poziom aktywności dysmutazy ponadtlenkowej (SOD), produktów peroksydacji lipidów (TBARS) i całkowitego glutationu (GSH+GSSG) we krwi badanych zawodników (x ± SD) (15).
 Biegacze
średniodystansowi
n=12
Kajakarze
 n=20
Wioślarze
n=15
Piłkarze nożni
n=12
Kulturyści
n=12
Zapaśnicy
n=5
SOD
x103U/gHb
w erytrocytach
3,197 ? 0,5783,842 ? 0,7293,912 ? 0,3864,262 ? 0,5614,982 ? 0,666.524 ? 1,546
TBARS
mmol/gHb
w erytrocytach
1,77 ? 0,411,46 ? 0,282,59 ? 0,413,55 ? 0,633,28 ? 0,452,80 ? 0,88
GSH+GSSG mg/ml
w pełnej krwi
430 ? 93282 ? 60222 ? 45339 ? 60419 ? 59204 ? 58
Ryc. 2. Zmiana poziomu produktów peroksydacji lipidów (TBARS) w krwinkach czerwonych kajakarzy w trakcie trzech tygodni treningu grupy wspomaganej dietetycznie witaminą E, C i b-karotenem (A) oraz aminokwasami siarkowymi i selenem (B).
*różnice statystycznie istotne (p<0,05) pomiędzy grupami (9,10).
Ryc. 3. Zmiana poziomu glutationu (GSH) we krwi kajakarzy wspomaganych dietetycznie aminokwasami siarkowymi w trakcie trzech tygodni treningu.
*różnice statystycznie istotne (p<0,05) pomiędzy grupami (9).
JEDNORAZOWY WYSIŁEK FIZYCZNY A STRES OKSYDACYJNY
Przeprowadzone przez nas testy wysiłkowe typowe do uprawianej przez zawodników dyscypliny sportowej wywołały w większości przypadków nasilenie procesu peroksydacji (ryc. 4), zaburzenia w kooperacji poszczególnych elementów obrony antyoksydacyjnej oraz obniżenie poziomu glutationu lub jego wzrost. O kierunku wysiłkowych lub powysiłkowych zmian w równowadze prooksydacyjno-antyoksydacyjnej decydowała przede wszystkim specyfika wysiłku fizycznego. We krwi biegaczy długodystansowych (amatorzy), którzy wykonali bieg w terenie na dystansie 20 km uszkodzenie krwinek (wzrost TBARS) stwierdzono bezpośrednio po wysiłku. Także we krwi piłkarzy wodnych, którzy wykonali test pływacki 4 x 400 m obserwowano wysiłkowy wzrost TBARS. We krwi kulturystów zastosowany test siłowy wywołał powysiłkową (24 godz. odpoczynku) indukcję procesu peroksydacji. We krwi wioślarzy doszło do nasilenia procesu peroksydacji już w trakcie testu wioślarskiego na 2000 m i dopiero po 48 godz. od zakończenia wysiłku następowało niewielkie obniżenie TBARS. Natomiast test biegowy o wzrastającej intensywności wykonany na bieżni mechanicznej przez grupę biegaczy średniodystansowych nie wywołał oksydacyjnego uszkodzenia krwinek (ryc. 4) (12-15).
Ryc. 4. Zmiana poziomu produktów peroksydacji lipidów (TBARS) w krwinkach czerwonych zawodników poddanych testom wysiłkowym.
*różnice statystycznie istotne (p<0,05) w stosunku do wartości spoczynkowej (12-15).
Zaburzenie współpracy dwóch najważniejszych enzymów antyoksydacyjnych – dysmutazy ponadtlenkowej (SOD) i katalazy (CAT) zaobserwowano w przypadku kulturystów i wioślarzy tzn. zastosowany test siłowy i wioślarski na 2000 m wywołały obniżenie aktywności SOD i wzrost aktywności CAT (ryc. 5) (15). Prawdopodobnie, było to spowodowane nagromadzeniem wewnątrz krwinek nadtlenku wodoru i inhibicją aktywności dysmutazy ponadtlenkowej. Takie przypuszczenia potwierdzają badania in vitro Hodgsona i wsp. (2), którzy obserwowali powolne hamowanie aktywności SOD przez nadtlenek wodoru. Także Shimizu i wsp. (7) wysiłkowy wzrost wrażliwości krwinek sierpowatych na uszkodzenia oksydacyjne tłumaczyli zwiększoną produkcją nadtlenku wodoru i niesprawnym systemem usuwającym tę formę RFT. Badania Shimizu i wsp. (7) są również wyjaśnieniem uzyskanej przez nas ujemnej korelacji r = -0,527 między aktywnością katalazy – CAT (enzym rozkładający nadtlenek wodoru) a stężeniem formy zredukowanej glutationu we krwi wioślarzy (ryc. 6) (w przygotowaniu do druku). Oznacza to, że generacja nadtlenku wodoru (wzrost aktywności CAT) wewnątrz krwinek obniża poziom glutationu – najważniejszego erytrocytarnego czynnika antyoksydacyjnego.

Ryc. 5. Zmiana aktywności dysmutazy ponadtlenkowej (SOD) (A) i katalazy (CAT) (B) w krwinkach czerwonych kulturystów i wioślarzy poddanych testom wysiłkowym.
*różnice statystycznie istotne (p<0,05) w stosunku do wartości spoczynkowej (15).
Ryc. 6. Zależność między aktywnością katalazy (CAT) a poziomem glutationu (GSH) we krwi wioślarzy poddanych laboratoryjnemu testowi wioślarskiemu na 2000 m.
WSPOMAGANIE A STRES OKSYDACYJNY
Uzyskane przez nas wyniki badań wykazały zaburzenia równowagi prooksydacyjno-antyoksydacyjnej i zagrożenie organizmu sportowca szkodliwym działaniem RFT. Wskazuje to na konieczność wzbogacenia diety sportowców w dodatkowe ilości antyoksydantów. Takie próby zostały już przez nas podjęte. Grupą wspomaganą antyoksydantami była wspomniana wcześniej grupa kajakarzy. Badania prowadzono w dwóch kierunkach, ponieważ oprócz grupy kontrolnej i suplementowanej aminokwasami siarkowymi i selenem, część kajakarzy wspomagano antyoksydantami witaminowymi (a-tokoferol, kwas askorbinowy, b-karoten). W obu przypadkach uzyskano osłabienie procesu peroksydacji podczas trzech tygodni treningu (ryc. 2) (9, 10). Drugą grupą sportowców wspomaganą przez nas antyoksydantami była grupa wioślarzy, którzy jak wynika z wcześniej przeprowadzonych badań wysiłkowych, byli najbardziej narażoną grupą na stres oksydacyjny. W tym przypadku stosowano wyłącznie witaminę E (a-tokoferol). Zarówno dawka jednorazowa (800 mg) jak również powtarzana dawka trzykrotna (3 dni po 600 mg) obniżyła poziom produktów peroksydacji błon erytrocytarnych w trakcie wysiłku i po 24 godz. od zakończenia testu wioślarskiego na 2000 m (ryc. 7) (11).
Ryc. 7. Zmiana poziomu produktów peroksydacji lipidów (TBARS) w krwinkach czerwonych wioślarzy pod wpływem laboratoryjnego testu wioślarskiego na 2000 m, grupy wspomaganej witaminą E i grupy kontrolnej.
*różnice statystycznie istotne (p<0,05) między grupą kontrolną a grupami wspomaganymi witaminą E (11).
PODSUMOWANIE
Pomimo zadowalających wyników przeprowadzonych badań, nadal wiele zagadnień pozostaje nie wyjaśnionych np. jakie są wymagania antyoksydacyjne zawodników poszczególnych dyscyplin sportowych lub jakie efekty przyniesie długotrwałe stosowanie antyoksydantów. Dalszych badań wymaga również określenie wpływu zwiększonej dawki antyoksydantów na poprawę zdolności wysiłkowych, co w największym stopniu interesuje trenerów.
Piśmiennictwo
1. Camus G.et al.: Inflammatory response to strenuous muscular exercise in man. Mediators of Inflammation (1993) 2: 335-342. 2. Hodgson E.K., Fridovich I.: The interaction of bovine erythrocyte superoxide dismutase with hydrogen peroxide: inactivation of the enzyme. Biochemistry (1975) 14(24): 5294-5299. 3. Kwiatowski J.M.: Dysmutaza ponadtlenkowa. Post Biochem (1988) 34 (4): 311-333. 4. McCord J.M., Omar B.A.: Sources of free radicals. Toxicol Ind Health (1993) 9: 23-37. 5. Meister A., Anderson M.E.: Glutathione. Ann Rev Biochem (1983) 52: 711-760. 6. Rangan U., Bulkley G.B.: Prospects for treatment of free radical-mediated tissue injury. Brit Med Bull (1993) 49(3): 700-718. 7. Shimizu Y.et al.: Interstrain differences in red cell enzyme activities in mice and rats. Comp Biochem Physiol (1991) 100B(4): 687-690. 8. Sies H.: Oxidative stress: introductory remarks. In: Oxidative Stress. Sies H. (eds) Academic Press, London (1985): 1-8. 9. Skarpańska-Stejnborn A. i wsp.: Równowaga prooksydacyjno-antyoksydacyjna u młodych kajakarzy wspomaganych aminokwasami siarkowymi i selenem. Wychowanie Fizyczne i Sport w Badaniach Naukowych (red. Wachowski E., Pietrusik K.) AWF Poznań (1998): 209-214. 10. Skarpańska-Stejnborn A. i wsp.: Wpływ zwiększonej podaży antyoksydantów witaminowych na aktywność obrony antyoksydacyjnej i poziom produktów peroksydacji lipidów we krwi kajakarzy. Medycyna Sportowa (2000) (przyjęty do druku). 11. Skarpańska-Stejnborn A. i wsp.: Wpływ witamin antyoksydacyjnych na poziom glutationu i produktów peroksydacji we krwi wioślarzy. Medicina Sportiva (2000) (w druku). 12. Zembroń-Łacny A. i wsp.: Zaburzenie równowagi prooksydacyjno-antyoksydacyjnej we krwi piłkarzy wodnych. Wychowanie Fizyczne i Sport w Badaniach Naukowych.(red. Wachowski E., Strzelczyk R.) Monografie AWF Poznań 335 (1998a): 201-205. 13. Zembroń-Łacny A. i wsp.: Równowaga prooksydacyjno-antyoksydacyjna u mężczyzn w wieku 30-60 lat uprawiających biegi długodystansowe. Materiały Naukowe III Konferencji nt.: Aktywność ruchowa ludzi w różnym wieku. Uniwersytet Szczeciński (1998b): 230-236. 14. Zembroń-Łacny A. et al.: The prooxidant-antioxidant balance in the blood of middle-distance runners. Biol. Sport (1999) 16(1): 51-58. 15. Zembroń-Łacny A.: Równowaga prooksydacyjno-antyoksydacyjna we krwi sportowców (praca doktorska) Studies in Physical Culture and Tourism (2000) (przyjęta do druku).
Nowa Medycyna 12/2000
Strona internetowa czasopisma Nowa Medycyna

Pozostałe artykuły z numeru 12/2000: