Специфические изменения в метаболизме спортсменов

Таким образом, приведенные  выше данные убедительно свидетельствуют  о том, что физическая тренировка выносливости приводит к увеличению липолиза, оборота триглицериды-жирные кислоты в покое и при физической нагрузке, и увеличению окисления  СЖК плазмы крови при физической нагрузке после тренировки. В то же время не мало исследований, в  которых указывается на то, что  основным источником увеличения окисляемых жиров при тренировке выносливости являются внутримышечные триглицериды. В исследовании адаптации метаболизма  жиров и углеводов при месячной программе тренировки выносливости с использованием устойчивых радиоактивных  изотопов глюкозы, глицерина, и пальмитата, активные, но нетренированные, мужчины  выполняли физическую нагрузку на велоэргометре 2 ч в день (60 % от МПК = 44.3 + /2.4 мл КГ-1.МИН-1.) в течение 31 дней. Физическая нагрузка увеличила уровень продукции  глюкозы и ее использования также как уровень липолиза [глицерин] и оборот свободных жирных кислот. Интересной оказалась динамика наблюдаемых сдвигов в метаболизме субстратов. Так на 5 день тренировка вызвала 10 % увеличение общего окисления жиров за счет увеличения окисления внутримышечных триглицеридов (+63 %) и уменьшение окисления гликогена (-16 %). На 31день общее окисление жиров в течение физической нагрузки далее увеличивалось 58 %. Паттерн использования жиров в течение физической нагрузки на 31 день показал меньшую зависимость от окисления СЖК плазмы и большую зависимость от окисления внутримышечных триглицеридов, которое увеличилось больше чем два раза. Кроме того, выход глюкозы в кровь и ее поглощение были меньше в течение физической нагрузки на 31 день по сравнению с тем, что было до тренировки и на 5 день. На основании этих данных авторы заключили, что длительная тренировка стимулирует прогрессивное увеличение использования жиров, за счет большего окисления жиров из внутримышечных источников и сокращения окисления глюкозы [219]. Такое предположение было высказано сравнительно давно [155]. Авторы высказали мнение, что у тренированных мог быть выше липолиз триглицеридов мышц, и что большее использование СЖК у тренированных обеспечивается увеличенным липолизом триглицеридов мышц. В последующем это звучало более категорично. В своих исследованиях они нашли, что в течение физической нагрузки умеренной интенсивности, при том же самом уровне абсолютной работы, истощение триглицеридов внутри скелетных волокон мышц было вдвое большим после, чем до тренировки. Независимо от состояния тренированности, использование внутримышечных триглицеридов составляло приблизительно 90 % окисляемых жирных кислот, которые не были доставлены от жировой ткани через плазму.

Внутримышечные  триглицериды, как считают авторы, были фактическим источником всех дополнительно  окисляемых жирных кислот в тренированном  состоянии. И до и после физической тренировки они объясняли несоответствие между уровнем СЖК плазмы и  общего окисления жиров в течение  физической нагрузки умеренной интенсивности  до 2 часов продолжительности. [202] В  следующей работе исследователи  пытались разрешить противоречие в  том, что с одной стороны, физическая тренировка выносливости увеличивает  окисление жиров в течение  физической нагрузки большой массы  мышц, при этом источником этого  жира, как представлялось, были свободные  жирные кислоты плазмы вышедшие из жировой ткани. С другой стороны, наблюдалось уменьшение вызванного тренировкой липолитического гормонального  ответа, при физической нагрузке.

Результаты этой лаборатории показали, что в молодом  здоровом субъекте, физическая тренировка выносливости уменьшает оборот СЖК  плазмы, и окисление в течение  умеренной интенсивности продолжительной  циклической работы 2 ногами при  одновременном увеличении истощения  триглицеридов активной мускулатуры. Доказательство представлено тем, что  метаболизм внутримышечных триглицеридов  может объяснить увеличение в  общем окислении жиров, наблюдаемом  в состоянии тренированности  в течение физической нафузки  большой массы мышц. Однако, эти  результаты не могут быть применимы  к физической нагрузке включающих маленькие  группы мышц, различие, которое, вероятно, будет важно в объяснении очевидного конфликта между результатами этой лаборатории и результатами других лабораторий, где экспериментальные  условия были различны. В резюме, для физической нагрузки большой  массы мышц продолжительности до 2 ч, СЖК плазмы - менее важный топливный  источник в тренированном состоянии, и внутримышечные триглицериды, обеспечивают основную часть увеличения окисляемых жирных кислот, [201]. Более продолжительные (16недель) программы тренировки выносливости демонстрировали увеличение окисления жиров без существенного изменения липолиза (определяемом по выходу глицерина) или доступности СЖК в течение физической нагрузки у пожилых субъектов. Поэтому, вызванное тренировкой увеличение окисления жиров в течение физической нагрузки вероятно связано с изменениями в метаболизме жирных кислот скелетной мышцы. [253] Однако в последние годы были получены не менее убедительные данные, указывающие на то, что СЖК, источником которых является жировая ткань, вносят существенный вклад в общее энергообеспечение мышечной работы после тренировки выносливости. В частности, было показано, что в течение длительной субмаксимальной физической нагрузки полное окисление СЖК было на 60 % выше у тренированных по сравнению с нетренированными субъектами. Однако, вопрос о том, в какой степени триглицериды, расположенные в клетке мышцы вносят вклад в общее окисление жиров в течение физической нагрузки, все еще не ясно. Поэтому, некоторые авторы считают, что существует недооценка вклада LCFA плазмы и жирных кислот, освобожденных из циркулирующих VLDLтриглицеридов в полное окисление жирных кислот в течение физической нагрузки [173]. В другой работе исследовали утилизацию внутримышечных триглицеридов и гликогена, активность пируватдегидрогеназы (PDHa) и накопление ацетильных групп в течение продолжительной физической нагрузки умеренной интенсивности (240 минут интенсивностью 57% от МПК). Предполагалось, что утилизация ВМТГ будет увеличиваться в течение 2-4 часов физической нагрузки, когда активность пируватдегидрогеназы будет снижаться, вторично ведя к снижению метаболизма гликогена. Дыхательный коэффициент снизился с 0.89 +/- 0.01 на 30 мин до 0.83 +/- 0.01 на 150 мин и оставался низким в течение всей нагрузки. Глицерин и СЖК плазмы увеличились к 90 мин по сравнению с покоем и прогрессивно увеличивались до конца нагрузки. Хотя глюкоза плазмы имела тенденцию к снижению в течение нагрузки, но это изменение было не значимым. Внутримышечные триглицериды снизились к 120 мин по сравнению с покоем, но дальше не снижались в течение 240 мин.

Активность пируватдегидрогеназы увеличилась выше покоя к 10 и 120 мин, но снизилась к 240 мин, которая совпадала  со снижением окисления углеводов  в целом организме. Мышечный пируват  и АТФ были неизменными в течение  нагрузки. Ацетил-СоА увеличился к 10 мин. и поднимался в течение нагрузки. Ацетилкарнитин увеличивался в начале нагрузки, но возвращался к уровню покоя к 240 мин. Вопреки нашей первой гипотезе значительная утилизация ВМТГ происходила в течение первых 2-х часов умеренной физической нагрузки, но не в течение 2-4 часа. Снижение утилизации внутримышечного топлива  в течение последних 120 мин компенсировалось большими поставками СЖК и их окислением. В соответствии со второй гипотезой, PDHa снижалась позднее при умеренной  нагрузке и тесно коррелировала  со снижением потока углеводов. Хотя фактор лежащий в основе снижения PDHa не ясен, весьма возможный механизм это снижение обеспечения пируватом  и вторичное снижение гликолитического потока. [292] Таким образом, представленная феноменология экспериментальных  данных и интерпретация их разными  исследователями весьма противоречива  относительно того, какой источник СЖК является доминирующим в механизмах увеличения метаболизма СЖК в  работающих мышцах при физической тренировке. Участие каждого из них и их вклад в энергообеспечение мышечной работы еще предстоит выяснить.

1.4 Факторы II механизмы  регуляции мобилизации н утилизации  субстратов при физической нагрузке  и их изменение при тренировке.

1.41 Гормональное  звено регуляции метаболизма  субстратов при физической нагрузке  и тренировке.

Катехоламины.

В течение физической нагрузки мобилизация липидов главным  образом стимулируется увеличенной  продукцией катехоламинов, ведущей  к усилению опосредованного Р - адренорецепторами  липолиза в жировых клетках. Это  ведет к распаду триглицеридов  в жировых клетках до глицерина  и свободных жирных кислот, которые  поступают в кровоток. Уменьшенная  продукция инсулина, увеличенный  кровоток жировой ткани и уменьшенная  реэстерификация свободных жирных кислот в жировых клетках способствует увеличению мобилизации липидов  в течение напряженной и легкой продолжительной физической нагрузки. [36] При сравнении симпатоадреналовой активности в течение физической нагрузки на выносливость в условиях высоко - и низко углеводной диеты  было показано, что симпатическая  активность при физической нагрузке на выносливость, в течение которой  сахар крови сохранялся на уровне покоя, была выше при низкой, чем  при высокой углеводной диете. Из чего следует, что более высокая  активность симпатоадреналовой системы  является следствием истощения гликогена  в рабочей мышце из-за низко-углеводной диеты и в то же время увеличивает  мобилизацию СЖК из жировой ткани. [249]. Это нашло подтверждение и  в других исследованиях [77]. Кроме  того, при оценке эффектов адреналина на обеспечение глюкозой в течение  умеренной физической нагрузки в  условиях низкой доступности гликогена  скелетных мышц было показано, что  глюкоза плазмы увеличивается с  инфузией адреналина, что является следствием уменьшения потребления  глюкозы мышцами. Эффект адреналина не проявляется посредством увеличения глюкозо-6-фосфата, вторично увеличивая мышечный гликогенолиз, но может быть связан с прямым эффектом адреналина на транспорт глюкозы через сарколемму. [291] Классическая физиология отводит гормональному звену регуляции потоков энергетических субстратов ведущее место в системе энергообеспечения мышечной деятельности. Не смотря на это, в некоторых работах, посвященных как локальной адаптации к физической нагрузке (физические нагрузки на ограниченную группу мышц), так и целого организма обнаружено, что с одной стороны, происходит существенное увеличение мощности структур ответственных за утилизацию субстратов. С другой стороны наблюдались небольшие и не значащие различия в уровнях гормонов типа инсулина, норадреналина и адреналина в плазме тренированных и нетренированных в течение физической нагрузки выполняемой одной ногой (локальная адаптация) [175]. В исследовании регуляции цикла триглицериды - свободные жирные кислоты при физической тренировке выносливости было обнаружено, что концентрации инсулина и катехоламинов в плазме, гормонов, которые регулируют кинетику липидов в организме были одинаковыми у тренированных и нетренированных [245]. На основе этих данных авторы сделали заключение, что гормоны вряд ли, играют важнз^ ю роль в адаптационном сдвиге и, что локальные структурные и функциональные адаптации тренированной мышцы являются критическими для наблюдаемых сдвигов в метаболическом ответе на физическую нагрузку. Эти изменения установлены, по крайней мере, в части изменений в функции заключительного шага в активации липолиза, комплекса протеинкиназы - гормончувствительной липазы [7]. В Jчастности, тренировка выносливости увеличивает липолитическое действие катехоламинов [202]. Это нашло отражение в том, что глюкагон и катехоламины плазмы увеличиваются в течение длительной субмаксимальной физической нагрузки, но величина увеличения - меньше у тренированных на выносливость субъектов, чем у нетренированных [301].

Р-адренорецепторы  являются центральным звеном в механизмах мобилизации жиров под действием  катехоламинов. Поэтому, логично полагать, что блокада р-адренорецепторов приведет к уменьшению липолиза, доступности  СЖК работающим мышцам и соответственно снижению работоспособности. Однако, в  исследовании эффекта увеличения доступности  СЖК плазмы в течение физической нагрузки после введения бета-блокатора  было обнаружено не значительное снижение концентрации СЖК и глицерола  в течение физической нагрузки после  приема блокатора. В другом исследовании в течение физической нагрузки на уровне 70% от МПК до истощения глюкоза  плазмы была ниже, тогда как, лактат плазмы и дыхательный коэффициент  были значительно выше, при приеме пропранолола. Концентрации глицерина  и СЖК в течение физической нагрузки не отличались между двумя  состояниями. Несмотря на одинаковое время  физической нагрузки, концентрации глицерина  и СЖК в течение восстановления были значительно ниже после введения пропранолола. Это указывает на то, что липолиз ингибируется в течение  физической нагрузки после введения пропранолола, сдвигая окисление  от жиров к углеводам. [299]. Введение интралипида не имело статистически  значимого эффекта на выносливость при приеме бета-адреноблокатора. Концентрации СЖК и глицерина плазмы были выше уровня контроля в течение введения интралипида, концентрации глюкозы  и лактата плазмы при этом не изменялись. [271]. Кроме того, существуют данные об изменении СЖК, глицерина и коэффициента дыхательного газообмена при бетаадренергической  блокаде которые свидетельствуют  об отсутствии уменьшения расщепления  жира у нетренированных гипертензивных субъектов по сравнению с приемом  плацебо. Однако бета блокада демонстрировала  тенденцию уменьшать расщепление  жира у тренированных нормотензивных субъектов. [165] На тучных людях было показано, что тренировка выносливости увеличивает бета-адренергический липолитический ответ в подкожной жировой ткани. При этом аэробная тренировка вызывает увеличение концентрации глицерина в плазме и подкожной жировой ткани в ответ на бета-адренергическое возбуждение. Эффект реагента, действующего на пострецепторном уровне (theophylline) в подкожной жировой ткани не был изменен тренировкой. [264] . Поэтому вопрос о том на каком уровне, рецепторном и, или пострецепторном происходит изменение адренореактивности при тренировке остается открытым.

Инсулин.

Инсулин оказывает  влияние на внутриклеточную утилизацию глюкозы различными путями. В норме  примерно половина поглощенной глюкозы  вступает на путь гликолиза и превращается в энергию, другая половина запасается в виде жиров или гликогена. В  отсутствие инсулина ослабевает интенсивность  гликолиза, и замедляются анаболические  процессы гликогенеза и липогенеза. При инсулинодефицитном диабете  всего лишь 5% поглощенной глюкозы  превращается в жир.

Инсулин усиливает  интенсивность гликолиза в печени, повышая активность и концентрацию ряда ключевых ферментов, таких, как  глюкокиназа, фосфофруктокиназа и  пируваткиназа. Более интенсивный  гликолиз сопровождается более активной утилизацией глюкозы и, следовательно, косвенно способствует снижению выхода глюкозы в плазму.

Инсулин, кроме  того, подавляет активность глюкозо-6-фосфатазы  — фермента, обнаруживаемого в  печени, но не в мышцах. В результате глюкоза удерживается в печени, так  как для глюкозо-6-фосфата плазматическая мембрана непроницаема.

В печени и в  мышцах инсулин стимулирует превращение  глюкозы в глюкозо-6-фосфат, который  затем подвергается изомеризации в  глюкозо-1фосфат и в таком виде включается в гликоген под действием  фермента гликогенсинтазы (ее активность также стимулируется инсулином). Это действие имеет двойственный и непрямой характер. Инсулин снижает  внутриклеточный уровень сАМР, активируя  фосфодиэстеразу. Поскольку сАМР-зависимое  фосфорилирование инактивирует гликогенсинтазу, при низком уровне этого нуклеотида фермент находится в активной форме.

Инсулин активирует и фосфатазу, катализирующую дефосфорилирование гликогенсинтазы, тем самым, активируя  этот фермент. И, наконец, инсулин ингибирует фосфорилазу с помощью механизма, работающего с участием сАМР и  фосфатазы. В результате высвобождение  глюкозы из гликогена снижается. Таким образом, влияние инсулина на метаболизм гликогена также является анаболическим.

Влияние инсулина на транспорт глюкозы, гликолиз, и  гликогенез проявляется за считанные  секунды или минуты, поскольку  первичные реакции этого влияния  сводятся к активации или инактивации  ферментов путем их фосфорилирования или дефосфорилирования. Более продолжительное  влияние инсулина на содержание глюкозы  в плазме крови связано с ингибированием глюконеогенеза. Образование глюкозы  из предшественников не углеводной природы  осуществляется в результате ряда ферментативных реакций, многие из которых стимулируются  глюкагоном (действие которого опосредовано сАМР), глюкокортикоидными гормонами  и в меньшей степени а- и  Р-адренергическими агентами — ангиотензином II и вазопрессином. Инсулин же подавляет  эти ферментативные реакции. Роль ключевого  фермента глюконеогенеза в печени принадлежит  фосфоенолпируват-карбоксикиназе (ФЕПКК), катализирующей превращение оксалоацетата в фосфоенолпируват. Недавние исследования показывают, что под действием инсулина количество этого фермента снижается в результате избирательного ингибирования транскрипции гена, кодирующего мРНК для фосфоенолпируват-карбоксикиназы.