Специфические изменения в метаболизме спортсменов

Механизмом контроля окислением жирных кислот в мышце  может быть чЧ уровень входа в  митохондрии. А так же уровень  гликолиза может быть главным  регулятором уровня метаболизма  углеводов в мышце, и быстрый  уровень окисления углеводов, вызванного мобилизацией гликогена мышцы в  течение физической нагрузки высокой  интенсивности ингибирует окисление  жирных кислоты, ограничивая транспорт  в митохондрии. В течение физической нагрузки низкой интенсивности, распада  гликогена и гликолиз заметно  не стимулируется, так что увеличенная  доступность жирных кислот позволяет  их окислению служить как преобладающим  источником энергии.

При физической нагрузке более высокой интенсивности, распад гликогена и гликолиз увеличивает  вход пирувата в цикл трикарбоновых  кислот для окисления, и как следствие  ингибирование окисления жирных кислот ограничением их транспорта в  митохондрии. [305] 1.2.3 Факторы, которые  влияют па соотношение количества углеводов  и жиров, используемых при физической нагрузке одинаковой относительной  мощности. Brooks подчеркнул значение интенсивности  физической нагрузки относительно МПК  в определении вклада окисления  углеводов и жиров в полное [47,48] обеспечение энергией. Он ввел термин " точка crossover " для относительной  интенсивности физической нагрузки, при которой преобладаюш,ее топливо  для окислительного обмена веществ  изменяется от жиров к [47,48] углеводам. Точка crossover, которая обычно случается  при -50 % от МПК у нетренированных  или слабо тренированных индивидуумов, питающихся обычно (смешанная диета) является полезной концепцией. Это  дает контрольную точку для оценки эффектов различных физиологических  и метаболических состояний и  адаптации типа диеты и физической тренировки на топливную смесь, используемую в течение физической нагрузки.

Механизм, ответственный  за развитие выносливости может быть жировая диета - приводящая к увеличению митохондриальных ферментов, особенно тех, которые вовлечены в окисление  жирных кислот в скелетных мышцах [207,259].

Множество других исследований показало, что понижающийся запас гликогена при физической нагрузке на фоне низко углеводной диеты приводит к увеличению окисления  жиров в течение физической нагрузки [98,120,164]. Это увеличение окисления  жиров частично обеспечивается увеличением  уровня жирных кислот плазмы как результат  снижения инсулина и повышения уровня катехоламинов [214]. В этих исследованиях  не было ясно, являются ли метаболические эффекты низких запасов углеводов  тела в течение физической нагрузки следствием истощения гликогена  печени или мышц или уменьшенным  уровнем глюкозы крови. В ряде изобретательных экспериментов, в  которых поддерживали эугликемию или  поднимали уровень глюкозы крови  и изменяли концентрацию инсулина в  плазме, группа Ноак продемонстрировала метаболические и гормональные эффекты  истощения углеводов, которые приводили  к низкому содержанию гликогена  мышц [297,298]. Они нашли, что низкое содержание гликогена мышц результат  увеличения жирных кислот и норадреналина  в плазме, увеличивающего окисление  жиров и уменьшающего использование  гликогена мышц в течение физической нагрузки. Как эффекты низкого  гликогена мышцы опосредуются жирными  кислотами плазмы, инсулином и  норадреналином - завораживающий, и  все еще оставшийся без ответа вопрос.

В течение физической нагрузки на уровне 70 % МПК, субъекты с  нормальным гликогеном мышц были выше точки "crossover" при выполнении физической нагрузки в течение 145 минут, в то время как субъекты с низким гликогеном мышц были ниже точки crossover в течение последних 80 минут физической нагрузки на уровне 70 % МПК [297].

1.2.4 Регуляция  потребления глюкозы и гликогена  мышц в течение физической  нагрузки.

Транспорт глюкозы  через сарколемму - первый этап, лимитирующий уровень обмена глюкозы в поперечно-полосатой  мышце [139,236,106].

Транспорт Глюкозы  в мышечные клетки происходит посредством  пассивного транспортного механизма, который не использует АТР. Это насьщаемый процесс, который осуществляется белками  транспорта глюкозы, которые проявляются  в 2-х изоформах в скелетной  мышце [83,211, 210]. Менее всего GLUT1 изоформы, как полагают, находится в сарколемме, которая вносит вклад в базальный  транспорт глюкозы. GLUT4 изоформа - главный  транспортер глюкозы в скелетной  мышце. В основном состоянии, большинство GLUT4 - компонент внутриклеточных  пузырьков.

Транспорт глюкозы  в мышцу стимулируется, по крайней  мере, двумя разными путями, одни из которых активируется инсулином, другой сокращениями мышцы. Увеличение транспорта глюкозы, вызванным сокращениями и инсулином осуществляется транслокацией GLUT4 пузырьков от внутриклеточных  компартментов до сарколеммы, слиянием пузырьков и объединения GLUT4 белка  с сарколеммой [83,300,197,196,110,107]. Большинство GLUT4, содержащегося в пузырьках  располагается у поперечных трубок [198,284]. Это расположение делает возможным  транспорт глюкозы непосредственно  в интерьер мышечной клетки, где  большинство АТР, используемого  миофибриллами в течение сокращения произведено посредством аэробного  гликолиза и окисления образующегося  пирувата. Увеличение GLUT4 на поверхности клетки и транспорта глюкозы, максимально эффективно индуцируется сокращением и инсулином, что свидетельствует об аддитивном вовлечении двух разных путей [196,214,319,66,130,102]. Показано, что можно ингибировать стимулированный инсулином, но не сокращением, транспорт глюкозы ингибитором фосфатидилинозитол 3 киназы «wortmanin», что дает дополнительные основания в пользу существования двух проводящих путей [196,193,311].

Физическая нагрузка имеет три отдельных, хорошо зарегистрированных эффектов на транспорт глюкозы в  мышцы [139]. Первый из них - инсулиннезависимая активация транспорта глюкозы, которая  происходит в течение физической нагрузки типа бега или плавания [161,283,238,108], также как в течение электростимуляции  сокращений мышцы [145,282]. Этот эффект сохраняется  достаточно долго, чтобы быть измеримым  немедленно после сокращения, но обычно постепенно проходит полностью в  пределах 60 минут или более, в  мышцах, культивированных in vitro [314,111]. Механизмы, которыми сокращающаяся мышца, вызывает движение GLUT4 в сарколемму, еще не были объяснены. Однако существуют значительные свидетельства того, что первым таким  механизмом, которым физическая нагрузка стимулирует транспорт глюкозы - увеличение в цитозоле Са^ "^ , который  появляется в результате выхода Са^ "^ из саркоплазматической сети в  течение сопряжения возбуждения  и сокращения [144, 57,260, 313].

Поскольку острый, инсулиннезависимый эффект физической нагрузки постепенно проходит, он заменяется большим увеличением чувствительности процесса транспорта глюкозы к инсулину [111,237,320, 103,51,50]. Термин «чувствительность  к инсулину» - это концентрация инсулина, требуемая, чтобы вызвать половину его максимального эффекта.

Реактивность  на инсулин как термина относится  к увеличению транспорта глюкозы, вызванного максимально эффективным стимулом инсулина.

Увеличение чувствительности к инсулину приводит к суперкомпенсации гликогена мышц после физической нагрузки [51]. Переход на высокоуглеводную диету ускоряет реверсирование увеличения чувствительности к инсулину мышц после  физической нагрузки, при голодании  или безуглеводной диете, предотвращает  суперкомпенсацию гликогена при  сохранении увеличения чувствительности к инсулину в течение дней [51]. Суперкомпенсация Гликогена - термин, обычно описываемый увеличение концентрации гликогена мышц выше обычной, в ответ  на подачу углевода после гликоген истощаюш;ей физической нагрузки.

Механизм, ответственный  за увеличение чувствительности к инсулину мышц после физической нагрузки еще  не объяснен. Однако, известно, что требуется  сывороточный фактор [101], что чувствительность транспорта глюкозы к сокращениям  и гипоксии также увеличена [50], и  транслокация большего количества GLUT4 в сарколемму в ответ на данный субмаксимальный стимул инсулина ответственен за увеличенную деятельность транспорта глюкозы [116].

Таким образом, в  течение прошлого десятилетия значительно  увеличились наши знания относительно регуляции углеводного и жирового обмена. Однако, множество фундаментальных  вопросов остается без ответа.

Наиболее важные из них: 1- что является механизмом за счет, которого жирные кислоты снижают  поглощение глюкозы и окисление  их мышцей?; 2как производство печенью  глюкозы соответствует так точно  использованию глюкозы, чтобы поддерживать глюкозу крови на постоянном уровне в течение длительной физической нагрузки умеренной интенсивности?; 3какие факторы являются ответственным  за более низкую величину поглощения глюкозы мышцей у тренированных  по сравнению с нетренированными, несмотря на увеличение GLUT4?; и 4- почему гликоген мышцы необходим для  интенсивных физических нагрузок? [141] v^ ' 1.2.5 Метаболизм жиров при физической нагрузке Глюкоза крови и гликоген мышц существенны для длительной, напряженной физической нагрузки. Количество используемых углеводов в течение  длительной физической нагрузки точно  соответствует потребностям энергии  рабочих мышц. Напротив, использование  жиров в течение физической нагрузки не является тонко регулируемым процессом, так как, не имеется механизмов обеспечивающих доступность и обмен жирных кислот соответствующий уровню расхода  энергии [141]. Как следствие, количество окисления жиров в течение  физической нагрузки определяется количеством  используемых углеводов и доступностью жирных кислот. Основная роль жиров  в течение интенсивной физической нагрузки у людей и грызунов экономия глюкозы крови (то есть гликогена  печени) и гликогена мышц. [286,285].

Жирные кислоты - наиболее избыточный источник эндогенного  субстрата энергии. Они могут  быть мобилизованы из периферийной жировой  ткани, и транспортироваться через  кровь к активной мышце. В течение  физической нагрузки более высокой  интенсивности, триглицериды мышц также  могут быть гидролизованы до свободных  жирных кислот для последующего прямого  окисления в мышцах. Управление окислением жирных кислот при физической нагрузке может потенциально происходить через изменения доступности, или через изменения способности мышцы окислять жирные кислоты. [305,176] Традиционно считали, что уровень окисления СЖК работающими мышцами полностью определяется их уровнем в крови, т.е. их доступностью.

Потому что  интенсивность потребления СЖК  активной мышцей характеризуется высокой  степенью корреляции с концентрацией  СЖК в плазме. Повышение их концентрации приводит к более интенсивной  клеточной утилизации СЖК. Предполагалось, что повышенная концентрация СЖК  в плазме усиливает их окисление, поскольку повышенное клеточное  потребление СЖК способствует более  сильному окислению. [67,5].

Исследование  уровня СЖК в крови до, в течение  и после физической нагрузки обнаружило, что максимальный уровень СЖК  в крови достигается сразу  после нагрузки. Так, в исследованиях  оборота свободных жирных кислот плазмы [СЖК] в течение восстановления после физической нагрузки было показано, что пик СЖК в артериальной крови после физической нагрузки является следствием увеличенного выхода СЖК в плазму выше уровня, наблюдаемого в течение физической нагрузки. Авторы предполагают, что это связанно с  симпатическим сосудосуживающим эффектом. Как следствие, скорость удаления СЖК  повышается в конце физической нагрузки и остается увеличенным выше основного  уровня, пока артериальная концентрация увеличена. [113] В другой работе исследовали  взаимосвязь между максимальным потреблением кислорода, процентом  жира тела и концентрациями свободных  жирных кислот и глицерина плазмы после физической нагрузки.

В течение 1 часа ходьбы (36 % от МПК), никаких существенных различий в концентрации СЖК в  плазме не было обнаружено ни относительно МПК, ни процента жира тела. Однако у  субъектов с более высоким  пиком потребления кислорода  обнаруживалась тенденция к большему повышению концентрации глицерина  в плазме в течение физической нагрузки. Они также имели больший  пик концентрации СЖК и СЖК / глицерин - мольные отношения сразу после  физической нагрузки и более быстрый  последующий клиренс избытка  СЖК из крови [168]. С одной стороны  уровень СЖК в крови определялся  уровнем потребления кислорода, т.е. мощностью окислительных процессов  в скелетных мышцах при физической нафузке. С другой, уровень СЖК  не коррелировал с уровнем липолиза (СЖК\ глицерол). Авторы сделали заключение, что уровень СЖК в крови  зависит как от уровня мобилизации  СЖК, так и от уровня их утилизации работающими мышцами [168].

Об этом же свидетельствуют  данные о том, что фактором, способствующим избыточному потреблению кислорода  после физической нагрузки (EPOC) является увеличенное окисление жиров  в течение восстановления после  физической нагрузки. Эти результаты поддерживают гипотезу, что увеличение метаболизма СЖК в течение  физической нагрузки и восстановления - важный фактор, определяющий величину EPOC [266].

На повышенный уровень метаболизма СЖК указывают  результаты исследования восстановления изменений в плазме уровня СЖК, глицерола, глюкозы и катехоламинов после  физической нагрузки, в которых уровень  использования СЖК и работа цикла  ТГ-СЖК были увеличены в период восстановления после физической нагрузки, и что величина, зависит от продолжительности  и интенсивности физической нагрузки. [38] Таким образом, феномен повышения  концентрации СЖК в крови сразу после физической нагрузки, обнаруженный в ряде исследований, имеет место быть. Причиной которого, может быть нарушение баланса в уровне мобилизации СЖК и их утилизации, наступающее сразу после прекращения нагрузки. Продолжающееся поступление СЖК в кровоток на фоне снижения потребления их мышцами приводит к накоплению их в крови. В тоже время увеличение СЖК в крови повышает их метаболизм в мышцах, что является причиной повышенного уровня потребления кислорода работающими мышцами.

В какой мере, мобилизация жиров как источника  энергии может быть лимитирующим фактором метаболизма жиров при  физических нагрузках? В одной из работ целью которого было исследование мобилизации жиров из жировой  ткани и общего окисления жиров  в организме, стимулируемого физической нагрузкой было показано, что окисление  жиров отстает от уровня их мобилизации. При этом наблюдаются высокие  уровни циркулирующих СЖК. [231] Это  указывает на то, что при низком уровне окисления жиров, их мобилизация  не может стать лимитирующим фактором. Но не исключает этого при высокой  способности тканей к окислению  жиров, например, при тренировке.

В исследовании взаимосвязи  оборота СЖК, скорости окисления  липидов in vivo, размеров запаса триглицеридов  тела и уровня липолиза in vitro в изолированных  жировых клетках. Отношение оборот / липолиз СЖК, значения, которых  непосредственно сравнивали in vivo и in vitro, значительно уменьшалось с  увеличением степени ожирения. Кроме  того, не имелось никаких положительных  корреляций между уровнем метаболизма  СЖК in vivo и липолизом in vitro. Данные in vivo также демонстрировали, что окисление  липидов могло составлять только 50 % уровня исчезновения СЖК. В то время  как скорость окисления липида, откорректированная к уровню метаболизма увеличивалась  с увеличением концентрации СЖК плазмы, неокисляемый компонент оборота СЖК не увеличивался с увеличением концентрации СЖК в плазме. Авторы заключили, что in vivo СЖК не доступны пропорционально размерам запасов триглицеридов.