Утилизация молочной кислоты

Утилизация молочной кислоты

Несмотря на отрицательные эффекты избытка молочной кислоты, образующейся в ходе гликолиза на фоне гипоксических проявлений, это соединение достаточно эффективно утилизируется печенью с последующим синтезом глюкозы.

Действительно, основным исходным соединением, которое используется в глюконеогенезе является молочная кислота, которая образуется при активной работе скелетных мышц. В сокращающейся мышце при анаэробных условиях скорость образования пирувата в ходе гликолитического расщепления глюкозы превышает скорость его поступления в митохондрии, и, следовательно, скорость последующего окисления этого интермедиата в цикле трикарбоновых кислот. Кроме того, при интенсивно протекающем гликолизе скорость образования NADH под действием глицеральдегид-3-фосфат- дегидрогеназы выше, чем скорость его окисления в дыхательной цепи. Отсюда следует, что интенсивно протекающий гликолиз требует постоянного окисления NADH в NAD + . Генерирование NAD + осуществляется лактатдегидрогеназой, которая восстанавливая пировиноградную кислоту в молочную, окисляет NADH в NAD + .

Образование молочной кислоты – это тупик в метаболизме. Дальнейшие метаболические превращения молочной кислоты возможны только в случае повторного образования пирувата из лактата:

Исходя из сказанного выше, очевидно, что единственной целью восстановления пирувата в молочную кислоту является регенерация окисленной формы никотинамид-аденинидинуклеотида – NAD + , необходимого для непрерывного протекания гликолитического пути расщепления глюкозы в ак-

тивной скелетной мышце. В свою очередь, процесс образования молочной кислоты в мышцах перекладывает часть метаболической нагрузки на печень.

Ранее обсуждалось, что плазматические мембраны большинства клеток обладают высокой проницаемостью для молочной и пировиноградной кислот. Оба соединения диффундируют из активной скелетной мышцы в кровь и переносятся в печень. При этом количество переносимого лактата существенно превышает количество пировиноградной кислоты из-за высокого значения отношения концентраций [NADH]/[NAD + ] в сокращающихся мышцах. Молочная кислота, поступившая в печень, снова окисляется в гепатоцитах до пирувата вследствие низкого отношения концентраций [NADH]/[NAD + ] в цитозоле этих клеток. Образовавшийся в печени пируват затем превращается в глюкозу по пути глюконеогенеза.

Таким образом, печень снабжает глюкозой сокращающиеся мышцы, которые, в свою очередь, генерируют АТР в результате гликолитического превращения глюкозы в молочную кислоту. Молочная кислота снова превращается в печени в глюкозу. Указанные взаимопревращения глюкозы и молочной кислоты составляют цикл Кори (рис. 4.2).

Рис. 4.2 Схема функционирования цикла Кори. Молочная кислота, образующаяся в активной скелетной мышце, превращается в печени в глюкозу. Этот цикл передает часть метаболического «груза» активной мышцы гепатоцитам.

Координированное функционирование описанных процессов облегчается различиями в каталитических свойствах лактатдегидрогеназ, локализованных в мышечной и печеночной тканях. Лактатдегидрогеназа представляет собой тетрамер, состоящий из субъединиц с молекулярной массой 35 000 дальтон, каждая. Однако субъединицы лактат-дегидрогеназы не идентичны: существует два вида полипептидных цепей, обозначаемых буквами М (muscle) и Н (hepatic), которые могут образовывать, что очевидно, пять форм фермента, называемых изоферментами . Наибольшим сродством к пирувату обладает изофермент М 4 , а изоформа Н 4 характеризуется существенно более низким сродством к пировиноградной кислоте, остальные изоферменты обладают промежуточной активностью.

Основной путь поступления энергии в клетки это деградация глюкозы. Молекула глюкозы подвергается серии из 10 последовательных реакций чтобы дать две пировиноградные кислоты в ходе процесса называемого «гликолиз». Далее одна часть пировиноградной кислоты частично окисляется и превращается в двуокись углерода и воду. Другая часть превращается в молочную кислоту под контролем фермента лактатдегидрогеназы (LDH). Эта реакция является обратимой.

Утилизация лактата в организме осуществляется через несколько механизов:

— преобразование лактата в глюкозу и гликоген (глюконеогинез). От 15 до 20% от общего количества лактата таким образом, превращается в гликоген, в основном в печени.;

— в ходе окисления пирувата- реакции обратной рождению лактата. Она выполняется в основном на уровне мышц и миокарда и является для этих двух структур важным источником энергии ;

— остальное выделяется, в основном через почки и пот.

Не смотря на отличие механизмов утилизации мы можем видеть, что часть лактата используется для синтеза энергии через образование новых молекул глюкозы и ее деградацию в присутствии кислорода. Общая масса лактата в крови отражает сочетание двух процессов: его появления (производство и трансфер мускулатурой) и его утилизацию (метаболизм и экскреция).

Ra (Rate of appearance) – скорость образования лактата;

Rd (Rate of disappearance) – скорость глобальной утилизации лактата;

В стабильном состоянии концентрация лактата в крови остается постоянной. Скорость появления и утилизации лактата в этом случае равны. Любое изменение в скорости появления и утилизации лактата результат нарушения баланса. Появление дисбаланса может быть истолковано:

Читайте также:  Порция фруктов это сколько

— изменение (увеличение или уменьшение) скорости образования лактата;

— изменение скорости глобальной утилизации лактата;

— объединение этих двух процессов.

Увеличение скорости образования лактата как представляется, прежде всего, связано с процессами окисления. Действительно, лактат может быть использован в качестве источника энергии для мышц состоящих в основном из «медленных» волокон и «быстрых» волокон типа А, у которых преобладает аэробный метаболизм.

Исследования проведенные на крысах показывают, что тренировка на выносливость увеличивает метаболизм утилизации лактата в крови без изменения его появления. Однако, даже если в абсолютном выражении скорость образования лактата в течении года растет, постепенно эффективность этого механизма обеспечивающего утилизацию лактата снижается из-за роста скорости образования в следствии роста эффективности тренировок.

Рост уровня лактата в крови выражается формулой Ra-Rd с зависимостью от увеличения потребления кислорода. Снижение скорости глобальной утилизации лактата по отношению к росту скорости образования лактата объясняет стремительный рост лактата в крови. Иначе говоря, рост молочной кислоты в крови зависит от интенсивности физической нагрузки и способности организма его утилизировать.

ДВУХСЕКЦИОННАЯ ЛАКТАТНАЯ МОДЕЛЬ.

Группа ученых из Страсбурга попыталась математически смоделировать модель образования и утилизации лактата в организме. Это исследование вылилось в закон сохранения массы лактата в организме. Согласно этой модели, обмен лактата в организме можно представить как систему двух сообщающихся сосудов. Один сосуд это мышцы. Другой сосуд это кровеносная система. Они соединены между собой механизмом диффузии. В состоянии покоя, производство и утилизация лактата в организме уравновешены, а концентрация латата в мышцах и крови одинакова.

В начале выполнения упражнения уровень лактата в обоих сосудах поднимается, но больше всего он растет в мышцах. По окончании упражнения в фазе восстановления №1, помимо механизма утилизации лактата, в организме подключается механизм диффузии лактата из мышц в кровь, в следствии чего уровень лактата в крови повышается.

В ходе фазы восстановления №2 уровень лактата в крови понижается тоже. Математический анализ позволил представить этот процесс в форме двух экспонент с поправками особенностей организма метаболизировать лактат.

ЛАКТАТ МЕЖДУ КРОВЬЮ И МЫШЦАМИ.

Благодаря технологии биопсии мышц, были произведены сравнительные исследования кинетических изменений лактата в крови и мышцах. В течении занятия продуцированный лактат внутри мышечной клетки может:

— аккумулироваться и пройти процесс окисления (преобразования с присутствием кислорода);

— распространиться в межклеточное пространство, где он может быть подобран и использован другими мышечными волокнами с более выраженным кислородным метаболизмом;

— появиться в венозной крови и быть транспортирован в другие органы такие как: мышцы в состоянии покоя, миокард, печень….

Механизмы транспортировки лактата в крови и мышцах могут быть разные. Сравнения концентрации лактата в мышцах и крови показывают, что если усилие превышает 75-80% VO2max то концентрация лактата в мышцах (биопсия мышц передней поверхности бедра) выше чем в крови. В отличие от занятий умеренной интенсивности 30%,50%,70%VO2max где концентрация лактата в артериальной крови выше чем в мышцах. Биопсия мышцы и забор крови проводились с 4-ой по 12 минуту выполнения усилия.

Таким образом, лактат в крови не будет систематически точно отражать присутствие лактата в мышцах. И разница показателей будет увеличиваться по мере роста интенсивности упражнения.

Механизм вывода лактата из мышечных волокон не известен. С определенного уровня внутриклеточной концентрации лактата начинает работу механизм диффузии. Количество лактата в крови на единицу времени на начало работы начинает расти, а затем остается постоянным даже тогда когда количество лактата в мышцах продолжает расти. Внеклеточный Ph или уровень кислотности за пределами мышц, кажется играет главную роль в в механизме насыщения. Представляется, что появление лактата напрямую зависит от уровня Ph и в упражнениях большой мощности, появлений ацидоза (смещение кислотно-щелочного баланса организма в сторону увеличения кислотности или уменьшению рН) препятствует появлению лактата в крови. Однако здесь нужно быть осторожными в выводах, так как математическая модель образования лактата противоречит этой версии.

При переводе данной статьи были опущены все ссылки упоминаний на оригинальные исследования. Текст был максимально упрощен. В частности, из него были изъяты все химические формулы. Сделано это было с целью облегчить восприятие материала. Желающие могут найти все ссылки в оригинальном тексте.

Читайте также:  Отекают лодыжки ног что делать

Сергей Иванов 10.12.2018, 17:00 7.8k Комментарии (1)

Утилизация лактата – достаточно серьезная проблема спорта.

Накопление La в организме во время тренировок и соревновательной деятельности – один из основных факторов, лимитирующих повышение работоспособности и результативности спортивных достижений (особенно в циклических видах спорта). Накопление La, превышение возможностей организма в его утилизации и, следовательно, сдвиг рН внутренней среды («закисление») происходит при гликолитическом механизме энергообеспечения, связанном с расщеплением углеводов до La.

Основной путь получения энергии – это цикл Кребса (цикл трикарбоновых кислот – ЦТК, цикл лимонной кислоты), т е. цикл последовательного превращения глюкозы в пировиноградную, лимонную, глютаминовую, янтарную, муравьиную, яблочную, молочную (La) кислоты с последующим окислением до С02 и Н2 0. La – конечный продукт, который, накапливаясь, «закисляет» организм, т е. сдвигает КОС внутренней среды в кислую сторону.

Непосредственным источником энергии при мышечном сокращении является расщепление АТФ, богатого энергией соединения. Расходуемые запасы АТФ должны быть немедленно пополнены, иначе мышцы теряют способность сокращаться. Восстановление (ресинтез) АТФ осуществляется за счет анаэробных и аэробных процессов.

Гликолитический механизм энергообеспечения связан с проявлением так называемой лактатной выносливости. В наибольшей мере этот анаэробный механизм ресинтеза АТФ проявляется в упражнениях субмаксимальной интенсивности, продолжающихся от 20-30 с до 2-3 мин. Гликолитические (или лактатные) возможности организма зависят от запасов углеводов, находящихся в виде гликогена в мышцах (300—400 г), печени (40-70 г) и в виде свободной глюкозы в крови и во внеклеточной жидкости (25-30 г).

Определяется гликолитическая емкость по формуле:

Е = ALa х 0,0624 М,
где Е – емкость гликолиза, ALa – максимальная концентрация молочной кислоты в крови после предельной работы до 2 мин (за вычетом исходного уровня), 0,0624 – коэффициент пропорциональности для пересчета концентрации La крови к единице массы (М) спортсмена.

Кроме того, и это особенно важно для спортсмена, гликолитические возможности зависят от способности организма противостоять неблагоприятным изменениям в нем в связи с накоплением значительных количеств La. Нейтрализация La осуществляется буферными системами и зависит от их емкости. Буферная емкость крови состоит из бикарбонатной – 13%, фосфатной – 1%, белковой – 86% (из них 76% приходится на долю гемоглобинового буфера). Буферные системы крови мало изменяются под влиянием тренировок; также тренируемой считается «способность терпеть», т е. выполнять работу в условиях неблагоприятных сдвигов в организме, связанных с накоплением продуктов анаэробного обмена.

Поскольку спортсмен должен в своей деятельности развить максимальную мощность и по возможности поддерживать ее в течение заданного времени, изменения во внутренней среде организма происходят в очень короткий промежуток времени. Фактором, лимитирующим работоспособность спортсмена в этих условиях, становится не столько величина, сколько скорость накопления продуктов анаэробного обмена. Ресинтез (восстановление) La в гликоген происходит в печени. Этот путь устранения La особенно важен при длительной работе.

Результатом мышечной активности является также накопление продуктов дезаминирования. Аммиак, который появляется в крови при мышечной работе, образуется в результате отщепления иона аммония от АМФ. Этот процесс необходим для полноценного процесса ресинтеза АТФ из двух молекул АДФ при помощи фермента аденилат-киназы. Накопление аммиака приводит к усилению образования La. Таким образом, образуется порочный круг, вызывающий снижение сократительной способности мышц, повреждение структурного белка – разрушение миофибрилл и, как следствие, дистрофические проявления в системах и органах, лимитирующих продолжительную (на выносливость) работоспособность: печени, почках, сердечно-сосудистой, дыхательной, гематологической системах.

Можно усилить выделение аммиака путем ускорения использования его в синтезе мочевины.
Здесь доступны два варианта:

  • введение бикарбонатов (например, Na2 C03 4% раствор) для использования С02 в синтезе мочевины (повышение буферной емкости – бикарбонатной);
  • ускорение оборота цикла синтеза мочевины добавлением промежуточных продуктов цикла – аминокислот (аргинина, орнитина, цитруллина).

Препараты аминокислот с разветвленными цепями (аргинин, глютамин, орнитин, цитруллин) уменьшают порог аммиачного блока, нормализуют аминокислотный состав крови.

Мероприятия, направленные на коррекцию La:

  • Уменьшение накопления La посредством введения веществ, помогающих обойти аммиачный блок (и таким образом разорвать порочный круг). Такими веществами могут быть: производные янтарной кислоты – сукцинаты (цитрат натрия), сама янтарная кислота; производные яблочной кислоты – малеаты; глютамино-вая кислота, лимонная кислота.
  • Применение янтарной кислоты, бикарбонатов помогает снизить скорость накопления продуктов обмена в анаэробном цикле и сохранить миофибриллы от повреждения.
  • Улучшение работы печени препаратами соответствующей направленности (лецитин, эссенциале, гептрал и т п.) позволяет увеличить ресинтез La в гликоген.
  • Фармакологические формы фосфора, магния, железа способствуют увеличению буферной емкости крови и, значит, более длительному сохранению максимальной работоспособности в глико-литическом режиме, а также более быстрому периоду восстановления. За счет увеличения уровня Hb крови повышается буферная емкость – гемоглобиновая.
  • Усиление протекания метаболических процессов способствуют микроэлементы, в частности железо, фосфор, магний, кобальт (составные части энзимов – катализаторов).
  • Препараты цинка (цинкит) снижают уровень активности ПОЛ. Цинк участвует в метаболизме как кофактор многих ферментов, в том числе ферментов синтеза мочевины.
  • Воздействие на пируватдегидрогеназный комплекс (дихло-рацетат, димефосфон) позволяет увеличить количество АТФ.
  • Обеспечение достаточным количеством калорий (глюкоза, фруктоза, мед) приводит к снижению процессов катаболизма и уровня гипераммониемии (мочевины) и закисления.
  • Энзимы опосредованно увеличивают буферную емкость крови, уменьшают уровень мочевины.
  • Массаж, массаж с яблочным уксусом, водные процедуры ускоряют процесс выведения La из организма.
Читайте также:  Что такое андрогенное облысение

Ниже даны краткие характеристики препаратов, способствующих коррекции содержания La:

  • Дихлорацетат обладает способностью стимулировать активность пируватдегидрогеназного комплекса, что обусловливает уменьшение образования молочной кислоты и снижения ее содержания в тканях и биологических жидкостях. Нормализуется КОС. Возможно побочное действие дихлорацетата – периферическая нейропатия после длительного применения.
  • Димефосфон – фосфорорганическое соединение, обладающее способностью усиливать тканевое дыхание и стабилизировать состояние клеточных мембран. В клинической практике и в эксперименте показано нормализующее действие димефосфона на равновесие кислот и оснований, уровень молочной и пировиноградной кислот в крови, ПОЛ. В результате активирующего воздействия димефосфона на пируваткарбоксилазу равновесие между La и пируватом смещается в сторону последнего, усиливается утилизация пирувата в цикле Кребса, увеличивается фракция АТФ и повышается отношение АТФ/АМФ.
  • Кокарбоксилаза. Кофермент, образующийся в организме из тиамина (витамина BF). Оказывает регулирующее воздействие на отдельные функции организма, главным образом на обменные процессы. Участвует в обмене веществ в качестве коэнзима; особенно важную роль играет в углеводном обмене. Снижает в организме уровень молочной и пировиноградной кислот, улучшает усвоение глюкозы. Нормализует трофику нервной ткани, способствует восстановлению функций сердечно-сосудистой системы. Показания: при различных патологических состояниях, требующих улучшения углеводного обмена, ликвидации дыхательного ацидоза при легочно-сердечной недостаточности; печеночной и почечной недостаточности; недостаточности кровообращения, периферических невритах.
  • Бенфогамма. Действующее вещество препарата кокарбоксилаза.
  • Аргинин (незаменимая аминокислота). Участвует в цикле обмена мочевины, способствует обезвреживанию и выведению из организма аммиака. Понижает АД. Режим дозирования индивидуальный, в зависимости от показаний и возраста. В спорте применяют внутрь. С осторожностью применяют при заболеваниях почек, нарушении обмена электролитов.
  • Глютаминовая кислота (заменимая аминокислота). Нормализует обменные процессы, стимулирует окислительные процессы, способствует нейтрализации и выведению из организма аммиака, повышает устойчивость организма к гипоксии. Способствует синтезу ацетилхолина и АТФ, переносу ионов калия. Глютаминовая кислота относится к нейромедиаторным аминокислотам, стимулирующим передачу возбуждения в синапсах ЦНС. Применяется при тренировке в гликолитическом режиме (снижает уровень лактатной загруженности путем разрыва аммиачного блока); перетренированности (поддержка ЦНС), депрессии. Глютаминовую кислоту применяют также для снятия нейротоксических явлений, связанных с приемом других препаратов. При длительном применении возможно снижение содержания Hb, лейкопения. В период применения необходимо проводить исследования мочи и крови.
  • Стимол (цитруллин + малат) – способствует утилизации La. Препарат расширяет возможности организма спортсмена в тренировках на выносливость, позволяет отодвинуть границу неблагоприятных ощущений и «терпеть» их более длительное время, следовательно, увеличить объем и интенсивность нагрузок.
  • Применяются также лимонная кислота, натрия гидрокарбонат, трометамол, цитруллин.

Данный обзор не является руководством к действию. В любом случае необходимо обращаться к спортивным врачам и физиотерапевтам для получения развернутых рекомендаций на основе совместного анализа основного вида спортивной деятельности и определения действительной необходимости коррекции состояния.

Источник информации: cmtscience.ru (2016).

Этот материал был подготовлен с помощью нашего внешнего редактора. Добавить пост

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector