Содержание

что это и почему она образуется

Во время тяжёлой тренировки или на гонке, вероятно, вы чувствовали что-то наподобие ожога в ваших мышцах. Многие считают, что именно молочная кислота – причина мышечной боли и усталости. Но часто спортсмены-любители путаются, от чего именно  болят их мышцы. Цель этой статьи – доступно рассказать о данном природном соединении и его влиянии на организм человека.

Что такое молочная кислота и лактат

Существует разница между молочной кислотой и лактатом. Лактат – это составная часть молочной кислоты. Молочная кислота состоит из, собственно, кислоты и молекулы лактата. Она является результатом распада глюкозы, которая выступает главным источником углеводов в организме человека, а значит – энергии для мышц во время физической нагрузки.

Вывод такой: молочная кислота нам очень нужна, это топливо для мышц. Кроме того, молочная кислота – это естественный защитный механизм, который не даёт спортсмену переусердствовать и нанести себе непоправимый ущерб.

О пользе молочной кислоты было написано в статье Университета Нью-Мексико «Биохимия метаболического ацидоза, вызванного физической нагрузкой». Профессор Роберт Робергс приводит убедительные аргументы, говоря, что если мышцы не будут продуцировать лактат, ацидоз и мышечная усталость наступят быстрее.

Почему и при каких тренировках образуется молочная кислота

Молочная кислота в мышцах человека вырабатывается постоянно, но организм в спокойном состоянии успевает её удалить. Характерная же боль в мышцах свидетельствует об избытке кислоты, который, в свою очередь, появляется при интенсивной нагрузке, когда продуктов распада поступает гораздо больше того, что организм способен удалить. Если точнее, она начнёт накапливаться в мышцах, когда спортсмен работает выше анаэробного порога (он обычно считается равным 80-90% от максимальной ЧСС).

Во время такой интенсивной нагрузки молочная кислота распадается на «хороший» лактат, который превращается в топливо для организма, и «плохие» ионы водорода. Ионы водорода вредны, потому что они понижают кислотность мышц, снижая мышечную эффективность и вызывая жжение.

Однако боль на протяжении нескольких дней от молочной кислоты – это миф. Она исчезает из организма спустя несколько часов после физической нагрузки.

Процесс выработки молочной кислоты со временем, при последовательных тренировках, остаётся тем же, что и без физнагрузок, просто мышцы спортсмена, становясь выносливее и сильнее, проходя адаптацию к нагрузкам, используют топливо гораздо эффективнее. Именно для этого нужны тренировки ниже лактатного порога.

Тренировочные планы к марафону и полумарафону. Скачайте и начните подготовку сегодня.

Лактатный порог

Лактатный порог означает переход от аэробной нагрузки к анаэробной. Аэробные тренировки не улучшают способность эффективно удалять лактат, потому что в таком состоянии ваше тело получает достаточно кислорода для его переработки. Для улучшения спортивных результатов необходимо включение в программу анаэробных упражнений, а  тренироваться нужно на уровне или чуть ниже лактатного порога.

У каждого человека индивидуальное значение максимального пульса. Если это 205 ударов в минуту, то порог лактата будет примерно на 185 ударах в минуту, то есть аэробные тренировки окажутся в зоне между 125 и 185 ударами. Всё, что выше, – анаэробная зона.

Так каков же будет темп бега на лактатном пороге? Это можно определить в лаборатории, сделав лактатный тест, в рамках которого вы будете постепенно увеличивать темп, а лаборант на каждой отсечке будет брать у вас кровь, из которой и определит уровень лактата при данной нагрузке.

Но если возможности точно узнать свой порог нет, то для «лактатных» тренировок считается наиболее подходящим ваш гоночный темп на 5 км + 8-15 секунд на километр или же соревновательный темп на 10 км + 5-10 секунд. Большинство ведущих тренеров считает, что нужно регулярно совершать от 20 до 40 минут бега в темпе лактатного порога. К слову, именно такие тренировки называют темповыми.

Однако важно понимать, что выполнение лишь одних темповых работ не поможет вам достичь успеха в наращивании лактатного потенциала. Гораздо лучше и продуктивнее пробовать различные скоростные тренировки. Например, в одни дни бегайте темп в течение 20-40 минут, в другие дни бегайте короткие быстрые отрезки. Лишь вкупе эти тренировки увеличат вашу способность переносить лактат.

Связаны ли молочная кислота и боль в мышцах после бега

Еще в 1980-х годах было проведено исследование, чтобы преднамеренно вызвать боль в мышцах испытуемых. Ученые пытались ответить на вопрос, связана ли молочная кислота с болезненностью мышц.

Концентрацию молочной кислоты в крови измеряли до тренировки и в течение 45 минут бега на беговой дорожке: один раз на ровной дорожке и один раз при наклоне -10%. Концентрация молочной кислоты в крови и субъективные ощущения мышечной болезненности оценивались с интервалами в течение 72 часов после занятия.

Концентрация молочной кислоты была значительно увеличена во время бега по ровной дороге, но сами испытуемые не ощущали сильных мышечных болей после тренировки. У группы бегунов, которые бегали при отрицательном уклоне, не было повышено содержание молочной кислоты, но они испытывали значительную отсроченную болезненность мышц.

Читайте по теме: Крепатура: почему болят мышцы после тренировки и нагрузки

Откуда появлялась эта боль, возникающая через 24-48 часов после тренировки? Не от повреждений и микроразрывов мышц, а от восстановления. Да, мышцы повреждены, но боль возникает из-за того, что в организме идет удаление повреждённых мышц. Как это происходит?

У мышечной клетки повреждается внешняя мембрана, после чего клетка лопается, а выходящая из неё жидкость приводит к отёку мышцы. В течение 2-3 дней после тренировки нервные окончания более чувствительны, именно поэтому мы чувствуем сильный дискомфорт во время движения повреждённых мышц.

Но такая боль – это нормально, она не является травмой. После того, как мышцы восстановятся, вы станете сильнее и улучшите свои спортивные результаты, только не забывайте о регулярности занятий.

Другими словами, после одной тренировки бега по холмам вы не станете сильнее, если следующая подобная работа случится через месяц и более. Впрочем, если боль всё такая же сильная даже спустя 48 часов, это сигнал о том, что с нагрузкой вы зашли слишком далеко.

Как вывести молочную кислоту из мышц

  • Первое – это питание. Бег, велоспорт, триатлон – всё это виды спорта на выносливость, а потому спортсмены должны придерживаться диеты, богатой углеводами, ведь все эти виды активности истощают запасы гликогена в мышцах и печени.
  • Пятиминутная растяжка после тренировки на мышцы, которые были задействованы в работе. Обязательно прокатите валиком по рабочей зоне. Такой массаж увеличивает местный кровоток и выводит молочную кислоту из мышц. Иглоукалывание также может способствовать быстрому восстановлению.
  • Когда боль уже есть, её нельзя устранить мазями и гелями.
  • Для профилактики, чтобы после каждой тренировки ваше тело не изнывало от боли, включайте в программу интервальные работы высокой интенсивности. Производство лактата во время интенсивных упражнений стимулирует увеличение концентрации митохондрий внутри мышечных клеток, а значит, способствует росту производительности и улучшению выносливости.

Мифы и заблуждения о молочной кислоте

1. Мышцы болят из-за молочной кислоты

Про первый миф мы уже написали выше. Молочная кислота всегда рассматривалась как побочный продукт метаболизма глюкозы для производства энергии и ненужный продукт, который вызывал жжение в мышцах. Что бы ни говорили, а молочная кислота – это не источник боли в ваших мышцах на 2-3 день после занятий спортом. Но почему миф о том, что молочная кислота и есть главный злодей, настолько устойчив и распространён?

Источник такого неверного толкования – эксперимент, проведённый в 1907 году на извлечённом из организма сердце лягушки.

Ученые обнаружили, что сердце, которое не получало кислорода, при разряде током вырабатывало лактат. Когда же кислород поступал, то и лактат исчезал.

Был сделан вывод, что если мышца получает недостаточно кислорода, работая в условиях кислородного долга, в организме повышается кислотность из-за выделения лактата, что и вызывает мышечную усталость, но это оказалось ошибкой на основе связанных событий.

А вот то, что молочная кислота является топливом для мышц, станет известно позже – в 1970 году. Тогда учёные Калифорнийского Университета смогли доказать, что выработка молочной кислоты у человека происходит нон-стоп.

К примеру, вы же чувствуете боль не только после гонки, но и после длительных, малоинтенсивных упражнений, когда вырабатывается очень мало лактата. Мышечная болезненность на самом деле вызвана простым механическим повреждением мышечных волокон и воспалением.

2. Молочная кислота «закисляет» мышцы

Второй миф: молочную кислоту винят в «закислении» мышц, но вины её в этом нет. На работу мышц влияние оказывает повышенная кислотность тканей, однако это настолько сложное явление, в котором задействовано множество процессов, что мы не будем нагружать читателя такой информацией.

3. У элитных спортсменов меньше молочной кислоты

Третий миф: лучшие в своем классе спортсмены производят меньше молочной кислоты. Это могло бы быть правдой, если бы лактат являлся отходом, вызывающим усталость и никак не влияющим на физическую работоспособность.

По всей вероятности, причина того, что во время интенсивных упражнений в крови элитных, лучших, спортсменов меньше лактата, заключается не в том, что их мышцы производят его мало, а в том, что они более эффективно его используют. Если у среднего спортсмена 75% лактата сгорает в митохондриях как прямое топливо для сокращения мышц, а 25% выходит в кровоток, то у спортсменов мирового ТОП-уровня 85% лактата сжигается и только 15% просачивается в кровоток.

Что же делать со всей этой отсроченной болью, если за неё ответственна не молочная кислота? Ответ прост: дайте своему организму время, и он сам залечит раны. А чтобы избежать такой боли, нужно лишь осторожно подходить к выполнению новых упражнений. Исследования, кстати, говорят, что растяжка ни до, ни после тренировки никак тут не поможет.

Читайте далее: Как определить порог анаэробного обмена (ПАНО)

Молочная кислота — ваш друг, что бы ни говорил фитнес-тренер

Что такое молочная кислота и лактат

Нашему телу постоянно нужна энергия для работы органов и сокращения мышц. С пищей в организм поступают углеводы. В кишечнике они расщепляются до глюкозы, которая затем попадает в кровь и транспортируется в клетки организма, включая мышечные.

В цитоплазме клеток происходит гликолиз — окисление глюкозы до пирувата (пировиноградной кислоты) с образованием АТФ (аденозинтрифосфат, основное топливо организма). Затем за счёт фермента лактатдегидрогеназы пируват восстанавливается до молочной кислоты, которая тут же теряет ион водорода, может присоединить ионы натрия (Na+) или калия (K+) и превращается в соль молочной кислоты — лактат.

Формула молочной кислоты и лактата

Как видим, молочная кислота и лактат — это не одно и то же. Накапливается в мышцах, выводится и перерабатывается именно лактат. Поэтому говорить о молочной кислоте в мышцах некорректно.

До 1970 года лактат считался побочным продуктом, который возникает в работающих мышцах из-за недостатка кислорода. Однако исследования последних десятилетий опровергли это утверждение. Например, Мэтью Рогатски (Matthew J. Rogatzki) в 2015 году выяснил , что гликолиз всегда заканчивается образованием лактата.

Это же утверждает Джордж Брукс (George A. Brooks) из Калифорнийского университета, изучающий молочную кислоту более 30 лет. Накопление лактата показывает только баланс между его производством и устранением и не имеет отношения к аэробному или анаэробному метаболизму.

Лактат всегда формируется во время гликолиза вне зависимости от наличия или недостатка кислорода. Он производится даже в состоянии покоя.

Почему многие не любят молочную кислоту

Миф 1. Молочная кислота вызывает боль в мышцах

Этот миф давно уже опровергли, однако некоторые фитнес-тренеры до сих пор винят лактат в крепатуре, или отложенной боли в мышцах. На самом деле уровень лактата сильно снижается уже через несколько минут после прекращения нагрузки и полностью приходит в норму где-то через час после тренировки.

Таким образом, лактат никак не может вызывать боль в мышцах через 24–72 часа после тренировки. О том, какие механизмы заставляют ваши мышцы болеть после тренировки, можно почитать в этой статье.

Миф 2. Молочная кислота «закисляет» мышцы и вызывает их утомление

Существует распространённое мнение о том, что уровень лактата в крови влияет на работу мышц. Однако на самом деле в этом виноват не лактат, а ионы водорода, которые повышают кислотность тканей. Когда pH-баланс смещается в кислую сторону, наступает ацидоз. Существует немало исследований, доказывающих, что ацидоз негативно влияет на сокращение мышц.

В научной статье «Биохимия метаболического ацидоза, вызванного физическими упражнениями» Роберта Робергса (Robert A. Robergs) указано, что ионы водорода высвобождаются каждый раз, когда АТФ расщепляется до АДФ (аденозиндифосфат) и неорганического фосфата с выделением энергии.

Когда вы работаете со средней интенсивностью, ионы водорода используются митохондриями для окислительного фосфорилирования (восстановления АТФ из АДФ). Когда интенсивность упражнений и потребность организма в энергии возрастает, восстановление АТФ происходит в основном за счёт гликолитической и фосфагенной систем. Это вызывает увеличенное высвобождение протонов и, как следствие, ацидоз.

В таких условиях увеличивается производство лактата для защиты организма от накопления пирувата и поставки NAD+, необходимого для второй фазы гликолиза. Робергс предположил, что лактат помогает справиться с ацидозом, поскольку может переносить ионы водорода из клетки. Таким образом, без увеличенного производства лактата ацидоз и мышечная усталость наступили бы гораздо быстрее.

Лактат не виноват в том, что во время интенсивной нагрузки у вас устают мышцы. Усталость вызывает ацидоз — накопление ионов водорода и смещение pH организма в кислую сторону. Лактат, наоборот, помогает справиться с ацидозом.

Чем лактат полезен для здоровья и физической подготовки

Лактат является источником энергии

В 80–90-х годах Джоржд Брукс доказал , что лактат переходит из мышечных клеток в кровь и транспортируется в печень, где восстанавливается до глюкозы в цикле Кори. После этого глюкоза вновь транспортируется по крови в работающие мышцы и может использоваться для производства энергии и запасаться в виде гликогена.

Более того, даже мышцы могут использовать лактат в качестве топлива. В 1999 году Брукс обнаружил , что тренировки на выносливость снижают уровень лактата в крови, даже когда клетки продолжают производить его в том же количестве. В 2000 году он выяснил, что у выносливых атлетов увеличивается количество молекул-переносчиков лактата, которые быстро перемещают лактат из цитоплазмы клетки в митохондрии.

В дальнейших экспериментах учёные обнаружили внутри митохондрий не только белки-переносчики, но и лактатный энзим дегидрогеназу, которая запускает превращение лактата в энергию.

Учёные сделали вывод, что лактат переносится в митохондрии и сжигается там при участии кислорода для добычи энергии.

Лактат служит источником энергии для мышц. В печени он восстанавливается до глюкозы, которая затем снова используется мышцами или запасается в них в виде гликогена. Кроме того, лактат может сжигаться непосредственно в мышцах для производства энергии.

Лактат увеличивает выносливость

Лактат помогает увеличить потребление кислорода, что тоже положительно влияет на выносливость. Исследование 2006 года показало, что лактат, в отличие от глюкозы, увеличивает количество кислорода, потребляемого митохондриями, что позволяет им выработать больше энергии.

А в 2014 году выяснилось , что лактат снижает ответ на стресс и увеличивает производство генов, вовлечённых в создание новых митохондрий.

Лактат увеличивает количество потребляемого кислорода, так что ваше тело сможет дольше переносить нагрузки.

Лактат защищает мозг

Лактат предотвращает вызванную L-глутаматом эксайтотоксичность. Это патологическое состояние, при котором из-за чрезмерной активности нейронов повреждаются их митохондрии и мембраны и клетка гибнет. Эксайтотоксичность может стать причиной рассеянного склероза, инсульта, болезни Альцгеймера и других заболеваний, связанных с повреждением нервной ткани.

Исследование 2013 года доказало, что лактат регулирует активность нейронов, защищая мозг от эксайтотоксичности.

Кроме того, лактат обеспечивает мозгу альтернативный источник питания, когда глюкозы не хватает. В том же 2013 году учёные выяснили , что незначительное увеличение циркуляции лактата позволяет мозгу нормально функционировать в условиях гипогликемии.

Более того, исследование 2011 года показало, что глюкозы недостаточно для обеспечения энергии во время интенсивной активности синапсов, а лактат может быть эффективным источником энергии, который поддерживает и усиливает метаболизм мозга.

И, наконец, исследование 2014 года доказало, что лактат увеличивает количество норэпинефрина, нейротрансмиттера, который необходим для снабжения мозга кровью и концентрации внимания.

Лактат защищает мозг от эксайтотоксичности, служит источником энергии и улучшает концентрацию внимания.

Лактат способствует росту мышц

Лактат создаёт хорошие условия для роста мышц. Исследование 2015 года доказало, что добавка из кофеина и лактата увеличивает рост мышц даже во время тренировок низкой интенсивности, активируя стволовые клетки и анаболические сигналы: повышая экспрессию миогенина и фоллистатина.

Ещё 20 лет назад учёные обнаружили , что после введения лактата и физических упражнений (плавания) у самцов мышей увеличивается количество тестостерона в плазме крови. Кроме того, повышается количество лютеинизирующего гормона, который также способствует секреции тестостерона. И это, в свою очередь, положительно сказывается на росте мышц.

Лактат увеличивает секрецию гормонов, необходимых для роста мышц.

Как увеличить количество лактата

  1. Съешьте за час перед тренировкой что-нибудь богатое углеводами: сладкие фрукты, шоколад, злаки. Помните: лактат образуется при распаде глюкозы.
  2. Постарайтесь выложиться по полной. Например, попробуйте спринт или высокоинтенсивный интервальный тренинг (ВИИТ). Устраивайте такие тренировки два раза в неделю в дополнение к своим обычным нагрузкам, и постепенно ваше тело приучится вырабатывать больше лактата для увеличения выносливости, роста мышц и защиты мозга.

Исследование уровня молочной кислоты в крови, цены в Нижнем Новгороде

Лактат – это продукт клеточного метаболизма, производная молочной кислоты. Может находиться в клетках в виде самой молочной кислоты либо в виде ее солей. В норме концентрация лактатов в крови очень низкая. В мышцах, эритроцитах, клетках мозга и в других тканях она повышается при недостатке кислорода в клетке либо если первичный путь производства энергии в клетках нарушен. Основные запасы клеточной энергии производятся в митохондриях, крошечных «энергетических станциях» внутри клеток организма. Митохондрии используют глюкозу и кислород для производства АТФ (аденозинтрифосфата), главного энергетического источника в организме. Это называется аэробным образованием энергии. При падении уровня кислорода в клетке либо при нарушении нормального функционирования митохондрий организм переключается на менее эффективное производство энергии (анаэробное) путем расщепления глюкозы с образованием АТФ. Лактат является основным побочным продуктом этого анаэробного процесса. Молочная кислота может накапливаться в случае, если она производится быстрее, чем печень успевает ее утилизировать. Когда ее содержание в крови значительно повышается, наступает гиперлактатацидемия, которая может далее развиться в лактацидоз, если молочная кислота будет продолжать накапливаться. Организму часто удается компенсировать эффект лактацидоза, однако в тяжелых случаях нарушается кислотно-щелочной баланс, что сопровождается слабостью, учащенным дыханием, тошнотой, рвотой, потливостью и даже комой. Причины повышения уровня лактатов подразделяются на две группы в соответствии с механизмом, который вызывает лактацидоз.

Лактацидоз А-типа наиболее распространен и ассоциирован с факторами, вызывающими недостаточный захват кислорода легкими либо замедленное кровообращение, что приводит к уменьшению снабжения тканей кислородом.

Примеры лактацидоза А-типа: 

— шок в результате полученной травмы или сильной кровопотери,

— сепсис,

— инфаркт,

— застойная сердечная недостаточность,

— тяжелые легочные либо респираторные заболевания,

— отек легких,

— тяжелые формы анемии.

Лактацидоз Б-типа не связан с поступлением кислорода к тканям, он является причиной повышенной потребности в кислороде из-за проблем обмена веществ.

Примеры лактацидоза Б-типа:

— болезни печени,

— почечные заболевания,

— сахарный диабет,

— лейкоз,

— СПИД,

— болезни, связанные с сохранением гликогена (например, глюкозо-6-фосфатазная недостаточность),

— лекарства и токсины, такие как салицилаты, цианиды, метанол, метформин,

— различные наследственные митохондриальные и метаболические заболевания, являющиеся формами мышечной дистрофии и затрагивающие синтез АТФ,

— состояние при интенсивных физических нагрузках.

Лактат является метаболическим продуктом пропиленгликоля, входящего в состав растворителя для многих внутривенных препаратов. У пациентов со сниженной функцией почек при продолжительных инфузиях таких растворов может накапливаться повышенное количество лактата.

Для чего используется исследование?

— Для выявления лактацидоза, то есть высокого содержания лактатов.

— Чтобы определить гипоксию и лактацидоз и оценить их тяжесть, если есть факторы, понижающие снабжение кислородом клеток и тканей (лактацидоз чаще всего возникает именно из-за этого), например шок или застойная сердечная недостаточность.

— Для оценки кислотно-щелочного баланса и оксигенации (вместе с анализом на газы в крови).

— При диагностике болезней, которые способны привести к повышенному содержанию лактатов, а также при симптомах ацидоза, поскольку лактацидоз может вызываться факторами, не связанными с уровнем кислорода в тканях.

— Чтобы выяснить, не являются ли сопутствующие заболевания, например болезни печени или почек, причиной лактацидоза (вместе с другими исследованиями, такими как клинический анализ крови или мочи, некоторые биохимические тесты).

— Для обследования больных с подозрением на сепсис. Если уровень лактатов у них падает ниже нормы, лечение им назначается незамедлительно. При своевременной диагностике и безотлагательном лечении сепсиса шансы на успешное выздоровление увеличиваются во много раз.

— Для наблюдения за течением гипоксии и контроля за эффективностью ее лечения в случае обострения таких болезней, как сепсис, инфаркт и застойная сердечная недостаточность.

Когда назначается исследование?

— При симптомах недостатка кислорода (одышка, учащенное дыхание, бледность, потливость, тошнота, слабость в мышцах).

— При подозрении на сепсис, шок, инфаркт, сердечную недостаточность, почечную недостаточность или сахарный диабет.

— При острых головных болях, лихорадке, расстройстве и потере сознания, а также признаках менингита. Оценка кислородного снабжения тканей при шоке, нарушениях кровообращения.

— Оценка причины ацидоза.

— Диагностика причин метаболического ацидоза.

— Оценка уровня перфузии и адекватности доставки кислорода в ткани.

— Исследования в области спортивной физиологии и медицины.

— Дифференциальная диагностика миопатий.

— Дифференциальная диагностика энзимопатий новорожденных.

— Асфиксия новорожденных.

— Сахарный диабет II типа.

Бактерия из кишечника марафонцев сделала мышей выносливей. Она превращает молочную кислоту в вещество, которое заставляет сердце работать лучше — Наука

Набор симбиотических микробов в организме человека может меняться под действием самых разных факторов: возраста, пищевых предпочтений, состояния здоровья и даже из-за близких родственников. В частности, ученые и раньше обнаруживали, что микрофлора спортсменов отличается от микрофлоры людей, не занимающихся профессиональным спортом. Но до сих пор неизвестно, влияют ли какие-либо представители внутрикишечного сообщества на спортивные успехи.

Исследователи из Америки и Канады изучили содержимое кишечника 15 участников Бостонского марафона 2015 года за несколько дней до и после состязания. Параллельно аналогичные тесты они провели на контрольной группе — 10 участниках эксперимента, не занимавшихся спортом. Оказалось, что по сравнению с «неспортивными» людьми кишечник бегунов содержит больше бактерий Veillonella, а после марафона их становится еще больше.

Чтобы проверить, связаны ли эти бактерии непосредственно с физическими упражнениями, исследователи воспроизвели эксперимент на мышах. Они выделили из экскрементов одного из марафонцев бактерию рода Veillonella и подсадили ее в кишечник мышей. Далее ученые испытали экспериментальных мышей и их товарищей из контрольной группы на беговой дорожке. Животные с бактериями Veillonella оказались выносливее, продержавшись на 13% дольше.

Свои предположения о том, что Veillonella связаны со спортом, ученые подтвердили на независимой группе атлетов: ультрамарафонцах и олимпийских гребцах. У них этих бактерий также оказалось немало. Затем исследователи отсеквенировали геномы всех микробов из кишечников этой независимой группы и отследили, относительное количество каких генов выросло после тренировок. Это может говорить не только о размножении определенных бактерий, но и об их физиологической роли.

Оказалось, что физические упражнения повышают количество генов, связанных с расщеплением молочной кислоты (лактата) — побочного продукта обмена глюкозы в мышцах, который активно образуется при сильных нагрузках. Ну а бактерии Veillonella известны тем, что превращают лактат в пропионат — короткоцепочечную жирную кислоту, которая известна своим стимулирующим влиянием на расщепление глюкозы, сердечные сокращения и поглощение кислорода из воздуха.

Чтобы убедиться в том, что бактериям достается какое-то количество молочной кислоты из мышц, ученые ввели в кровь мышей молочную кислоту, меченную тяжелым изотопом углерода. Через некоторое время они обнаружили ее уже в кишечнике и заключили, что стенка кишечника «протекает», позволяя кишечным микробам получать лактат. Однако само по себе присутствие бактерий, судя по всему, не влияет на количество молочной кислоты в крови: у мышей, которым ввели бактерии рода Veillonella, концентрация лактата оставалась такой же, как и у контрольной группы, к которой подселили других микробов. На основании этих данных исследователи предположили, что роль бактерий состоит не столько в том, чтобы очистить кровь от молочной кислоты, сколько в производстве пропионата. И когда подопытным мышам ввели в кишечник пропионат, не подсаживая при этом никаких бактерий, они снова показали хороший результат на беговой дорожке, продержавшись дольше контрольной группы.

Авторы работы отмечают, что отношения бегунов с бактериями Veillonella — еще один хороший пример симбиоза. В ходе упражнений в крови увеличивается количество лактата, он попадает в кишечник и создает комфортную среду для микробов, которые его расщепляют. Продуктом расщепления оказывается пропионат, который усиливает выносливость спортсмена и позволяет его организму дольше бежать, а мышцам — производить еще больше любимой еды для кишечных бактерий.

 Полина Лосева

Молочная кислота – альтернативный источник питания для мозга

Пища для ума
Ученые обнаружили дополнительный источник питания мозга

Екатерина Люльчак, РБК daily

Группа нейрофизиологов из Германии и Нидерландов впервые открыла альтернативный источник питания для мозга. Ведь ранее считалось, что мозг работает исключительно на глюкозе. С помощью спектрального анализа ученые обнаружили, что мозг получает из поступающей к нему крови не только глюкозу, но и лактат – молочную кислоту, повышение содержания которой наблюдается при несоответствии поступления кислорода в ткань и энергетических затрат, то есть при активной мышечной работе. Таким образом, энергетические «отходы», поставляемые мышцами, используются мозгом как энергетическая подпитка.

Исследование нейрофизиологов показало, что мозг, так же как и мышцы, в ситуации, когда организм работает на пределе своих возможностей и уровень сахара в крови снижается до критической величины, начинает питаться лактатом, а не глюкозой. Это открытие объяснило, почему мозг в состоянии работать на прежнем уровне, даже когда другие ткани и органы начинают потреблять в несколько раз больше глюкозы и кислорода, чем обычно. Мозг просто переходит на другой механизм поддержания собственной жизнедеятельности в условиях, когда работающие мышцы особенно остро нуждаются в глюкозе.

Доказательство подобной теории ученые получили в ходе эксперимента с использованием метода спектрального анализа крови, взятой у испытуемых после физической нагрузки. Врачи сравнили химический состав крови «на входе», которая только должна была поступить в мозг и снабдить его необходимыми питательными веществами, и крови «на выходе», уже поучаствовавшей в процессе мозгового кровообращения. Оказалось, что «отработанная» кровь содержала гораздо меньше лактата, чем кровь, только направляющаяся к мозгу. Дальнейшее исследование показало, что мозг не хранил поступивший лактат, а использовал его в качестве питания для своих клеток. Таким образом, мозг оставлял глюкозу мышцам, нуждающимся в этом доступном топливе.

«Дело в том, что молочная кислота является конечным продуктом метаболизма глюкозы в условиях резкой нехватки кислорода. Причем процесс превращения глюкозы в молочную кислоту может быть повернут вспять и из молочной кислоты синтезируется глюкоза, – рассказал РБК daily кандидат медицинских наук, доцент кафедры биохимии РГМУ Николай Адрианов. – Так, когда организм работает в привычном режиме, глюкоза распадается на две молекулы пировиноградной кислоты; когда же мышцы начинают потреблять очень много энергии, кислорода не хватает и молекулы пировиноградной кислоты распадаются до молекул молочной кислоты. Последние поступают в печень, где из них конструируются новые молекулы глюкозы, которые из печени поступают в кровь и используются в качестве питания для мозга. И если даже в несколько раз повысить в крови концентрацию лактата, но при этом понизить уровень глюкозы до недопустимых пределов, человек все равно впадет в кому. Количественная компенсация в этом случае никогда не перерастет в качественную. Так что лактат является просто строительным материалом для глюкозы, а не полноценной ее заменой».

Возможность использования сразу нескольких источников питания для мозга объясняется учеными эволюцией. К примеру, во время бегства от хищника или охоты организм животного должен аккумулировать все силы и энергетические ресурсы для того, чтобы обеспечить работу мышц в усиленном режиме. Одновременно с этим животное нуждается в оперативной работе мозга, в быстроте реакции и внимании. Поэтому, чтобы мышцы не отбирали у мозга единственный источник питания, организм переводит нейроны на запасной способ питания.

«Организм любого живого существа работает так, что абсолютный приоритет при распределении питания и энергии закреплен за мозгом, – рассказал РБК daily биофизик, эксперт Института биологии старения Игорь Артюхов. – Причем, даже если наряду с глюкозой мозг способен утилизировать лактат, это объясняется не столько возможным дефицитом глюкозы, вызванным усиленной работой мышц, сколько нехваткой кислорода, которая также сопровождает чрезмерные нагрузки».

В организме человека избыток молочной кислоты используется как источник углерода и энергии в скелетных мышцах, легких, сердце и головном мозге. Причем исследователи настаивают, что для мозга, сердца и легких лактат служит превосходным субстратом и нередко утилизируется даже прежде глюкозы, так как скорость поглощения и окисления молочной кислоты в два-десять раз выше по сравнению с глюкозой. Поэтому, как только молочная кислота появляется в крови, 90% используется как источник питания для головного мозга.

По словам немецких и голландских ученых, их открытие станет не только важнейшим этапом в исследовании работы мозга, но и первым шагом на пути создания несинтетического допинга для мозга, который будет повышать его работоспособность гораздо лучше, чем любые энергетики.

Портал «Вечная молодость» www.vechnayamolodost.ru
10.10.2008

Молочная кислота в мышцах: что это такое, вред и польза для организма

Фото: pixabay.com: UGC

Молочная кислота — звучит устрашающе, правда? На самом деле, бояться абсолютно нечего. Если заниматься физическими упражнениями, ее появление в мышцах неизбежно. Давайте разберемся, когда стоит бить тревогу, а когда просто перетерпеть дискомфорт.

Внимание! Материал носит лишь ознакомительный характер. Не следует прибегать к описанным в нем методам лечения без предварительной консультации с врачом.

Молочная кислота: что это такое

Лактат (окисление молочной кислоты) — это продукт распада глюкозы под действием работы мышц.

Глюкоза — кровный сахар, источник простых углеводов — энергетической подпитки организма. Мозг и тело используют вкусных «малышей» как удобный вид топлива. Они легко растворяются в воде и проникают в клетки. Именно углеводы первыми идут в расход на тренировках, особенно с применением тяжестей. Легкая пробежка или утренняя зарядка не приведут к выработке лактата. Почему? Сейчас объясним.

Читайте также

Сбалансированное питание для похудения

Если выполняете физическую работу с интенсивной нагрузкой мышц, организму требуется больше кислорода, чем в состоянии покоя. Кислород в сочетании с глюкозой насыщают мускулатуру тела, давая ей силы передвигать тяжести. Расщепляясь, глюкоза дает клеткам аденозинтрифосфорную кислоту (АТР). Благодаря ей химические реакции протекают в ускоренном режиме, как на перемотке. Уровень аденозинтрифосфата определяет, сколько еще раз человек сможет продолжать мышечную активность (уровень усталости).

Что такое молочная кислота? Она получается в тот момент, когда кислорода становится критично мало и его энергии не хватает. Резервы организма в виде жиров не сразу задействуются, поэтому нужно промежуточное вещество. Кислородное голодание приводит к нарушению обычного порядка распада глюкозы. Дополнительным топливом мускулам становится молочная кислота.

Читайте также

Контрастный душ: польза и противопоказания

Согласно исследованиям, данное утверждение поддалось критике. Результаты эксперимента показали, что она образуется всегда, хватает легким кислорода или нет.

Фото: pixabay.com: UGC

Всё дело в потреблении. Окисление глюкозы в некоторых случаях происходит быстрее, чем ее впитывание в мышцы. Такое расхождение может возникнуть у новичков спортзала, взявших слишком большой вес, либо у бодибилдеров, работающих в режиме роста мышц. Накопление излишков в мышечных тканях и крови приводит к следующим побочным эффектам:

  • боль в мышцах, жжение;
  • задышка, учащенное дыхание;
  • тошнота, тяжесть в животе;
  • общая слабость.

Подобные симптомы у любого отобьют желание заниматься спортом. Как же их избежать?

Молочная кислота выступает катализатором выработки АТР, как и глюкоза, но, в отличие от последней, реакция происходит значительно быстрее. Во время изнурительных тренировок именно данный фактор позволяет мышцам оставаться в тонусе. Молочная кислота в мышцах способствует активации химических реакций и образования энергетической смеси в крови.

Читайте также

Водорастворимые витамины: виды и характеристика

Легкая пробежка, занятия с собственным весом не дадут подобного эффекта, так как в качестве топлива организму хватает глюкозы и кислорода. Данные виды тренировок называются аэробными тренировками. Те упражнения, при которых в силу вступает молочная кислота, называются анаэробными тренировками.

Молочная кислота в мышцах творит чудеса. Она насыщает их энергией, а также играет ключевую роль в распределении кислорода. Скапливаясь в «медленных» волокнах, кислота питает их и способствует росту. Интенсивные упражнения в тренажерном зале с применением больших весов были бы невозможны без нее. Она выполняет следующие функции:

  • катализатор выработки АТР;
  • дополнительный источник энергии;
  • усилитель секреции тестостерона.

Негласные эксперименты подтвердили тот факт, что молочная кислота влияет на выработку тестостерона. Исследования проводились над крысами, которых поместили в водный резервуар, чтобы животные поработали лапками. Плавая, крысы находились в воде 10 минут. Сравнивая анализы «пловцов» и «отдыхающих» крыс, исследователи убедились: показатель тестостерона увеличился в два раза.

Читайте также

Система Бодифлекс: отзывы, особенности похудения

Читайте также: Силовые тренировки: что это такое и для чего нужны

Фото: pixabay.com: UGC

Молочная кислота: польза и вред для организма

Нельзя поймать рыбку, не намочив рук, так и в спорте. Если вы хотите добиться результатов в построении тела, придется идти на жертвы. Пусть это будут жертвы личным временем и уходом от вредных привычек. Здоровьем жертвовать никто не призывает, ведь молочная кислота — естественный продукт распада глюкозы.

Формула молочной кислоты — C₃H₆O₃, она попадает в мышцы за счет окисления глюкозы. Из-за взаимодействия с кислородом вырабатывается ион молочной кислоты — лактат, конечный продукт энергии. Он способствует ускорению метаболизма относительно выработки аденозинтрифосфорной кислоты. Проходит ощущение усталости, и вы можете продолжать делать упражнения с максимальной отдачей. Без нее выносливость организма упала бы до минимума.

Читайте также

Лучшая зарядка по утрам для женщин

Многие думают, что именно поэтому на следующий день приходит запоздалая боль в мышцах. Спешим вас уверить, что молочная кислота здесь ни при чем. Да, она может вызвать характерное жжение и послужить сигналом «Хватит!», но на этом ее влияние заканчивается. Правда в том, что через пару часов после тренировки она полностью расщепляется организмом. Ее переработкой обратно в глюкозу занимается печень. Такой цикл позволяет организму снова подпитать мышцы во время отдыха.

Если утром вы оказались прикованными к постели, то «кто-то» явно перестарался на тренировке. Подобная проблема часто возникает у новых людей в спорте, которые долгое время не занимались. Совет номер один — не пытайтесь как можно быстрее наверстать упущенное. В таких условиях даже молочная кислота не спасет мышцы от усталости. Микротравмы мышечной ткани вам гарантированы, а с ними перерыв в тренировках.

Читайте также

Низкий гемоглобин у детей и взрослых: как повысить

Молочная кислота глубоко проникает в поры мышц и подпитывает их изнутри. Когда кислород и глюкоза перерабатываются в энергию, ее хватает на легкие нагрузки.

Если вы хотите нарастить мышечную массу, то нужны силовые упражнения. Лактат расширяет сосуды и способствует лучшей проходимости крови с полезными элементами. Таким образом, в процессе упражнений мышцы лучше насыщаются кислородом.

Фото: pixabay.com: UGC

Получение молочной кислоты синтетическим путем возможно, но применять ее внутримышечно или орально не стоит. Ее выработка и так происходит в достаточном количестве, искусственное насыщение мышц кислотой может вызвать критический избыток. В этом случае вы рискуете почувствовать симптомы общего недомогания. Такое состояние называется лактацидоз. Он может быть признаком начавшейся болезни (сахарный диабет, лейкоз).

Читайте также

Что такое углеводы и для чего они нужны?

Если скопилась молочная кислота в мышцах, как вывести ее без вреда для здоровья? Начнем с того, что процесс очистки организма происходит самостоятельно. Концентрация кислотности крови после прекращения физической активности сразу спадает. Если почувствовали сильное жжение в мышцах, с одной стороны, это признак роста, с другой — сигнал остановиться. «Тише едешь, дальше будешь» — это не последняя тренировка в вашей жизни. Новый день даст новые силы, а на сегодня достаточно.

Не сидите на месте, пассивный отдых после силовых упражнений не идет на пользу. Чтобы способствовать разгону полезных веществ по телу, сделайте разминку. Планка, брусья, лестница, канат — лучшие снаряды для легкого фитнеса. Повисите на турнике, отожмитесь от стенки, поприседайте — двигайтесь. Молочная кислота не будет застаиваться в определенных участках и распределится по телу.

Читайте также

Как перестать есть сладкое и похудеть

Если систематически заниматься тренировками, организм адаптируется и станет быстрее выводить лактат. Анализы показали, что концентрация кислоты в мышцах профессиональных спортсменов незначительна. И наоборот, новички спорта обречены чувствовать так называемый порог сил в виде жжения мышц. Так молочная кислота есть одновременно питательным веществом и предохранителем.

Молочная кислота окутана мифами и домыслами. Кто-то видит в ней источник огромных мышц, а кто-то вредный элемент. Надеемся, что мы внушили вам правильные мысли и оправдали «виновницу» боли мышц. Занимайтесь спортом и будьте здоровыми!

Читайте также: Кроссфит: упражнения для дома

Автор: кандидат медицинских наук Анна Ивановна Тихомирова

Рецензент: кандидат медицинских наук, профессор Иван Георгиевич Максаков

Оригинал статьи: https://www.nur.kz/family/beauty/1802667-molocnaa-kislota-v-myscah-cto-eto-takoe-vred-i-polza-dla-organizma/

Лактат

Лактат – это продукт клеточного метаболизма, производная молочной кислоты. Может находиться в клетках в виде самой молочной кислоты либо в виде ее солей.

Синонимы русские

Молочная кислота, соли молочной кислоты.

Синонимы английские

Lactate, lactic acid.

Метод исследования

Кинетический колориметрический метод.

Единицы измерения

Ммоль/л (миллимоль на литр).

Какой биоматериал можно использовать для исследования?

Венозную кровь.

Как правильно подготовиться к исследованию?

  • Не принимать пищу в течение 12 часов до исследования.
  • Исключить физическое и эмоциональное перенапряжение в течение 30 минут до исследования.
  • Не курить в течение 30 минут до исследования.

Общая информация об исследовании

В ходе анализа измеряется количество лактатов в крови. Они являются продуктом клеточного метаболизма и в зависимости от рН (кислотности) могут присутствовать в клетках в виде молочной кислоты или при нейтральной рН в форме солей молочной кислоты.

В норме концентрация лактатов в крови очень низкая. В мышцах, эритроцитах, клетках мозга и в других тканях она повышается при недостатке кислорода в клетке либо если первичный путь производства энергии в клетках нарушен.

Основные запасы клеточной энергии производятся в митохондриях, крошечных «энергетических станциях» внутри клеток организма. Митохондрии используют глюкозу и кислород для производства АТФ (аденозинтрифосфата), главного энергетического источника в организме. Это называется аэробным образованием энергии.

При падении уровня кислорода в клетке либо при нарушении нормального функционирования митохондрий организм переключается на менее эффективное производство энергии (анаэробное) путем расщепления глюкозы с образованием АТФ. Лактат является основным побочным продуктом этого анаэробного процесса. Молочная кислота может накапливаться в случае, если она производится быстрее, чем печень успевает ее утилизировать. Когда ее содержание в крови значительно повышается, наступает гиперлактатацидемия, которая может далее развиться в лактацидоз, если молочная кислота будет продолжать накапливаться. Организму часто удается компенсировать эффект лактацидоза, однако в тяжелых случаях нарушается кислотно-щелочной баланс, что сопровождается слабостью, учащенным дыханием, тошнотой, рвотой, потливостью и даже комой.

Причины повышения уровня лактатов подразделяются на две группы в соответствии с механизмом, который вызывает лактацидоз.

Лактацидоз А-типа наиболее распространен и ассоциирован с факторами, вызывающими недостаточный захват кислорода легкими либо замедленное кровообращение, что приводит к уменьшению снабжения тканей кислородом. Примеры лактацидоза А-типа:

Лактацидоз Б-типа не связан с поступлением кислорода к тканям, он является причиной повышенной потребности в кислороде из-за проблем обмена веществ. Примеры лактацидоза Б-типа:

  • болезни печени,
  • почечные заболевания,
  • сахарный диабет,
  • лейкемия,
  • СПИД,
  • болезни, связанные с сохранением гликогена (например, глюкозо-6-фосфатазная недостаточность),
  • лекарства и токсины, такие как салицилаты, цианиды, метанол, метформин,
  • различные наследственные митохондриальные и метаболические заболевания, являющиеся формами мышечной дистрофии и затрагивающие синтез АТФ,
  • состояние при интенсивных физических нагрузках.

Для чего используется исследование?

  • Для выявления лактацидоза, то есть высокого содержания лактатов.
  • Чтобы определить гипоксию и лактацидоз и оценить их тяжесть, если есть факторы, понижающие снабжение кислородом клеток и тканей (лактацидоз чаще всего возникает именно из-за этого), например шок или застойная сердечная недостаточность.
  • Для оценки кислотно-щелочного баланса и оксигенации (вместе с анализом на газы в крови).
  • При диагностике болезней, которые способны привести к повышенному содержанию лактатов, а также при симптомах ацидоза, поскольку лактацидоз может вызываться факторами, не связанными с уровнем кислорода в тканях.
  • Чтобы выяснить, не являются ли сопутствующие заболевания, например болезни печени или почек, причиной лактацидоза (вместе с другими исследованиями, такими как клинический анализ крови или мочи, некоторые биохимические тесты).
  • Для обследования больных с подозрением на сепсис. Если уровень лактатов у них падает ниже нормы, лечение им назначается незамедлительно. При своевременной диагностике и безотлагательном лечении сепсиса шансы на успешное выздоровление увеличиваются во много раз.
  • Для наблюдения за течением гипоксии и контроля за эффективностью ее лечения в случае обострения таких болезней, как сепсис, инфаркт и застойная сердечная недостаточность.

Когда назначается исследование?

  • При симптомах недостатка кислорода (одышка, учащенное дыхание, бледность, потливость, тошнота, слабость в мышцах).
  • При подозрении на сепсис, шок, инфаркт, сердечную недостаточность, почечную недостаточность или сахарный диабет.
  • При острых головных болях, лихорадке, расстройстве и потере сознания, а также признаках менингита.

Что означают результаты?

Референсные значения: 0,5 — 2,2 ммоль/л.

Клиническое значение имеет лишь повышение концентрации лактата в крови.

  • Высокая концентрация лактата указывает на болезнь (либо иные  факторы), которая является причиной накопления лактатов в тканях. В целом чем выше уровень лактатов, тем острее протекает заболевание. Если накопление лактатов связано с гипоксией, то их повышение означает, что организм не способен ее компенсировать. В то же время сама по себе избыточная концентрация лактатов не является прямым указанием на диагноз, она лишь помогает подтвердить либо исключить возможные причины наблюдаемых симптомов.
  • Если есть подозрение на состояние, ведущее к кислородной недостаточности, например на шок, полученный в результате травмы или сильной кровопотери, сепсис, инфаркт, застойную сердечную недостаточность, острые респираторные или легочные заболевания, отек легких, острую анемию, то повышенный уровень лактатов может быть признаком гипоксии и/или дисфункции органов.
  • Иногда лактацидоз является осложнением болезней печени, почек, диабета, лейкемии, СПИДа, болезней, связанных с сохранением гликогена (например, глюкозо-6-фосфатазной недостаточностью), различных наследственных митохондриальных и метаболических заболеваний (форм мышечной дистрофии и тех, которые затрагивают синтез АТФ).
  • Увеличивать концентрацию лактатов способны лекарства и токсины (салицилаты, цианиды, метанол, метформин) и интенсивные физические нагрузки.
  • При симптомах менингита значительно повышенный уровень лактатов в цереброспинальной жидкости указывает на вероятность бактериального менингита, в то время как слегка повышенный – на его вирусную разновидность.
  • Нормальный уровень лактатов свидетельствует о том, что у пациента нет лактацидоза, а также о достаточном снабжении кислородом на клеточном уровне.
  • При лечении лактацидоза или гипоксии уменьшение концентрации лактатов со временем отражает реакцию организма на процесс лечения.
 Скачать пример результата

Важные замечания

  • Уровень лактатов может повышаться при дефиците витамина В1.

Также рекомендуется

Кто назначает исследование?

Хирург, реаниматолог, инфекционист, терапевт.

Почему в мышцах накапливается молочная кислота? И почему это вызывает болезненность?

Когда наши тела выполняют напряженные упражнения, мы начинаем дышать быстрее, пытаясь доставить больше кислорода к нашим работающим мышцам. Организм предпочитает генерировать большую часть своей энергии с помощью аэробных методов, то есть с помощью кислорода. Однако некоторые обстоятельства — такие как уклонение от исторического саблезубого тигра или поднятие тяжестей — требуют выработки энергии быстрее, чем наше тело может адекватно доставлять кислород. В таких случаях работающие мышцы генерируют энергию анаэробно.Эта энергия поступает из глюкозы в результате процесса, называемого гликолизом, при котором глюкоза расщепляется или метаболизируется в вещество, называемое пируватом, в несколько этапов. Когда в организме много кислорода, пируват направляется по аэробному пути для дальнейшего расщепления для получения дополнительной энергии. Но когда кислород ограничен, организм временно превращает пируват в вещество, называемое лактатом, что позволяет продолжать расщепление глюкозы и, следовательно, производство энергии. Рабочие мышечные клетки могут продолжать этот тип анаэробной выработки энергии с высокой скоростью в течение от одной до трех минут, в течение которых лактат может накапливаться до высоких уровней.

Побочным эффектом высокого уровня лактата является повышение кислотности мышечных клеток, а также нарушение других метаболитов. Те же метаболические пути, которые позволяют расщеплять глюкозу до энергии, плохо работают в этой кислой среде. На первый взгляд кажется контрпродуктивным, что работающая мышца производит что-то, что замедляет ее способность к дополнительной работе. На самом деле это естественный защитный механизм организма; он предотвращает необратимые повреждения при экстремальных нагрузках, замедляя работу ключевых систем, необходимых для поддержания сокращения мышц.Как только тело замедляется, кислород становится доступным, а лактат снова превращается в пируват, что позволяет продолжить аэробный метаболизм и получить энергию для восстановления организма после напряженного события.

Вопреки распространенному мнению, накопление лактата или, как его часто называют, молочной кислоты не является причиной болезненных ощущений в мышцах в первые дни после физических упражнений. Скорее, производство лактата и других метаболитов во время экстремальных нагрузок приводит к жжению, которое часто ощущается в активных мышцах, хотя какие именно метаболиты задействованы, остается неясным.Это часто болезненное ощущение также заставляет нас перестать переутомлять тело, тем самым заставляя период восстановления, в течение которого организм очищает лактат и другие метаболиты.

Исследователи, изучавшие уровень лактата сразу после тренировки, обнаружили слабую корреляцию с уровнем болезненности мышц, ощущаемой через несколько дней. Эта отсроченная мышечная болезненность, или DOMS, как ее называют физиологи, иногда характеризуется сильной мышечной болезненностью, а также потерей силы и диапазона движений, обычно достигая пика через 24-72 часа после экстремальной физической нагрузки.

Хотя точная причина DOMS до сих пор неизвестна, большинство исследований указывает на фактическое повреждение мышечных клеток и повышенное высвобождение различных метаболитов в ткани, окружающие мышечные клетки. Эти реакции на экстремальные упражнения приводят к воспалительной реакции восстановления, что приводит к отеку и болезненности, которая достигает пика через день или два после события и проходит через несколько дней, в зависимости от серьезности повреждения. Фактически, тип мышечного сокращения, по-видимому, является ключевым фактором в развитии DOMS.Когда мышца удлиняется против нагрузки — представьте, что ваши согнутые руки пытаются поймать вес в тысячу фунтов — сокращение мышцы считается эксцентрическим. Другими словами, мышца активно сокращается, пытаясь сократить свою длину, но безуспешно. Было показано, что эти эксцентрические сокращения приводят к большему повреждению мышечных клеток, чем при типичных концентрических сокращениях, при которых мышца успешно укорачивается во время сокращения против нагрузки. Таким образом, упражнения, которые включают в себя множество эксцентрических сокращений, такие как бег под гору, приведут к очень тяжелому синдрому DOMS, даже без заметного жжения в мышцах во время упражнения.

Учитывая, что отсроченная мышечная болезненность в ответ на экстремальные упражнения настолько распространена, физиологи активно исследуют потенциальную роль противовоспалительных препаратов и других добавок в профилактике и лечении такой мышечной болезненности, но в настоящее время нет окончательных рекомендаций. . Хотя противовоспалительные препараты действительно уменьшают болезненность мышц — что хорошо, — они могут замедлить способность мышцы восстанавливать повреждение, что может иметь негативные последствия для функции мышц в течение нескольких недель после тяжелого события.

Как избавиться от молочной кислоты

Молочная кислота часто является результатом нормального обмена веществ. Кислород в крови необходим для преобразования глюкозы в энергию. Однако при недостатке кислорода организм расщепляет глюкозу без кислорода, в результате чего образуется молочная кислота.

Молочная кислота или лактат накапливается во многих тканях, включая мышцы, а затем попадает в кровоток. Организм может использовать небольшое количество лактата в качестве энергии.

Люди часто испытывают повышенный уровень молочной кислоты во время или после физических упражнений.Это называется гиперлактатемией, вызванной физической нагрузкой или связанной с ней.

Накопление молочной кислоты может вызывать болезненные ощущения или усталость в мышцах. Обычно печень расщепляет избыток лактата в крови.

Некоторые состояния здоровья могут увеличить выработку молочной кислоты или снизить способность организма выводить лактат из крови. Это может привести к более сильному накоплению лактата, которое врачи называют лактоацидозом.

В этой статье приведены советы по предотвращению и уменьшению гиперлактатемии, вызванной физической нагрузкой.Мы также обрисовываем другие причины накопления лактата и лактоацидоза.

Поделиться на Pinterest Обильное питье может помочь организму расщепить избыток молочной кислоты.

Накопление молочной кислоты в мышцах во время или после тренировки не опасно. На самом деле, некоторые эксперты считают, что это может быть полезно. В небольших количествах молочная кислота может:

  • помочь организму поглощать энергию
  • помочь организму сжигать калории
  • повысить уровень выносливости

Однако многие люди считают, что мышечные боли и судороги из-за накопления молочной кислоты отрицательно влияют на их тренировки .

Существует несколько способов предотвратить гиперлактатемию, вызванную физической нагрузкой, а именно:

Обильное питье

Поддержание гидратации организма во время упражнений дает ему наилучшие шансы расщепить избыток молочной кислоты. Люди могут поддерживать водный баланс, выпивая много воды.

Глубокий вдох

Организм начинает вырабатывать молочную кислоту, когда в нем мало кислорода, необходимого для преобразования глюкозы в энергию. Глубокое дыхание поможет доставить кислород к мышцам, тем самым замедляя выработку молочной кислоты.

Снижение интенсивности упражнений

Когда человек ощущает эффект накопления молочной кислоты, он может замедлиться и уменьшить интенсивность тренировки. Это позволит восстановить уровень кислорода в крови.

Растяжка после тренировки

Слегка растяжка мышц после тренировки может помочь облегчить ощущение жжения или судороги, которые могут вызвать накопление молочной кислоты.

В большинстве случаев накопление молочной кислоты — это безвредная реакция на физические нагрузки, которая проходит сама по себе.Как только организм использует полученный лактат для получения энергии, печень расщепляет излишки в крови.

В течение долгого времени эксперты считали, что молочная кислота является причиной отсроченной мышечной болезненности (DOMS) после упражнений. Однако эксперты больше не верят, что это так. Вместо этого теперь они говорят, что боль и скованность DOMS являются результатом микроскопического повреждения мышечных волокон.

DOMS чаще возникает в следующих ситуациях:

  • при запуске новой программы упражнений
  • изменении режима упражнений
  • увеличении продолжительности или интенсивности регулярной тренировки
Поделиться на Pinterest Человек с лактоацидозом может испытывать боль в живот, тошнота и сладкий запах изо рта.

Определенные состояния здоровья могут снизить уровень кислорода в крови, что приведет к увеличению выработки лактата. К этим состояниям относятся:

Кроме того, повреждение и заболевание печени могут повлиять на способность печени удалять лактат из крови. Это может привести к высокому уровню лактата в крови, который врачи называют гиперлактатемией.

В некоторых случаях гиперлактатемия может прогрессировать до лактоацидоза. Без лечения лактоацидоз может изменить баланс PH в крови человека. Это изменение может привести к серьезным осложнениям со здоровьем.

Симптомы, которые врачи связывают с лактоацидозом, включают:

Лактацидоз также является редким побочным эффектом некоторых лекарств от ВИЧ.

Всем, кто думает, что у них лактоацидоз или гиперлактатемия, не вызванная физическими упражнениями, следует немедленно обратиться к врачу.

Врач обычно проводит анализ крови, чтобы проверить уровень лактата в крови. В некоторых случаях они могут попросить человека не есть, не пить и не заниматься спортом в течение нескольких часов перед тестом.

Если тесты обнаруживают лактоацидоз, врач будет работать, чтобы диагностировать и лечить его первопричину.Лечение позволит организму избавиться от молочной кислоты обычным способом.

Организм вырабатывает молочную кислоту, когда в ней мало кислорода, необходимого для преобразования глюкозы в энергию. Накопление молочной кислоты может вызвать мышечные боли, судороги и мышечную усталость.

Эти симптомы типичны при физических нагрузках, и обычно не о чем беспокоиться, поскольку печень расщепляет избыток лактата.

Сохранение гидратации и глубокое дыхание во время упражнений может помочь предотвратить гиперлактатемию, вызванную физической нагрузкой.

Особые состояния здоровья могут увеличить риск развития гиперлактатемии и лактоацидоза. Без лечения лактоацидоз может привести к серьезным осложнениям для здоровья.

Молочная кислота | Мичиган Медицина

Обзор теста

Тест на молочную кислоту — это анализ крови, который измеряет уровень молочной кислоты, вырабатываемой в организме. Большая его часть производится мышечной тканью и эритроцитами. Когда уровень кислорода в организме нормальный, углеводы распадаются на воду и углекислый газ.Когда уровень кислорода низкий, углеводы расщепляются на энергию и вырабатывают молочную кислоту.

Уровень молочной кислоты повышается, когда физические нагрузки или другие состояния, такие как сердечная недостаточность, тяжелая инфекция (сепсис) или шок, снижают поток крови и кислорода по всему телу. Уровень молочной кислоты также может повышаться при серьезном повреждении или заболевании печени, поскольку печень обычно расщепляет молочную кислоту.

Очень высокий уровень молочной кислоты вызывает серьезное, иногда опасное для жизни состояние, называемое лактоацидозом.Лактоацидоз также может возникнуть у человека, который принимает метформин (глюкофаг) для контроля диабета, когда также присутствует сердечная или почечная недостаточность или тяжелая инфекция.

Тест на молочную кислоту обычно проводится на образце крови, взятом из вены руки, но его также можно провести на образце крови, взятом из артерии (газ артериальной крови).

Зачем это нужно

Тест на молочную кислоту делают:

  • Проверить на лактоацидоз. Симптомы лактоацидоза включают учащенное дыхание, чрезмерное потоотделение, прохладную и липкую кожу, сладкое дыхание, боль в животе, тошноту или рвоту, спутанность сознания и кому.
  • Проверьте, поступает ли в ткани необходимое количество кислорода.
  • Найдите причину повышенного содержания кислоты (низкого pH) в крови.

Как подготовиться

Чтобы подготовиться к тесту на молочную кислоту:

  • Не ешьте и не пейте ничего, кроме воды, за 8–10 часов до теста.
  • Не выполняйте упражнения за несколько часов до теста. Не сжимайте кулак, пока берется кровь для анализа на молочную кислоту.Эти действия могут изменить результаты.

Как это делается

Медицинский работник берет кровь:

  • Оберните эластичную ленту вокруг вашего плеча, чтобы остановить кровоток. Это увеличивает размер вены под лентой, что упрощает введение иглы в вену. Эластичную ленту нельзя использовать для теста на молочную кислоту, потому что повязка на мышце руки может вызвать ложное повышение уровня молочной кислоты.
  • Очистите место для иглы спиртом.
  • Введите иглу в вену. Может потребоваться более одной иглы.
  • Присоедините к игле трубку, чтобы наполнить ее кровью.
  • Снимите повязку с руки, когда наберется достаточно крови.
  • Поместите марлевую салфетку или ватный диск на место иглы, когда игла будет удалена.
  • Надавите на участок и наложите повязку.

Как это чувствуется

Образец крови берется из вены на руке.Плечо обернуто резинкой. Может ощущаться стеснение. Вы можете вообще ничего не чувствовать от иглы или можете почувствовать быстрое покалывание или защемление.

Риски

Очень мала вероятность возникновения проблемы из-за взятия пробы крови из вены.

  • На этом участке может образоваться небольшой синяк. Вы можете снизить вероятность образования синяков, если надавите на это место в течение нескольких минут.
  • В редких случаях после взятия пробы крови вена может опухнуть.Эта проблема называется флебитом. Для лечения этого состояния можно использовать теплый компресс несколько раз в день.

Результаты

Тест на молочную кислоту — это анализ крови, который измеряет уровень молочной кислоты, вырабатываемой в организме. Большая его часть производится мышечной тканью и эритроцитами.

Нормальный

Нормальные значения, перечисленные здесь, называемые эталонным диапазоном, являются лишь ориентировочными. Эти диапазоны варьируются от лаборатории к лаборатории, и ваша лаборатория может иметь другой диапазон от нормального.Отчет вашей лаборатории должен содержать диапазон, который использует ваша лаборатория. Кроме того, ваш врач оценит ваши результаты на основе вашего здоровья и других факторов. Это означает, что значение, выходящее за пределы нормальных значений, перечисленных здесь, может быть нормальным для вас или вашей лаборатории.

Результаты готовы за 1 день.

Высокие значения

Высокое число молочной кислоты означает лактоацидоз, который может быть вызван:

  • Сильная потеря воды из крови (обезвоживание).
  • Проблемы с кровью, например тяжелая анемия или лейкемия.
  • Заболевание или повреждение печени, которое не позволяет печени расщеплять молочную кислоту в крови.
  • Такие состояния, как сильное кровотечение, шок, тяжелая инфекция, сердечная недостаточность, блокировка кровотока в кишечнике, отравление угарным газом или тромбоэмболия легочной артерии, которые препятствуют поступлению достаточного количества кислорода в клетки организма.
  • Чрезвычайно напряженные упражнения или сильный перегрев.
  • Отравление спиртом (этанолом), древесным спиртом (метанолом) или антифризом (этиленгликоль).
  • Некоторые лекарства, такие как изониазид от туберкулеза или метформин (глюкофаг) от диабета. Лактоацидоз — это проблема для людей, которые принимают метформин для контроля своего диабета, особенно если у них плохая функция почек.

Что влияет на тест

Причины, по которым вы не сможете пройти тест или почему его результаты могут оказаться бесполезными, включают:

  • Прием больших доз лекарственного адреналина.
  • Прием лекарств, таких как изониазид от туберкулеза или метформин (глюкофаг) от диабета.
  • Использование большого количества ацетаминофена (например, тайленола) или алкоголя.
  • Тренировка перед этим тестом.
  • Сжимая кулак во время забора крови. Кроме того, уровень молочной кислоты может быть выше, если жгут находится на руке в течение длительного времени.

Что думать о

  • Результаты теста на молочную кислоту могут быть более точными, если кровь берется из артерии (газ артериальной крови), а не из вены.Чтобы узнать больше, см. Раздел «Газ артериальной крови».
  • Во время аэробных упражнений сердце и легкие снабжают организм достаточным количеством кислорода для получения энергии. Анаэробные упражнения используют больше кислорода, чем легкие и сердце могут поставлять организму, поэтому запас энергии меньше, что вызывает высокий уровень молочной кислоты в крови. Обычно анаэробные упражнения вынуждают человека замедлить или прекратить тренировку, потому что накопление молочной кислоты вызывает умеренные и сильные мышечные боли и жесткость мышц. Но некоторые высококвалифицированные спортсмены учатся переносить короткие периоды высокого уровня молочной кислоты.Во время аэробных упражнений воздух, которым вы дышите, содержит достаточно кислорода для нормального и полного использования сахара в крови для удовлетворения энергетических потребностей организма, а уровень молочной кислоты не повышается.
  • Молочная кислота может быть измерена в жидкостях, отличных от крови, например, в спинномозговой жидкости. Уровень молочной кислоты в жидкостях организма часто повышается при наличии инфекции. Количество молочной кислоты в спинномозговой жидкости можно измерить, чтобы определить, вызвана ли инфекция головного мозга бактериями или вирусом.

Список литературы

Цитаты

  1. Fischbach FT, Dunning MB III, ред.(2009). Руководство по лабораторным и диагностическим исследованиям , 8 изд. Филадельфия: Липпинкотт Уильямс и Уилкинс.

Консультации по другим работам

  • Chernecky CC, Berger BJ (2008). Лабораторные исследования и диагностические процедуры, 5-е изд. Сент-Луис: Сондерс.
  • Fischbach FT, Dunning MB III, ред. (2009). Руководство по лабораторным и диагностическим исследованиям, 8-е изд. Филадельфия: Липпинкотт Уильямс и Уилкинс.
  • Pagana KD, Pagana TJ (2010).Руководство Мосби по диагностическим и лабораторным исследованиям, 4-е изд. Сент-Луис: Мосби Эльзевьер.

Кредиты

Текущий по состоянию на: 23 сентября 2020 г.

Автор: Healthwise Staff
Медицинский обзор:
Э. Грегори Томпсон, врач внутренних болезней
Адам Хусни, доктор медицины, семейная медицина
Мартин Дж.Габица MD — Семейная медицина

По состоянию на: 23 сентября 2020 г.

Автор: Здоровый персонал

Медицинское обозрение: E. Грегори Томпсон, врач внутренних болезней и Адам Хусни, доктор медицины, семейная медицина и Мартин Дж. Габика, доктор медицины, семейная медицина

Fischbach FT, Dunning MB III, ред.(2009). Руководство по лабораторным и диагностическим исследованиям , 8 изд. Филадельфия: Липпинкотт Уильямс и Уилкинс.

Что такое молочная кислота и как от нее избавиться?


Понятие «молочная кислота», накапливающееся в наших мышцах, понимается неправильно, и первое, что нужно прояснить, — это терминология. Наше тело вырабатывает не «молочную кислоту», а вещество, называемое лактатом. Химическая природа этих двух веществ немного различается, и хотя эти термины нередко используются взаимозаменяемо, это, вероятно, технически неправильно.С учетом сказанного в этом блоге я буду использовать слово лактат.

Лактат — это неплохо, на самом деле это очень полезное вещество, которое можно использовать в качестве топлива для мышц, помогает снизить усталость и помогает предотвратить травмы. Чтобы понять лактат и его роль во время упражнений, нам нужно, во-первых, иметь базовое представление об энергетических системах, действующих в нашем теле.

Когда мы тренируем, нашим мышцам требуется больше энергии. Как правило, организм предпочитает использовать свою аэробную энергетическую систему, которая требует кислорода, поэтому, естественно, мы дышим быстрее, а частота сердечных сокращений увеличивается, что перекачивает больше крови к работающим мышцам, чтобы удовлетворить потребность в кислороде.

Во время более интенсивных упражнений организм может переключиться на анаэробную систему, при которой ваше тело расщепляет глюкозу для получения энергии. Лактат является одним из побочных продуктов этого процесса и фактически является источником топлива, которое может использоваться мышцами.

По мере того, как вы тренируетесь дольше, ваши мышцы становятся более кислыми, что приводит к усталости и снижению способности производить энергию. Это не вызвано лактатом; на самом деле лактат на самом деле служит для противодействия этому процессу, помогая поддерживать оптимальный pH, чтобы мышцы могли продолжать сокращаться.К сожалению, этот запас топлива относительно недолговечный, на этом этапе вы можете начать замечать ощущение жжения в мышцах. Я уверен, что многие из вас знакомы с «ожогом», когда он возникает во время последних нескольких повторений приседаний или последних 10 метров 100-метрового спринта, когда ваши мышцы переполняются непреодолимым чувством усталости и боли. Это ваш «лактатный порог», точка, в которой запасы лактата были использованы, и вы больше не можете производить энергию, необходимую для поддержания интенсивности упражнений.

У разных спортсменов разный порог лактата. Например, спортсмены на выносливость, которые прошли обширные тренировки, могут иметь повышенную аэробную способность. Их тренировки приводят к развитию большего количества мелких кровеносных сосудов, что может улучшить транспортировку кислорода к мышцам, что, в свою очередь, задерживает порог лактата во время упражнений, позволяя им дольше тренироваться с более высокой интенсивностью.

Эта вызванная лактатом боль, которая вызывает дискомфорт во время тренировки, обычно проходит в течение нескольких минут после прекращения интенсивных упражнений.
Вопреки распространенному мнению, лактат не ответственен за отсроченную послетренировочную мышечную болезненность, которая может появиться через день или два после большой тренировки. Вместо этого болезненность, которую вы испытываете на этом этапе, на самом деле вызвана микроразрывом мышечных волокон во время упражнений, что вызывает воспаление и болезненность, поскольку волокна восстанавливаются.

Человеческое тело удивительно сложно, и некоторые из обсуждаемых здесь процессов несколько сложны и трудны для понимания. Я думаю, что главный вывод заключается в том, что лактат — полезный источник энергии для организма, который, безусловно, не мешает спортивным результатам.Это происходит естественным образом, и мы не можем (и не должны хотеть) останавливать его продукт.

Если мы хотим повысить наш лактатный порог, вам просто нужно быть в хорошей физической форме, что означает регулярную физическую активность. Сохранение гидратации и сбалансированное питание, а также обеспечение адекватного восстановления также важны, но в конечном итоге все сводится к тому, насколько эффективны системы производства энергии в вашем организме.

Использование молочной кислоты в мышечных трубках человека и взаимодействие с метаболизмом глюкозы и жирных кислот

Abstract

Когда-то считалось, что это всего лишь отходы гликолитической активности анаэробов, теперь лактат признан источником энергии для скелетных мышц.Хотя метаболизм лактата широко изучен in vivo , лежащие в основе клеточные процессы плохо описаны. Это исследование было направлено на изучение метаболизма лактата в культивируемых мышечных трубках человека и изучение влияния воздействия лактата на метаболизм олеиновой кислоты и глюкозы. Метаболизм молочной кислоты, жирных кислот и глюкозы изучали в мышечных трубках с использованием [ 14 C (U)] молочной кислоты, [ 14 C] олеиновой кислоты и [ 14 C (U)] глюкозы, соответственно. Миотрубки экспрессируют транспортеры лактата MCT1, MCT2, MCT3 и MCT4, и было обнаружено, что молочная кислота является субстратом как для синтеза гликогена, так и для хранения липидов.Пируват и пальмитиновая кислота ингибировали окисление молочной кислоты, в то время как глюкоза и α-циано-4-гидроксикоричная кислота ингибировали поглощение молочной кислоты. Острое добавление молочной кислоты ингибировало окисление глюкозы и олеиновой кислоты, тогда как поглощение олеиновой кислоты увеличивалось. Предварительная обработка молочной кислотой в течение 24 часов не влияла на метаболизм глюкозы или олеиновой кислоты. При замене глюкозы на молочную кислоту в течение всего периода культивирования поглощение и окисление глюкозы увеличивалось в 2,8 и 3 раза соответственно, а окисление олеиновой кислоты увеличивалось 1.4-кратный. Таким образом, молочная кислота играет важную роль в энергетическом обмене мышечных трубок человека.

Введение

Лактат производится из глюкозы путем гликолиза и превращения пирувата лактатдегидрогеназой (ЛДГ). Когда-то считавшийся побочным продуктом анаэробного гликолиза, теперь считается, что лактат непрерывно образуется также в полностью аэробных условиях 1 . Основная функция лактата — служить предшественником глюконеогенеза в печени, но также и энергетическим субстратом для аэробного окисления через цикл лимонной кислоты (цикл TCA) во многих периферических тканях.В недавно опубликованном систематическом анализе потоков циркулирующих метаболитов у мышей было выявлено, что лактат является основным источником углерода для цикла TCA, демонстрируя, что вклад глюкозы в цикл TCA в большинстве тканей (кроме мозга) происходит через циркуляцию лактат 2 . Основным органом производства и использования лактата являются скелетные мышцы, особенно во время физических упражнений. Хотя значительный объем исследований был посвящен изучению метаболизма лактата в различных условиях in vivo 3 6 , лежащие в основе клеточные процессы все еще недостаточно хорошо описаны, и исследования в основном ограничиваются клеточными линиями 7 , 8 .Расширение знаний о клеточном метаболизме лактата, а также о его влиянии на использование топлива других энергетических субстратов в клетках скелетных мышц имеет важное значение, поскольку эти процессы будут влиять на энергетический гомеостаз всего тела.

В зависимости от уровня сократительной активности потребление энергии скелетными мышцами может значительно варьироваться, с примерно 1000-кратной разницей между отдыхом и максимальным сокращением 9 . Энергия, необходимая для клеточных функций, включая сокращение, обеспечивается гидролизом АТФ до АДФ и P i .Есть три основных механизма образования АТФ в скелетных мышцах; активность креатинкиназы, гликолиз и окислительное фосфорилирование митохондрий. Различные типы мышечных волокон различаются по своим метаболическим предпочтениям. Медленные мышцы (волокна типа I) зависят в основном от окислительного фосфорилирования, тогда как быстрые мышцы (волокна типа II) в основном обладают гликолитическим действием. Концентрации лактата в плазме быстро увеличиваются во время физических упражнений, и традиционная идея заключалась в том, что лактат — это продукт жизнедеятельности, который транспортируется в печень, почки или другие органы для очистки.Однако сейчас общепринято, что лактат также поглощается мышцами и окисляется 10 . Фактически, вклад мышц в общий клиренс лактата в организме является значительным во время упражнений 10 12 . Большая часть лактата (75–80%) удаляется непосредственно в ткани или высвобождается для обратного захвата рабочими мышцами 13 . Даже в мышцах в состоянии покоя, когда парциальное давление кислорода более чем достаточно для окислительного фосфорилирования, концентрации лактата и пирувата равны 1.0 мМ и 0,1 мМ соответственно 14 . После интенсивных упражнений, но все еще при давлении кислорода, достаточном для максимального митохондриального дыхания, соотношение концентраций лактата и пирувата может увеличиться до 500 раз 14 . Таким образом, гликолиз приводит к выработке лактата как в аэробных, так и в анаэробных условиях, поскольку константа равновесия ЛДГ сильно способствует выработке лактата 14 . Более низкая подача кислорода будет препятствовать окислительному фосфорилированию, и в этом случае производство лактата превысит скорость окислительного метаболизма пирувата, что приведет к более высоким концентрациям лактата.Хорошо описанный эффект упражнений на выносливость в скелетных мышцах — это увеличение содержания митохондрий, которые затем служат большим стоком для пирувата. Повышенная окислительная активность митохондрий требует более низких уровней стимуляторов (АДФ), а поскольку некоторые гликолитические ферменты активируются теми же стимуляторами, гликолиз будет снижен 14 . Таким образом, лактат всегда образуется в процессе гликолиза, но количество продуцируемого и транспортируемого из клетки зависит от нескольких факторов, таких как скорость гликолиза, активность окислительных ферментов, доступность кислорода и активность переносчиков лактата.

Транспорт лактата через плазматическую мембрану опосредуется протон-связанными монокарбоксилатными переносчиками (MCT), которые принадлежат к семейству генов SLC16 15 . Движущая сила транспорта лактата включает как трансмембранный градиент концентрации, так и локальную доступность протонов. Из 14 идентифицированных MCTs, MCT 1–4 являются наиболее охарактеризованными, играя важные метаболические роли в большинстве тканей, где MCT1 и MCT4 являются наиболее важными изоформами в скелетных мышцах 15 .Детальные молекулярные механизмы, участвующие в регуляции MCT, все еще неясны, но, вероятно, включают как транскрипционные, так и пост-транскрипционные регуляции. Важное значение имеет усиление экспрессии MCT1 в мышцах при физической нагрузке и экспрессии MCT4 при гипоксии, что подразумевает важную роль последнего переносчика в клетках, основанных на анаэробном гликолизе для производства энергии 16 . MCT1 имеет более высокое сродство к лактату, чем MCT4, и поэтому считается, что он играет более важную роль в поглощении лактата, тогда как MCT4, вероятно, больше подходит для экструзии лактата 17 .MCT1 был обнаружен преимущественно в окислительных мышцах, где он необходим лактату для проникновения в клетки и его окисления в качестве энергетического топлива 15 . В самом деле, экспрессия MCT1 в скелетных мышцах сильно связана с окислительной способностью и содержанием митохондрий 15 . MCT4 широко экспрессируется, особенно в тканях, которые зависят от гликолиза, даже когда кислород доступен (аэробный гликолиз) 15 , 18 , где он в основном служит для экспорта молочной кислоты.В скелетных мышцах MCT1 активируется упражнениями и хронической стимуляцией, и у хорошо тренированных субъектов содержание MCT1 выше, чем у менее тренированных субъектов, которые, как правило, экспрессируют больше MCT4 17 . Кроме того, 9-недельная физическая нагрузка на лиц, ведущих малоподвижный образ жизни, увеличила содержание митохондриального MCT1 в musculus broadus lateralis 19 . Сообщалось, что содержание белка MCT4 изменяется лишь изредка в ответ на физическую нагрузку 20 23 .С другой стороны, гипоксия является мощным стимулятором MCT4 (но не MCT1 или MCT2), и этот эффект опосредуется индуцируемым гипоксией фактором 1α (HIF-1α) 16 . Регуляция экспрессии MCT4 в нормоксических условиях не выяснена. MCT2 и MCT3 менее изучены, но MCT2 присутствует в скелетных мышцах и в основном участвует в импорте лактата 24 . MCT3 наименее описан из четырех транспортеров, экспрессия которых ограничена пигментным эпителием сетчатки и сосудистым сплетением 16 .Сообщалось о более высоком содержании MCT3 в быстро сокращающихся гликолитических и быстро сокращающихся окислительных, чем в медленно сокращающихся мышечных волокнах 25 . В отличие от MCT2, MCT3 в основном способствует оттоку лактата 25 .

Предпочтение энергетических субстратов в скелетных мышцах варьируется, и во время состояния питания повышенная доступность глюкозы в плазме стимулирует окисление глюкозы и синтез жирных кислот, тогда как окисление жирных кислот увеличивается как во время голодания, так и при длительных физических нагрузках 26 , 27 .Однако, когда интенсивность упражнений увеличивается, предпочтение в отношении топлива смещается с жирных кислот на метаболизм глюкозы 28 , 29 . Считается, что способность переключаться между энергетическими субстратами является характеристикой здоровых мышечных трубок человека. Адаптивность относится к способности клеток увеличивать окисление жирных кислот с увеличением доступности жирных кислот. Подавляемость относится к подавляющему эффекту, который резко добавленная глюкоза оказывает на окисление жирных кислот. Соответственно, метаболическая негибкость определяется как потеря способности легко переключаться с окисления жирных кислот во время голодания на окисление глюкозы в постпрандиальном состоянии 30 , а также связана с ожирением и диабетом 2 типа 30 , 31 .Было показано, что переключение метаболизма может быть внутренней характеристикой клеток скелетных мышц человека 32 , и мы показали в других исследованиях, что метаболическое переключение мышечных трубок человека может быть изменено путем изменения внеклеточной среды 33 36 . Роль лактата в метаболическом переключении клеток скелетных мышц, насколько нам известно, не описана.

Целью настоящей работы было изучение метаболизма лактата в культивируемых мышечных трубках человека.Была исследована способность мышечных трубок человека использовать лактат в качестве источника энергии, а также в качестве субстрата для хранения гликогена и внутриклеточных липидов. Кроме того, было изучено влияние острого и хронического воздействия лактата на метаболизм двух других основных энергетических субстратов в клетках скелетных мышц человека, олеиновой кислоты и глюкозы.

Результаты

Лактат как энергетический субстрат для мышечных трубок

Внеклеточно добавленный лактат должен транспортироваться в мышечные клетки, чтобы функционировать как энергетический субстрат.Уровни экспрессии двух основных переносчиков молочной кислоты в скелетных мышцах, MCT1 ( SLC16A1 ) и MCT4 ( SLC16A4 ), были изучены в полностью дифференцированных мышечных трубках, выращенных в стандартной среде дифференцировки (5,5 мМ глюкоза) на обеих мРНК (рис.). и уровень белка (рис.). Два других транспортера, MCT2 и MCT3, были изучены на уровне белка (рис.). Уровень экспрессии мРНК MCT4 ( SLC16A4 ) был снижен в клетках, обработанных 4 мМ молочной кислоты (рис.), в то время как уровни белка других MCT не были затронуты через 24 часа предварительной обработки молочной кислотой, за исключением MCT2, который был снижен в клетках. обработанные 10 мМ молочной кислоты (рис.).

мРНК и экспрессия белков транспортеров лактата. Клетки-сателлиты культивировали и дифференцировали в мышечные трубки. Их держали в нормальной среде для дифференцировки (базальная, 5,5 мМ глюкозы) или подвергали воздействию молочной кислоты (4 мМ или 10 мМ, заменяя глюкозу) в течение 24 часов до выделения общей клеточной РНК и содержания белка. ( a ) экспрессия мРНК SLC16A1 (MCT1) и SLC16A4 (MCT4). Все значения были скорректированы на кислый рибосомный фосфопротеин P0 гена домашнего хозяйства ( RPLP0 ) и представлены как средние значения ± стандартная ошибка среднего относительно базального уровня (n = 5).( b , c ) Белковая экспрессия MCT1-4. ( b ) Один репрезентативный иммуноблот. ( c ) Количественные иммуноблоты относительно базального. Все значения были скорректированы для домашнего контроля α-тубулина, и данные представлены как средние значения ± стандартная ошибка среднего относительно базального уровня (n = 5). Разделительные линии очерчивают кляксы из разных гелей. Образцы получены из одного и того же эксперимента, и все блоты обрабатывались параллельно. Полноразмерные блоты представлены на дополнительном рисунке 1 .* Статистически значимо по сравнению с базовым ( p <0,05, парный t-критерий Стьюдента).

Далее метаболизм лактата изучали путем инкубации мышечных трубок с [ 14 C] молочной кислотой (1 мкКи / мл, 100 мкМ) в течение 4 часов (рис.). Молочная кислота явно поглощалась клетками (11,7 ± 5,3 нмоль / мг белка) (рис.), И 45 ± 4% (5,3 ± 2,6 нмоль / мг белка) поглощенного количества полностью окислялись до CO 2 (Рис. ). Инсулин (100 нМ) не стимулировал поглощение или окисление молочной кислоты (рис.соответственно), а цитохалазин B (10 мкМ) не ингибировал поглощение молочной кислоты (данные не показаны). Однако поглощение молочной кислоты снижалось в присутствии 5 мМ глюкозы (рис.), А окисление снижалось при резком добавлении 5 мМ пирувата (рис.). Пальмитиновая кислота (PA, 100 мкМ) также уменьшала окисление молочной кислоты (рис.), Тогда как олеиновая кислота (OA, 100 мкМ) не влияла ни на поглощение, ни на окисление (рис., Соответственно). Ингибитор монокарбоксилата α-циано-4-гидроксикоричная кислота (CHC, 1 мкг / мл) ингибировала поглощение молочной кислоты до 54 ± 10% от базального поглощения (рис.).

Метаболизм лактата в мышечных трубках человека и эффекты инсулина, других энергетических субстратов и ингибитора переносчиков монокарбоксилатов. Метаболизм молочной кислоты в мышечных трубках человека и влияние резко добавленного инсулина (100 нМ), глюкозы (5 мМ), пирувата (5 мМ), олеиновой кислоты (ОА, 100 мкМ), пальмитиновой кислоты (PA, 100 мкМ) или α- циано-4-гидроксикоричная кислота (CHC, 1 мкг / мл). Миотрубки инкубировали с [ 14 C (U)] молочной кислотой (1 мкКи / мл, 100 мкМ) в течение 4 часов. ( a ) Поглощение молочной кислоты оценивали как сумму окисленной [ 14 C] молочной кислоты (CO 2 ) и оставшейся радиоактивности, связанной с клеточной радиоактивностью (CA).Базальное абсолютное значение, представляющее 100% (среднее ± SEM): 11,7 ± 5,3 нмоль / мг белка. (b ) Окисленная [ 14 C] молочная кислота (CO 2 ) улавливалась фильтром и подсчитывалась жидкостной сцинтилляцией. Базальное абсолютное значение, представляющее 100% (среднее ± SEM): 5,3 ± 2,6 нмоль / мг белка. Все данные представлены как средние значения ± стандартная ошибка среднего по отношению к базовым (n = 4–6). * Статистически значимо по сравнению с базовым ( p <0,05, парный тест Стьюдента t ).

Было обнаружено, что молочная кислота не только поглощается и окисляется, но и является субстратом для синтеза гликогена в мышечных трубках человека (рис.), а инсулин увеличивал включение молочной кислоты в гликоген у четырех из шести доноров клеток (рис.).

Синтез гликогена из [ 14 C] молочной кислоты. Миотрубки инкубировали с [ 14 C (U)] молочной кислотой (1 мкКи / мл, 20 мМ) в последние 24 часа периода дифференцировки. Синтез гликогена измеряли как включение [ 14 C (U)] молочной кислоты в гликоген в присутствии или отсутствии 100 нМ инсулина в течение 3 часов. Все значения представлены как средние значения ± стандартная ошибка среднего (n = 6).* Статистически значимо по сравнению с базовым ( p <0,05, парный тест Стьюдента t ).

Молочная кислота также включалась в клеточные липиды (рис.) С общим содержанием липидов 57,9 ± 29,5 нмоль / мг белка. Включение в фосфолипиды (PL) составляло примерно 70% от общего содержания липидов (рис.). Диацилглицерин (DAG) и триацилглицерин (TAG) составляли примерно 10% и 20% от общего содержания липидов соответственно (рис.), Тогда как как свободные жирные кислоты (FFA), так и холестериловый эфир (CE) составляли примерно 2% от общего количества липидов. содержание (рис.). После гидролиза ТАГ и ДАГ 90% включенной молочной кислоты было извлечено в водной (глицерин) фазе, тогда как 10% было извлечено в органической (жирные кислоты) фазе (данные не показаны).

Включение молочной кислоты в клеточные липиды. Миотрубки инкубировали с [ 14 C (U)] молочной кислотой (1 мкКи / мл, 20 мМ) в течение последних 24 часов периода дифференцировки перед тем, как общие липиды клеток были извлечены и разделены с помощью тонкослойной хроматографии. Включение в клеточные липиды, рассчитанное как% от общего содержания липидов (57.9 ± 29,5 нмоль / мг белка). Данные представлены как среднее значение ± стандартная ошибка среднего (n = 3). PL, фосфолипиды; ДАГ, диацилглицерин; FFA, свободные жирные кислоты; ТАГ, триацилглицерин; CE, сложный эфир холестерина. * Статистически значимо по сравнению с базовым ( p <0,05, парный тест Стьюдента t ).

Влияние лактата на метаболизм глюкозы и олеиновой кислоты

Острые эффекты воздействия лактата

Острое добавление молочной кислоты (4 ч) не повлияло на поглощение глюкозы (рис.), Тогда как окисление глюкозы снижалось, когда молочная кислота снижалась. добавляли в наивысшей концентрации (10 мМ, рис.). Однако резко добавленная молочная кислота не влияла на фракционное окисление глюкозы (рис.). Молочная кислота увеличивает поглощение олеиновой кислоты (рис.), Тогда как окисление олеиновой кислоты заметно снижается (рис.), Вызывая снижение фракционного окисления олеиновой кислоты при всех концентрациях (рис.).

Метаболизм глюкозы и олеиновой кислоты после быстрого добавления молочной кислоты в различных концентрациях. Метаболизм глюкозы и олеиновой кислоты изучали с использованием [ 14 C (U)] глюкозы (1 мкКи / мл, 200 мкМ) и [ 14 C] олеиновой кислоты (OA, 1 мкКи / мл, 100 мкМ) в течение 4 часов. соответственно, в присутствии или отсутствии (базальном уровне) молочной кислоты (2, 4, 6 или 10 мМ).Поглощение оценивали как сумму окисленной молочной кислоты (захваченный CO 2 ) и оставшейся радиоактивности, связанной с клетками (CA). Окисление измеряли как CO 2 , уловленного фильтром, и подсчитывали с помощью жидкостной сцинтилляции. Фракционное окисление рассчитывали как CO 2 / (CO 2 + CA). ( a ) Поглощение глюкозы. Базальное абсолютное значение, представляющее 100% (среднее ± SEM): 120,9 ± 44,3 нмоль / мг белка. ( b ) Окисление глюкозы. Базальное абсолютное значение, представляющее 100% (среднее ± SEM): 95.9 ± 39,5 нмоль / мг белка. ( c ) Фракционное окисление глюкозы. ( d ) Поглощение олеиновой кислоты (OA). Базальное абсолютное значение, представляющее 100% (среднее ± SEM): 164,7 ± 47,1 нмоль / мг белка. ( e ) Окисление ОА. Базальное абсолютное значение, представляющее 100% (среднее ± SEM): 38,3 ± 14,0 нмоль / мг белка. Все данные представлены как средние значения ± стандартная ошибка среднего по отношению к базовому (n = 3). * Статистически значимо по сравнению с базовым ( p <0,05, парный t-критерий Стьюдента).

Хронические эффекты воздействия лактата

Хроническое воздействие молочной кислоты (5 мМ в течение 24 часов) по сравнению с хроническим воздействием той же концентрации глюкозы выявило тенденцию к увеличению поглощения глюкозы (рис.), тогда как метаболизм олеиновой кислоты не изменился (рис.). Кроме того, экспрессия белков переносчика глюкозы GLUT4, а также маркеров типа волокон MHCI (волокна типа I) и MHCIIa (волокна типа II) не подвергалась воздействию молочной кислоты (4 мМ или 10 мМ) в течение 24 часов (рис.) .

Метаболизм глюкозы и олеиновой кислоты, экспрессия белков GLUT4, MHCI и MHCIIa после инкубации с молочной кислотой в течение 24 часов. Миотрубки подвергали воздействию 5 мМ молочной кислоты или стандартной среды, содержащей глюкозу (базальная, 5.5 мМ) за последние 24 ч периода дифференцировки. ( a ) Поглощение и окисление [ 14 C (U)] глюкозы (1 мкКи / мл, 200 мкМ) в течение 4 часов. ( b ) Поглощение и окисление [ 14 C] олеиновой кислоты (OA, 1 мкКи / мл, 100 мкМ) в течение 4 часов. Окисление измеряли как CO 2 , уловленного фильтром, и подсчитывали с помощью жидкостной сцинтилляции. Поглощение оценивали как сумму окисленной (захваченной CO 2 ) глюкозы или олеиновой кислоты и оставшейся радиоактивности, связанной с клетками (CA).Данные представлены как средние значения ± стандартная ошибка среднего по отношению к базовому (n = 3). ( c , d ) Экспрессия белков GLUT4, MHCI и MHCIIa оценивается с помощью иммуноблоттинга. ( c ) Один репрезентативный иммуноблот. ( d ) Количественные иммуноблоты относительно базального. Все значения были скорректированы для домашнего контроля α-тубулина, и данные представлены как средние значения ± стандартная ошибка среднего относительно базального уровня (n = 5). Разделительные линии очерчивают кляксы из разных гелей. Образцы получены из одного и того же эксперимента, и все блоты обрабатывались параллельно.Полноразмерные блоты представлены на дополнительном рисунке 6 .

Эффекты длительного воздействия лактата

При увеличении времени воздействия путем замены глюкозы молочной кислотой в течение всего периода пролиферации и дифференцировки; как поглощение глюкозы (рис.), так и окисление (рис.) были увеличены. Поглощение олеиновой кислоты (рис.) Не изменилось, но окисление усилилось (рис.). Эффект молочной кислоты был сопоставим с полным удалением глюкозы (0 мМ глюкозы, рис.). Замена глюкозы молочной кислотой только в период дифференцировки (7 дней) не влияла на метаболизм олеиновой кислоты (данные не показаны).

Метаболизм глюкозы и олеиновой кислоты после культивирования мышечных трубок в клеточной среде, где глюкоза была заменена молочной кислотой или удалена. Миотрубки культивировали в обычных клеточных средах (базальная, 5,5 мМ глюкоза), клеточных средах, не содержащих глюкозы (0 мМ глюкозы), или клеточных средах, где глюкоза была заменена молочной кислотой (5 мМ) в течение всего периода пролиферации и дифференцировки.Окисление измеряли как CO 2 , уловленного фильтром, и подсчитывали с помощью жидкостной сцинтилляции. Поглощение оценивали как сумму окисленной (захваченный CO 2 ) молочной кислоты и оставшейся радиоактивности, связанной с клетками (CA). ( a , b ) Поглощение и окисление [ 14 C (U)] глюкозы (1 мкКи / мл, 200 мкМ). ( c , d ) Поглощение и окисление [ 14 C] олеиновой кислоты (OA, 1 мкКи / мл, 100 мкМ). Абсолютные значения (средние значения ± SEM), представляющие 100%: поглощение глюкозы; 16.7 ± 2,6 нмоль / мг белка, окисление глюкозы; 8,3 ± 0,8 нмоль / мг белка, поглощение олеиновой кислоты (ОА); 77,8 ± 12,9 нмоль / мг окисления белков и олеиновой кислоты (ОА); 7,1 ± 1,8 нмоль / мг белка. Данные представлены как средние значения ± стандартная ошибка среднего по отношению к базовому (n = 11). * Статистически значимо по сравнению с базовым ( p < 0,05, парный t-критерий Стьюдента).

Для дальнейшего изучения основных механизмов в условиях, когда глюкоза была заменена молочной кислотой в течение всего периода культивирования, мы изучили экспрессию мРНК и белков нескольких факторов, вовлеченных в метаболические процессы в скелетных мышцах (рис.). По сравнению с клетками, выращенными в среде, содержащей глюкозу, экспрессия мРНК переносчиков глюкозы и жирных кислот, члена 4 семейства растворенных носителей 2, GLUT4 и CD36 , соответственно, была снижена в клетках, культивируемых в среде, содержащей лактат ( Рис. ). С другой стороны, карнитин-пальмитоилтрансфераза 1B ( CPT1B ) и цитохром c1 ( CYC1 ), участвующие в транспорте жирных кислот через митохондриальную мембрану и функции митохондрий, соответственно, были увеличены в культивируемых лактатом клетках (рис.). Уровни экспрессии мРНК ANGPTL4 , мощного ингибитора активности липопротеинлипазы, индуцируемой натощак рецепторами, активируемыми пролифератором пероксисом (PPAR) 37 , CPT1A и ингибитором киназы PDK 4 пируватдегидрогеназы (9) комплекса пируватдегидрогеназы, не изменились в клетках, культивируемых в присутствии лактата (рис.). Белковая экспрессия комплекса V цепи переноса электронов (субъединица АТФ-синтазы α) также увеличивалась в присутствии молочной кислоты (рис.).

экспрессии мРНК и белков факторов, участвующих в регуляции метаболизма в мышечных трубках, культивируемых в среде, содержащей молочную кислоту. Миотрубки культивировали в стандартных клеточных средах (базальная, 5,5 мМ глюкоза) или клеточных средах, где глюкоза была заменена молочной кислотой (5 мМ) в течение всего периода пролиферации и дифференцировки. После завершения дифференцировки выделяли общую клеточную РНК и содержание белка. ( a ) экспрессия мРНК молекулы CD36 ( CD36 ), члена 4 семейства растворенных носителей 2 ( GLUT4 ), ангиопоэтин-подобного 4 ( ANGPTL4 ), киназы 4 пируватдегидрогеназы ( PDK4 пальмито), карнито-пальмито 1 ( CPT1A и B) и цитохром c1 ( CYC1 ).Все значения были скорректированы для домашнего контроля RPLP0 и представлены как средние значения ± стандартная ошибка среднего относительно базального (n = 5). ( b , c ) Экспрессия белков, участвующих в фосфорилировании митохондрий, OXPHOS (субъединица комплекса I NDUFB8, субъединица комплекса II, субъединица комплекса III ядро ​​2, комплекс IV субъединица II и комплекс V (субъединица АТФ-синтазы α)). ( b ) Один репрезентативный иммуноблот. ( c ) Количественные иммуноблоты, нормализованные по глюкозе. Все значения были скорректированы для домашнего контроля α-тубулина, нормализованы по глюкозе, и данные представлены как средние значения ± стандартная ошибка среднего относительно базального уровня (n = 5).Разделительные линии очерчивают кляксы из разных гелей. Образцы получены из одного и того же эксперимента, и все блоты обрабатывались параллельно. Полноразмерные блоты представлены на дополнительном рисунке 8 . * Статистически значимо по сравнению с базовым ( p < 0,05, парный тест Стьюдента t ).

Несмотря на наблюдаемые изменения в метаболизме как глюкозы, так и жирных кислот, метаболическая гибкость мышечных трубок, выращенных и дифференцированных в среде, содержащей молочную кислоту, не отличалась от клеток, выращенных в стандартной среде, содержащей глюкозу, что оценивается как подавление глюкозой олеиновой кислоты. окисление (подавляемость) и способность увеличивать окисление олеиновой кислоты с увеличением концентрации олеиновой кислоты (адаптивность) (данные не показаны).

Обсуждение

Целью настоящего исследования было изучить способность культивируемых мышечных трубок человека использовать лактат в качестве источника топлива, а также изучить влияние лактата на метаболизм двух других основных энергетических субстратов, глюкозы и олеиновой кислоты. . Лактат больше не рассматривается только как побочный продукт гликолиза из-за гипоксии, но также является важным фактором клеточного метаболизма и обмена веществ в организме. Глюкоза и жирные кислоты являются двумя наиболее важными источниками топлива для скелетных мышц.Кроме того, скелетные мышцы являются крупнейшим производителем лактата. Таким образом, пролить свет на влияние лактата на клеточный метаболизм глюкозы и жирных кислот в клетках скелетных мышц представляет особый интерес для понимания энергетического баланса всего тела и, насколько нам известно, не было досконально изучено. Нашим основным открытием было то, что изолированные клетки скелетных мышц человека обладают способностью метаболизировать лактат с точки зрения поглощения, окисления и хранения не только в форме гликогена, но и в виде внутриклеточных липидов.Кроме того, длительное воздействие молочной кислоты увеличивает метаболизм глюкозы и окисление олеиновой кислоты. Эти данные сопровождались повышенными уровнями экспрессии мРНК CPT1B и CYC1 , а также более высокой экспрессией белка комплекса V (субъединица АТФ-синтазы α) митохондриальной дыхательной цепи, что свидетельствует об общем улучшении митохондриальной функции миотрубок, подвергшихся воздействию молочная кислота в течение длительного периода.

Способность клеток поглощать внеклеточно добавленный лактат была впервые подтверждена путем демонстрации экспрессии транспортеров монокарбоксилата, ответственных за транспорт лактата в скелетных мышцах, MCT1 и MCT4, как на уровне мРНК, так и на уровне белка, и MCT2 и MCT3 на уровне белка.Недавно на клетках C2C12 было показано, что лактат 16 мМ индуцировал увеличение уровней экспрессии мРНК как SLC16A1, (MCT1), так и SLC16A4 (MCT4), но с разным временем пика индукции, что свидетельствует о различной динамике экспрессии два транспортера при стимуляции лактата 38 . Мы наблюдали более низкую экспрессию мРНК SLC16A4 в клетках, предварительно обработанных 4 мМ молочной кислоты в течение 24 часов, но не 10 мМ молочной кислоты. Концентрация лактата может достигать 10–20 мМ в кровотоке 39 , 40 или даже 40 мМ в скелетных мышцах после интенсивных анаэробных упражнений у людей, что, как было показано, увеличивает экспрессию обоих транспортеров лактата 41 .В другом исследовании in vivo сообщалось о прогрессирующем снижении уровней экспрессии мРНК как MCT1, так и MCT4 в течение 9–72 часов после одного упражнения. 42 . Интересно, что в том же исследовании содержание белка MCT1 было выше через 24–72 часа по сравнению с 9 часами после тренировки, в то время как MCT4 оставался неизменным 42 , что предполагает посттранскрипционные модификации. Экспрессия белков и мРНК может иметь различную кинетику, что подчеркивает важность временных точек при взятии биопсии после тренировки или сбора клеток для интерпретации адаптивных ответов.Наше открытие пониженного уровня мРНК MCT4 при 4 мМ молочной кислоты подтверждает результаты in vivo , и в настоящем исследовании выделение как белка, так и РНК было выполнено сразу после окончания обработки молочной кислотой. Тот факт, что наблюдаемое снижение экспрессии мРНК SLC16A4 при 4 мМ молочной кислоты не наблюдалось при увеличении концентрации до 10 мМ, является несколько неожиданным. Однако было показано, что MCT4 активируется in vitro посредством пути индуцируемого гипоксией фактора-1α, и предполагается, что гипоксия во время упражнений вызывает временные всплески мРНК MCT4 с последующим снижением содержания мРНК 43 .Таким образом, ранее сообщалось о расхождениях между уровнями мРНК и белка, а также о несоответствиях в отношении эффектов упражнений in vivo , что свидетельствует о сложной динамике и посттранскрипционных модификациях, которые еще предстоит описать. Концентрации, использованные в этом исследовании, находились в диапазоне 2–10 мМ, и в этих условиях не наблюдалось различий в экспрессии мРНК SLC16A1 или экспрессии белков MCT1 или MCT4. Как упоминалось во введении, MCT1 преимущественно обнаруживается в окислительных волокнах, тогда как MCT4 более распространен в гликолитических волокнах 19 , 44 .Культивированные человеческие миотрубки обычно ограничены в том, что касается отражения типа волокна мышцы, из которой они изолированы, и имеют тенденцию в основном экспрессировать маркеры типа волокна быстрых гликолитических волокон 45 . Также было показано, что коактиватор гамма рецептора, активированного пролифератором пероксисом, -1α (PGC-1α) является сильным индуктором как экспрессии MCT1 (но не MCT2 и MCT4), так и поглощения молочной кислоты мышцами 46 . Экспрессия PGC-1α, который является регулятором окислительной митохондриальной функции, индуцированным сокращением, снижена в культивируемых мышечных трубках человека 47 .Низкая экспрессия PGC-1α может частично объяснить отсутствие увеличения экспрессии белка MCT1 в нашем исследовании. Мы также обнаружили, что как MCT2, так и MCT3 экспрессируются в культивируемых мышечных трубках человека. Интересно, что уровень белка MCT2 был снижен в мышечных трубках, подвергшихся воздействию самой высокой концентрации молочной кислоты (10 мМ). Приспосабливается ли MCT2 к хронически повышенной мышечной активности, до сих пор не определено, хотя в одном исследовании сообщалось, что он не регулируется PGC-1α и не изменяется в ответ на сокращения 46 .MCT2 экспрессируется в скелетных мышцах и в первую очередь участвует в импорте молочной кислоты с более высоким сродством как к молочной кислоте, так и к пирувату, чем MCT1 46 . Это делает его подходящим переносчиком в тканях, потребляющих большое количество молочной кислоты в качестве топлива. Несмотря на это, экспрессия MCT2, по-видимому, не коррелирует с окислительной способностью различных мышц и не более распространена в окислительных мышцах, в отличие от MCT1 46 . Механизмы регуляции MCT2 также не выяснены.MCT3, который еще менее описан, также экспрессировался в мышечных трубках в настоящем исследовании, но на экспрессию белка этого транспорта не влияли различные концентрации молочной кислоты. Сообщалось о более высоком содержании MCT3 в быстро сокращающихся гликолитических и быстро сокращающихся окислительных, чем в медленно сокращающихся мышечных волокнах, и, по-видимому, он участвует в оттоке молочной кислоты 25 . Важно иметь в виду, что in vivo , большинство мышц содержат смесь как преимущественно гликолитических, так и преимущественно окислительных мышечных волокон, и доля каждого типа волокон будет зависеть от многих факторов, от генетики до того, использует ли эта конкретная мышца высокие концентрации. интенсивные упражнения (гликолитические) или упражнения на выносливость (окислительные).Таким образом, как экспрессия, так и регуляция MCT, вероятно, тесно связаны с конкретной мышцей и ее метаболической активностью.

Тот факт, что все четыре транспортера экспрессировались в клетках, предполагает, что культивируемые мышечные трубки должны быть способны транспортировать лактат через мембраны. Это было подтверждено исследованиями потока меченого лактата, который, как было показано, поглощается клетками, и примерно 45% дополнительно окисляется до CO 2. Это соответствует результатам in vivo , где он был показали, что мышечные волокна могут поглощать лактат для последующего метаболического использования лактата внутримышечно 48 , 49 .Окислительные мышечные волокна преимущественно окисляют лактат, тогда как гликолитические волокна в основном превращают лактат в гликоген 50 53 . Вероятный путь внутриклеточного удаления лактата включает преобразование в пируват с последующим вступлением в цикл Кребса 54 . Мы также показываем, что лактат не только окисляется, но и может быть включен и сохранен в виде гликогена. Это соответствует исследованиям in vivo, ; гликонеогенез из лактата наблюдался в мышцах человека 55 .Исследования на мышцах крысы показали как глицеронеогенез, так и гликонеогенез из лактата, и было обнаружено, что обратный поток пирувата в фосфоенолпируват является распространенным путем 56 . Действительно, во время физических упражнений лактат является наиболее важным предшественником глюконеогенеза у человека, как и во время голодания 57 .

Далее мы показали, что лактат может быть включен в сложные внутриклеточные липиды. Чен и др. . показали, что лактат метаболизируется до липидов в культивируемых клетках HeLa и клетках рака легких человека h560 58 и Jin et al .в исследованиях на мышцах крыс показал, что молочная кислота может превращаться в глицерин 56 . Также сообщалось, что лактат в физиологических концентрациях может вызывать накопление триглицеридов в адипоцитах как у людей, так и у мышей и крыс 59 , а недавно в клетках C2C12 была продемонстрирована дозозависимая индукция содержания триглицеридов, вызванная лактатом при концентрациях 16 мМ и 20 мМ 38 . Насколько нам известно, включение лактата в липиды никогда ранее не наблюдалось в клетках скелетных мышц человека.В то время как большая часть молочной кислоты была включена в фосфолипиды в настоящем исследовании, разделение на ТАГ также было значительным. Из молочной кислоты, включенной в DAG и TAG, 90% было извлечено в водной (глицерин) фазе, тогда как 10% было извлечено в органической (жирная кислота) фазе.

Мы также обнаружили, что пируват снижает как поглощение, так и окисление молочной кислоты, как и следовало ожидать от метаболита пирувата. Было также обнаружено, что глюкоза снижает как поглощение, так и окисление лактата, что согласуется с сообщениями о мышечных трубках человека, которые обладают высокой гликолитической способностью при выращивании в присутствии глюкозы 60 , в дополнение к низкой митохондриальной окислительной способности, напоминающей быструю (гликолитическую). мышечные волокна 61 .Зависимость культивируемых мышечных трубок человека от глюкозы как полезного топлива также демонстрируется нашими наблюдениями, что для подавления окисления глюкозы необходимы более высокие концентрации резко добавленного лактата, чем окисление олеиновой кислоты (10 мМ против 4 мМ, соответственно). Пальмитиновая кислота также вызвала снижение окисления лактата. Ингибитор транспорта монокарбоновых кислот CHC, как и ожидалось, вызывал снижение поглощения лактата. Инсулин не влиял на метаболизм лактата, а цитохалазин B не ингибировал поглощение лактата, подразумевая механизм захвата, независимый от транслокации переносчиков.

Острое добавление лактата (4 часа) подавляло метаболизм как глюкозы, так и олеиновой кислоты, что согласуется с предыдущим исследованием, в котором повышение уровня лактата в плазме было связано со снижением содержания свободных жирных кислот в плазме, антилиполитическим действием на жировую ткань и ингибирующим действием. влияние на окисление мышечного жира 54 . С другой стороны, хроническое лечение (24 часа) 5 мМ молочной кислоты не оказало влияния ни на метаболизм глюкозы, ни на метаболизм олеиновой кислоты; он также не влиял на экспрессию переносчика глюкозы GLUT4 .В этих клетках глюкозу в культуральной среде заменяли лактатом той же концентрации (5 мМ) в течение 24 часов до сбора клеток, но не во время эксперимента. Следовательно, возможными объяснениями отсутствия эффектов могут быть слишком короткая предварительная обработка и отсутствие лактата в течение 4-х часового курса эксперимента.

Чтобы увеличить время воздействия лактата, клетки подвергали воздействию либо лактата, либо глюкозы в течение всего периода культивирования. В этих условиях как поглощение глюкозы, так и ее окисление были увеличены, тогда как окисление олеиновой кислоты увеличивалось без соответствующего влияния на поглощение.Таким образом, заменяя глюкозу лактатом на весь период культивирования, мы вызывали усиление окислительного метаболизма клеток, что в основном отражалось в увеличении метаболизма глюкозы. Основываясь на этих результатах, можно предположить, что лактат вынуждает клетки к состоянию энергетической депривации и, таким образом, увеличивает окислительную способность клеток, поскольку уровни метаболизма были примерно такими же, как после культивирования в среде, не содержащей глюкозы.

Чтобы пролить свет на механизмы, лежащие в основе наблюдаемых эффектов, мы изучили уровни экспрессии белков и мРНК нескольких метаболически важных факторов.По сравнению с клетками, выращенными в среде, содержащей глюкозу, экспрессия мРНК переносчиков глюкозы и жирных кислот, GLUT4 и CD36 , соответственно, была снижена в клетках, культивируемых в присутствии молочной кислоты. С другой стороны, экспрессия двух важных маркеров митохондриальной функции и окисления жирных кислот, CYC1 и CPT1B , соответственно, увеличивалась после длительного воздействия лактата, как и экспрессия белка комплекса V (субъединица АТФ-синтазы α). митохондриальной дыхательной цепи.Эти данные в целом подтверждают функциональные результаты и предполагают повышенный транспорт жирных кислот через внутреннюю митохондриальную мембрану, улучшенную функцию митохондрий и создание более окислительной модели клеток в целом. Однако снижение уровня GLUT4 контрастировало с наблюдаемым увеличением поглощения глюкозы, но это наблюдение, вероятно, можно объяснить в целом низкой экспрессией GLUT4 в клетках скелетных мышц в vitro 62 и тем фактом, что что базальное поглощение глюкозы может в основном опосредоваться другими переносчиками глюкозы (GLUT1 и 3) в первичных мышечных трубках человека 63 , 64 .Расхождения между уровнями GLUT4 и потреблением глюкозы также сообщалось ранее 47 .

Ранее мы наблюдали ремоделирование метаболизма окислительной энергии путем замены глюкозы галактозой в качестве источника углеводов во время роста и дифференцировки 65 . В целом миотрубки стали более окислительными и, по-видимому, утилизируют глюкозу лучше, чем олеиновую кислоту, что, как мы предположили, подразумевает улучшенное переключение метаболизма 65 .Однако в настоящем исследовании ни один из параметров метаболического переключения не был затронут в клетках, которые культивировались в условиях, когда глюкоза была заменена лактатом. Таким образом, хотя замена глюкозы лактатом имела положительный эффект как на олеиновую кислоту, так и на окисление глюкозы, метаболическая гибкость клеток не пострадала.

В заключение, культивируемые клетки скелетных мышц человека способны поглощать, окислять и накапливать лактат в виде сложных липидов и гликогена. Кроме того, мы обнаружили, что воздействие лактата влияет на метаболизм глюкозы и олеиновой кислоты в культивируемых мышечных трубках человека, и это влияние, по-видимому, связано с продолжительностью воздействия лактата.Эти данные свидетельствуют о важной роли лактата в энергетическом метаболизме клеток скелетных мышц человека.

Материалы и методы

Материалы

Среда Игла, модифицированная Дульбекко (DMEM-Glutamax ™) с низким содержанием глюкозы, DMEM без глюкозы, фетальная бычья сыворотка (FBS), пируват натрия, фосфатно-солевой буфер Дульбекко (DPBS) без Mg 2+ и Ca 2+ , пенициллин / стрептомицин (10000 IE / мл), амфотерицин B и трипсин-EDTA были от Gibco Invitrogen (Gibco, Life Technologies, Пейсли, Великобритания).Ultroser G был от Pall (Cergy-Saint-Christophe, Франция), а инсулин (Actrapid ® Penfill ® 100 IE / мл) был от Novo Nordisk (Bagvaerd, Дания). SkBM-kit (SkGM) и фосфатно-солевой буфер BioWhittaker ® (PBS) были от Lonza (Wakersville, MD, США). Промокательная бумага VWR ® Grade 703 была получена от VWR (Пул, Великобритания). Бычий сывороточный альбумин (BSA, практически не содержит жирных кислот), L-карнитин, D-глюкоза, олеиновая кислота (OA, 18: 1, n-9), пальмитиновая кислота (PA, 16: 0), молочная кислота натрия, трипановый синий 0.4% раствор, HEPES, ДМСО, L-глутамин, гентамицин, цитохалазин B, α-циано-4-гидроксициннамат (CHC), ингибитор протеазы, ингибитор фосфатазы II, β-меркаптоэтанол и раствор Ponceau S были от Sigma-Aldrich (St . Луис, Миссури, США). D- [ 14 C (U)] глюкоза (2,9 мКи / ммоль), [1- 14 C] олеиновая кислота (53 мКи / ммоль и 56,3 мКи / ммоль) и L- [ 14 C (U )] молочная кислота (118,4 мКи / ммоль и 150,6 мКи / ммоль) была предоставлена ​​PerkinElmer ® (Бостон, Массачусетс, США). [ 14 C (U)] глюкоза (10 мКи / ммоль) была от American Radiolabeled Chemicals, Inc.(Сент-Луис, Миссури, США). 96-луночные планшеты для культивирования тканей Corning ® CellBIND ® были от (Schiphol-Rijk, Нидерланды). Unifilter ® -96 GF / B, 96-луночный Isoplate ® , OptiPhase Supermix и прозрачная пленка TopSeal ® -A были от PerkinElmer (Шелтон, Коннектикут, США). Колбы для обработки клеточных культур Nunc ™ с фильтрующими крышками, планшеты Nunc ™ 96-MicroWell ™, реагенты набора для обратной транскрипции TaqMan, набор для обратной транскрипции кДНК высокой емкости, праймеры для ПЦР TaqMan, 96-луночный оптический реакционный планшет MicroAmp ® , MicroAmp Оптическая адгезивная пленка ® и мастер-смесь для ПЦР Power SYBR ® Green были получены от ThermoFisher Scientific (Роскилле, Дания).Пластины для глицерина, трис-HCl и тонкослойной хроматографии были от Merck (Дармштадт, Германия). Нитроцеллюлозная блоттинговая мембрана Amersham ™ Protran ™ Premium 0,45 мкм для NC была получена от Amersham ™ (GE Healthcare, Эсбьерг, Дания). Концентрат красителя для анализа белка Bio Rad, субстрат Clarity ™ Western ECL, трис / глициновый буфер, трис / глицин / SDS буфер, SDS, твин 20, бром-фениловый синий, конъюгат козьих анти-кроличьих IgG (H + L) -HRP ( 170–6515), вторичное антитело козьего антитела против мышиного IgG (H + L) -HRP (170–6516) и гели Mini-Protean ® TGX ™ (4–20%) были получены от Bio-Rad ( Копенгаген, Дания).Антитела против GLUT4 (sc-53566) 66 , MCT1 (H-1) (sc-365501) 67 и MCT4 (G-7) 68 (sc-376465) были получены от Санта-Крус-Биотехнология (Санта-Крус, Калифорния, США). Антитело против MHCI (MAB1628) 69 было от Millipore (Темекула, Калифорния, США). Общее человеческое антитело OXPHOS (ab110411) 65 и антитела против MCT2 (ab129290) 70 и SLC16A8 (ab60333) 70 были получены от Abcam (Кембридж, Великобритания).Антитела против MHCIIa (3403) 71 и α-тубулина (2144) 72 были получены от Cell Signaling Technology Inc. (Беверли, Массачусетс, США). QIAshredder и RNeasy Plus Mini Kit были от QIAGEN (Венло, Нидерланды).

Заявление об этике

Биопсии были получены с информированного письменного согласия и одобрения Регионального комитета по этике медицинских и медицинских исследований Юго-Востока, Осло, Норвегия (номер ссылки: S-04133). Исследование соответствовало Хельсинкской декларации.

Культуры клеток скелетных мышц человека

Сателлитные клетки выделяли, как описано ранее 73 из musculus obliquus internus abdominis худых, здоровых добровольцев. Донорам было 40,3 (± 3,7) лет, индекс массы тела 23,6 (± 0,8) кг / м 2 , уровень глюкозы натощак 5,1 (± 0,2) мМ, инсулин, липиды плазмы и артериальное давление в пределах нормы, в семейном анамнезе диабет отсутствовал. . Клетки культивировали в среде DMEM-Glutamax (5,5 мМ глюкоза) с 2% FCS, 2% Ultroser G, HEPES, пенициллин / стрептомицин, гентамицин и амфотерицин B до слияния 70–80%.Затем индуцировали дифференцировку миобластов в мышечные трубки, меняя среду на DMEM-Glutamax (5,5 мМ глюкоза) с 2% FCS, 25 пМ инсулина, пенициллина / стрептомицина, гентамицина и амфотерицина B. Эксперименты проводили через 7-8 дней дифференцировки. В процессе культивирования мышечные клетки инкубировали в увлажненной атмосфере с 5% CO 2 при 37 ° C, и среду меняли каждые 2-3 дня. Рост и дифференцировка клеток в среде, содержащей молочную кислоту, осуществляли путем добавления DMEM-Glutamax без глюкозы, 5 мМ L-глутамина, 5 мМ молочной кислоты, 2% FCS, 2% Ultroser G, пенициллина / стрептомицина, гентамицина и амфотерицина B. на следующий день после посева.При примерно 70-80% слияния среду заменяли на DMEM без глюкозы, 5 мМ глутамина, 5 мМ молочной кислоты, 2% FCS, 25 мкМ инсулина, пенициллина / стрептомицина, гентамицина и амфотерицина B. Для сравнения клетки также были выращены в обычных средах для культивирования и дифференцировки (DMEM-Glutamax, 5,5 мМ глюкоза) без молочной кислоты.

Обработка лактатом

Различные концентрации лактата использовались для целей конкретных экспериментов в настоящем исследовании. Первоначально способность мышечных трубок поглощать и окислять лактат оценивали с использованием L- [ 14 C (U)] молочной кислоты (1 мкКи / мл, 100 мкМ).Чтобы проверить экспрессию белка и мРНК двух транспортеров лактата, MCT1 и MCT4 (репрезентативные гены SLC16A1 и SLC16A4 , соответственно), мышечные трубки обрабатывали 4 мМ или 10 мМ лактатом в течение 24 часов. Способность хранить лактат в виде гликогена и внутриклеточных липидов определяли с использованием L- [ 14 C (U)] молочной кислоты (1 мкКи / мл, 20 мМ) в течение 24 часов. Концентрация 20 мМ была выбрана на основании предыдущих исследований по изучению включения лактата в триглицериды и гликоген 8 , 51 .

Чтобы исследовать влияние воздействия лактата на метаболизм глюкозы и олеиновой кислоты, мы различались между острым, хроническим и длительным лечением лактатом. При острой терапии (4 часа) мышечные трубки подвергались воздействию возрастающих концентраций лактата (2 мМ, 4 мМ, 6 мМ и 20 мМ), охватывая диапазон концентраций от физиологических уровней до уровней, наблюдаемых после физических упражнений in vivo 74 , 75 . При хроническом лечении лактатом глюкоза в культуральной среде заменялась таким же количеством лактата (5 мМ) в течение 24 часов.Наконец, длительное воздействие определяли как состояние, при котором глюкоза в культуральной среде была полностью заменена той же концентрацией лактата (5 мМ) в течение всего периода пролиферации и дифференцировки.

Анализ окисления субстрата

Клетки скелетных мышц (7000 клеток / лунку) культивировали на 96-луночных микропланшетах CellBIND ® . Субстрат, D- [ 14 C (U)] глюкоза (1 мкКи / мл), [1- 14 C] олеиновая кислота (1 мкКи / мл) или L- [ 14 C (U)] молочная кислоты (1 мкКи / мл), вводили в течение 4 часов CO 2 улавливание, как описано ранее 76 .Субстраты добавляли в DPBS с 10 мМ HEPES, 10 мкМ BSA и 1 мМ L-карнитином (L-карнитин добавляли только с олеиновой кислотой). Олеиновая кислота связывалась с БСА в соотношении 2,5: 1 (это корректировалось в субстратной среде). 96-луночный микропланшет UniFilter ® , пропитанный NaOH (1 M), был установлен наверху планшета CellBIND ® , и продуцированный CO 2 улавливался в течение 4 часов инкубации при 37 ° C. Продукция CO 2 измерялась в присутствии или отсутствии различных соединений: инсулина (100 нМ), глюкозы (5 мМ), олеиновой кислоты (100 мкМ), пальмитиновой кислоты (100 мкМ), пирувата (5 мМ), цитохалазина B. (10 мкМ) или CHC (1 мкг / мл).Продукция CO 2 и клеточно-ассоциированная (CA) радиоактивность оценивали с использованием сцинтилляционного счетчика PerkinElmer 2450 MicroBeta 2 . Содержание белка в каждой лунке определяли с помощью анализа белка Bio-Rad с использованием VICTOR ™ X 4 Multilabel Plate Reader, как описано ранее 77 . Сумма 14 CO 2 и CA считалась общим поглощением субстрата. Фракционное полное окисление рассчитывали как CO 2 / (CO 2 + CA).

Параметры метаболической гибкости

Подавляемость — это способность клеток снижать окисление олеиновой кислоты за счет резко добавленной глюкозы, и рассчитывается как [1 — (окисление 100 мкМ ОА при 5 мМ глюкозы / окисление 100 мкМ ОА без глюкозы. добавлено) × 100%] 33 . Адаптивность — это способность увеличивать окисление олеиновой кислоты с увеличением концентрации олеиновой кислоты и рассчитывается как [окисление 100 мкМ ОА / окисление 5 мкМ ОА] 33 .

Распределение липидов

Миотрубки инкубировали с L- [ 14 C (U)] молочной кислотой (1 мкКи / мл, 20 мМ) в течение 24 часов. Затем миотрубки дважды промывали PBS и собирали с 200 мкл 0,1% SDS. Клеточные липиды экстрагировали, как описано ранее 78 , из гомогенизированных клеточных фракций, разделяли с помощью тонкослойной хроматографии (ТСХ) и количественно оценивали с помощью жидкостной сцинтилляции (Tri-Carb 1900, PerkinElmer). Смесь неполярных растворителей гексан: диэтиловый эфир: уксусная кислота (65: 35: 1) использовали для разделения липидов.Количество липидов зависело от общей концентрации клеточного белка. Омыление общих липидов проводили, как описано в 79 с небольшими модификациями. Клеточный общий липидный экстракт из DAG и TAG, соответственно, сушили и растворяли в 0,75 мл 30% КОН и нагревали при 70 ° C в течение 10 мин. Затем добавляли равный объем 95% этанола и смесь нагревали при 70 ° C в течение 2 часов. После охлаждения водную фракцию подкисляли по каплям 3 М HCl и трижды экстрагировали 2 мл петролейного эфира.Органическую фракцию упаривали, повторно растворяли в 1 мл легкого петролеума, переносили в сцинтилляционные пробирки и количественно определяли как ацильную фракцию с использованием сцинтилляционного счетчика Tri-Carb. Оставшаяся водная фракция содержала глицериловую фракцию; Отбирали аликвоту 0,5 мл этого образца и измеряли радиоактивность с помощью сцинтилляционного счетчика TriCarb.

Синтез гликогена

Миотрубки подвергали воздействию среды для дифференцировки с добавлением L- [ 14 C (U)] молочной кислоты (1 мкКи / мл, 20 мМ) в течение 24 часов до начала анализа.В начале анализа мышечные трубки подвергались воздействию бессывороточной среды DMEM с добавлением L- [ 14 C (U)] молочной кислоты (1 мкКи / мл, 20 мМ) в присутствии или в отсутствие 100 нМ инсулина (Actrapid ® ). Penfill 100 IE / мл) в течение 3 часов для измерения синтеза гликогена. Клетки дважды промывали PBS и собирали в 1 М КОН. Содержание белка определяли с использованием набора Pierce BCA Protein Assay Kit перед добавлением к образцам 20 мг / мл гликогена и большего количества КОН (конечная концентрация 4 М). Затем измеряли L- [ 14 C (U)] молочной кислоты, включенной в гликоген, как описано ранее 33 .

Иммуноблоттинг

Миотрубки культивировали в 6-луночных планшетах, и две параллельные лунки каждого донора обрабатывали либо 4 мМ, либо 10 мМ молочной кислоты. Образцы для иммуноблоттинга собирали в буфере Лэммли, аликвоты 15 мкг клеточного белка разделяли электрофоретически с помощью SDS-PAGE (готовые гели Bio-Rad 4-20% Mini Protean ® TGX ™ с трис / глициновым буфером) и переносили в нитроцеллюлозу. мембраны. Мембраны инкубировали с антителами против GLUT4 (1: 200), MCT1 (1: 200), MCT4 (1: 200), MHCI (1: 10000), MHCIIa (1: 1000) и комплексов OXPHOS (1: 500). с ночевкой.Иммунореактивные полосы визуализировали с помощью набора Bio-Rad ImmunStar ™ WesternC ™, детектировали с помощью системы Bio-Rad Chemidoc ™ XRS + и количественно оценивали с помощью программного обеспечения Image Lab (версия 4.0). Все образцы были получены одновременно и обработаны параллельно. Уровни экспрессии нормализовали к одному образцу, используемому в качестве контроля нагрузки, и далее нормализовали к контрольному эндогенному α-тубулину (1: 1000).

Выделение РНК и анализ экспрессии генов с помощью qPCR.

Клетки скелетных мышц человека промывали, трипсинизировали и осаждали перед выделением общей РНК с использованием набора QIAGEN RNeasy Plus Mini Kit в соответствии с протоколом поставщика.Тотальную РНК подвергали обратной транскрипции (25 ° C в течение 10 минут, 37 ° C в течение 80 минут, 85 ° C в течение 5 минут) с помощью набора для обратной транскрипции кДНК высокой емкости и реагентов для обратной транскрипции TaqMan с использованием термоциклера 2720. Праймеры были сконструированы с использованием Primer Express ® , а количественная ПЦР в реальном времени была проведена с использованием системы StepOnePlus Real-Time PCR. Каждую цель количественно оценивали в трех экземплярах и проводили в реакционном объеме 25 мкл в соответствии с протоколом поставщика. Все анализы были выполнены в течение 44 циклов (95 ° C в течение 15 секунд, затем 60 ° C в течение 60 секунд).Уровни транскрипции были нормализованы к кислому рибосомному фосфопротеину P0 гена домашнего хозяйства ( RPLP0 , в соответствии с номером {«type»: «entrez-нуклеотид», «attrs»: {«text»: «M17885», «term_id»: «1

», «term_text»: «M17885»}} M17885). Ген «домашнего хозяйства» глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа (

GAPDH , acc.no. {«type»: «entrez-nucleotide», «attrs»: {«text»: «NM_002046», «term_id»: «1519316078», «term_text»: «NM_002046»}} NM_002046) также был проанализирован; не было различий между нормализацией для RPLP0 или GAPDH .Следующие прямой и обратный праймеры были использованы в концентрации 30 мкМ: ANGPTL4 (в соответствии с номером {«type»: «entrez-нуклеотид», «attrs»: {«text»: «NM_139314», «term_id»: «1519244475», «term_text»: «NM_139314»}} NM_139314), CD36 (номер соотв. {«Type»: «entrez-нуклеотид», «attrs»: {«text»: «L06850», «term_id «:» 180116 «,» term_text «:» L06850 «}} L06850), CPT1A (номер соотв. {» Type «:» entrez-nucleotide «,» attrs «: {» text «:» L39211 «, «term_id»: «755645», «term_text»: «L39211»}} L39211), CPT1B (в соотв.нет. D1852C12) и CYC1 (номер соотв. {«Type»: «entrez-нуклеотид», «attrs»: {«text»: «NM_001916», «term_id»: «1519314548», «term_text»: «NM_001916» }} NM_001916), GAPDH , GLUT4 (номер соотв. {«Type»: «entrez-nucleotide», «attrs»: {«text»: «M20747», «term_id»: «186552», » term_text «:» M20747 «}} M20747), PDK4 (в соответствии с номером {» type «:» entrez-nucleotide «,» attrs «: {» text «:» BC040239 «,» term_id «:» 25955470 » , «term_text»: «BC040239»}} BC040239), RPLP0, SLC16A1 (номер соотв. {«type»: «entrez-nucleotide», «attrs»: {«text»: «NM_003051», «term_id» : «1755823594», «term_text»: «NM_003051»}} NM_003051, представляющий MCT1) и SLC16A4 (в соотв.нет. {«type»: «entrez-нуклеотид», «attrs»: {«text»: «NM_004696», «term_id»: «1519242752», «term_text»: «NM_004696»}} NM_004696, представляющий MCT4).

Статистика

Данные представлены как средние значения ± стандартная ошибка среднего в нмоль / мг белка или как процент от контроля. Значение n представляет количество разных доноров, каждый из которых имеет как минимум повторяющиеся наблюдения. Статистическое сравнение между различными видами лечения было выполнено с помощью t-критерия Стьюдента с использованием GraphPad Prism 6 для Windows. Интересующий параметр был введен как зависимая переменная, а предварительная обработка (молочная кислота или отсутствие глюкозы) и лечение неотложной помощи были введены как фиксированные переменные.Различия считались статистически значимыми при значении p <0,05.

Мифы о молочной кислоте — PodiumRunner

Все, что вас учили о молочной кислоте, неверно.

Автор: Мэтт Фицджеральд

О молочной кислоте существует множество мифов. Возможно, величайшим из всех является представление о том, что в человеческом теле есть молочная кислота. Нет. Тело на самом деле производит лактат, который представляет собой молочную кислоту за вычетом одного протона.

Разница между молочной кислотой и лактатом для всех практических целей семантическая. Но другие распространенные представления о молочной кислоте (или, как я буду правильно называть ее с этого момента, о лактате) настолько же ошибочны, насколько ошибочны. Большинство триатлонистов считают, что лактат является конечным продуктом анаэробного метаболизма мышц, который вызывает локальную мышечную усталость за счет повышения кислотности тканей до точки, при которой они больше не могут эффективно функционировать. Фактически, теперь мы знаем, что лактат является промежуточным звеном между анаэробным и аэробным метаболизмом мышц, который служит как прямым, так и косвенным топливом для сокращения мышц, а задерживает усталость несколькими способами.

Наше новое понимание природы и функции лактата интересно всем спортсменам, которым интересно, как устроено человеческое тело. Но имеет ли это какое-то практическое значение? Предлагает ли новая наука о лактате иной подход к тренировкам, чем старая наука? Я бы предположил, что это требует тонкой настройки стандартного подхода к тренировкам на выносливость, но не требует серьезного пересмотра. Однако прежде чем мы перейдем к этому, давайте подробнее рассмотрим, как классические представления о лактате были разоблачены как мифы и заменены почти противоположным объяснением.

Классическое объяснение содержания лактата в упражнениях восходит к 1920-м годам, когда исследователи показали, что воздействие на лягушачьи лапки высоких уровней молочной кислоты (не лактата) нарушает способность мышц сокращаться в ответ на электрическую стимуляцию. Более поздние исследования показали, что лактат образуется в результате анаэробного гликолиза или расщепления молекул глюкозы или гликогена для получения энергии без помощи кислорода. Затем был сделан вывод, что утомляемость возникает при высокой интенсивности упражнений, потому что сердечно-сосудистая система больше не может снабжать мышцы достаточным количеством кислорода, чтобы соответствовать требованиям мышечной энергии, что приводит к увеличению зависимости от анаэробного гликолиза и, следовательно, накопления лактата.

Как именно накопление лактата вызвало утомление мышц? Биохимики считали, что лактат образуется в организме в результате удаления протона из молочной кислоты. Когда протоны накапливаются в живых тканях, эти ткани становятся более кислыми. А когда мышцы становятся слишком кислыми, они теряют способность сокращаться.

Это аккуратное маленькое объяснение начало распутываться в 1977 году, когда южноафриканский биохимик Виланд Геверс показал, что реакция с образованием лактата на самом деле потребляет пар свободных протонов, тем самым замедляя мышечный ацидоз, а не способствуя его развитию.Гораздо позже ученые наблюдали, что, хотя протоны действительно накапливаются в мышцах во время высокоинтенсивных упражнений, увеличивая кислотность мышц, эти протоны образуются в результате реакции, которая полностью отличается от реакции, производящей лактат.

Что еще хуже для сторонников классической гипотезы лактата, теперь мы знаем не только то, что лактат не вызывает мышечный ацидоз, но также и то, что мышцы никогда не достигают уровня кислотности, который напрямую вызвал бы дисфункцию (или усталость) мышц. волокна в любом случае.Нормальный pH тела в состоянии покоя составляет примерно 7,4. Во время интенсивных упражнений, когда мышцы становятся более кислыми, pH может упасть до 7,0 в момент истощения. Однако, когда мышечные клетки электрически стимулируются вне тела, механический отказ происходит только тогда, когда pH падает до 6,8. Это наблюдение предполагает, что усталость всегда наступает до того, как произойдет катастрофическая потеря кислотно-щелочного гомеостаза в мышцах.

Более того, исследования, проведенные в течение последнего десятилетия, показали, что лактат противодействует другой причине мышечной усталости при высоких нагрузках, а именно деполяризации.Сокращения мышц стимулируются электрическими токами, которые проходят по всему телу через минералы, включая натрий и калий. Каждое сокращение мышечной клетки включает в себя молниеносный обмен, в котором молекулы калия внутри мышечной клетки и молекулы натрия вне мышечной клетки меняются местами. Эти обмены наиболее эффективны, когда существует высокая степень поляризации (разница в силе электрического заряда) между пространствами внутри и снаружи ячеек. В начале упражнений высокой интенсивности внутренняя часть мышечной клетки имеет гораздо более сильный положительный заряд, чем область за пределами мышечной клетки.Эта разница в силе заряда позволяет натрию и калию легко пересекать клеточную мембрану. Во время длительной высокоинтенсивной активности калий высвобождается из мышечных клеток быстрее, чем он может быть направлен обратно через специальные калиевые насосы в клеточной мембране. Возникающее в результате накопление калия за пределами мышечных клеток вызывает постепенное уменьшение разницы в силе заряда между внутриклеточным и межклеточным пространствами, следовательно, более слабые и менее эффективные сокращения мышц (т.е. усталость).

В настоящее время исследователи в этой области широко признают, что деполяризация мышечных клеток является гораздо более серьезной причиной мышечной усталости, чем мышечный ацидоз. Какое место здесь занимает лактат? В серии исследований, начатой ​​в 2001 году, Оле Нильсен из Орхусского университета, Дания, показал, что высокий уровень лактата частично восстанавливает функцию мышечных клеток в деполяризованном состоянии. Следовательно, если ваши мышцы не вырабатывают большое количество лактата во время высокоинтенсивных упражнений, ваши мышцы на самом деле устают намного быстрее.

На этом история не заканчивается. В новом научном понимании лактата, возможно, наиболее важная роль лактата во время упражнений заключается не в отсрочке утомления, вызванного мышечным ацидозом или деполяризацией мышечных клеток, а в том, чтобы служить прямым и косвенным топливом для мышечных сокращений. Совершенно верно: вещество, которое когда-то считалось бесполезным побочным продуктом анаэробного гликолиза, оказалось одним из важнейших источников энергии для высокоинтенсивной мышечной активности.

Наши знания о лактате как топливе для мышц в значительной степени являются результатом работы одного человека: Джорджа Брукса из Калифорнийского университета в Беркли. Брукс заинтересовался лактатом в 1960-х, когда его тренер по легкой атлетике в Куинс-колледже сказал ему, что молочная кислота была причиной жжения и потери работоспособности, которые он испытывал при интенсивном беге. Брукс получил докторскую степень в области физиологии упражнений и сделал изучение лактата делом своей жизни.

Брукс начал подозревать, что классическая теория лактата абсолютно неверна, когда в одном раннем эксперименте он дал крысам радиоактивную молочную кислоту (чтобы он мог ее отследить) и обнаружил, что их тела используют ее быстрее, чем любой другой источник энергии.Затем он приступил к выяснению того, как используется лактат. Результатом этого процесса стало открытие лактатного челнока (теперь известного как внеклеточный лактатный челнок). Лактат — это высокомобильное соединение, которое легко проникает через стенки мышечных клеток, производящих его, в кровоток. Оттуда лактат течет к другим мышцам (особенно мышцам в состоянии покоя и мышцам, работающим с меньшей интенсивностью) и другим органам — особенно сердцу, печени и мозгу — и используется в качестве топлива. Лактат, который достигает печени, даже превращается обратно в глюкозу и отправляется обратно в самые напряженные мышцы, чтобы восполнить сокращающиеся запасы топлива.

Когда Брукс опубликовал свое первое исследование лактатного челнока в середине 1980-х, он не предлагал, чтобы какой-либо орган использовал лактат в качестве прямого источника энергии. Хотя его предложение о том, что широкое использование лактата в качестве косвенного источника энергии во время упражнений было радикально новым, Брукс изначально не оспаривал идею о том, что человеческий организм не способен напрямую окислять лактат для высвобождения энергии. Вместо этого он придерживался всеобщего убеждения, что лактат должен быть преобразован в пируват, прежде чем кислород сможет сделать с ним что-нибудь полезное.Но втайне Брукс подозревал, что некоторые типы клеток, включая мышечные, могут расщеплять лактат аэробно, и за последние несколько лет он окончательно доказал, что это действительно так.

First Brooks показал, что тренировки на выносливость уменьшают количество лактата, попадающего в кровоток, не влияя на количество лактата, вырабатываемого мышечными клетками — веское косвенное доказательство того, что лактат каким-то образом используется внутри клетки. Фактически, до 75 процентов лактата, вырабатываемого любой мышечной клеткой, никогда не покидают ее.Затем, в 2006 году, Брукс смог всматриваться в конфокальный микроскоп и практически увидеть аэробный метаболизм лактата в митохондриях, внутриклеточном участке аэробного метаболизма. Собравшись вместе, он увидел белки-переносчики, которые доставляют лактат в митохондрии, ферменты, которые катализируют первую стадию распада лактата, и белковый комплекс, в котором кислород используется для завершения процесса высвобождения энергии. Дымящийся пистолет, если он вообще был!

Трудно переоценить масштабы этого открытия.Джордж Брукс показал, что существует прямая связь между аэробным и анаэробным метаболизмом. Фактически, то, что ранее считалось анаэробным метаболизмом, на самом деле является неполным аэробным метаболизмом. Во время упражнений средней интенсивности большая часть углеводов, которые расщепляются для получения энергии, перерабатывается аэробно и не производит лактат. Но при высокой интенсивности второй путь — путь лактата — усиливается, давая мышце два параллельных пути для высвобождения энергии аэробно с очень высокой скоростью, чтобы не отставать от энергетических потребностей мышц.По этому второму пути гликоген или глюкоза расщепляются на лактат без кислорода, а затем лактат расщепляется на углекислый газ и воду с кислородом.

Ручей еще не построен. Его последнее исследование посвящено роли лактата в передаче сигналов клетками. Это предполагает, что высокие уровни внутриклеточного лактата, возникающие во время интенсивных упражнений, стимулируют некоторые полезные приспособления к физической форме, которые происходят в ответ на такие тренировки. В частности, высокие концентрации лактата вызывают выработку свободных радикалов, которые «активируют» различные гены.Некоторые из этих генов управляют биогенезом митохондрий. Таким образом, внутриклеточное накопление лактата во время интенсивных упражнений стимулирует мышечную клетку производить больше митохондрий, тем самым повышая ее способность сжигать лактат (и другие виды топлива) в будущих тренировках.

Если бы мне пришлось объединить всю предшествующую науку в один результат, это было бы так: согласно классической теории лактата, одним из наивысших приоритетов тренировок было уменьшение количества лактата, вырабатываемого организмом при более высоких нагрузках. чтобы спортсмен мог участвовать в гонках быстрее, не утомляясь из-за высокого уровня лактата.Согласно новой теории лактата, одним из высших приоритетов тренировок является повышение способности организма использовать лактат во время упражнений высокой интенсивности, чтобы спортсмен мог быстрее бегать.

Итак, какое практическое значение имеет эта смена с точки зрения того, как мы тренируемся? По правде говоря, не очень, потому что современные методы тренировок, которые используют наиболее информированные триатлонисты, были разработаны методом слепых проб и ошибок, а не были созданы сознательно, чтобы соответствовать ныне дискредитированным представлениям о лактате.

Тем не менее, на протяжении многих лет тренеры, заботящиеся о лактате, советовали спортсменам строго ограничивать количество тренировок, которые они проводят, выше порога лактата, потому что большое количество лактата, вырабатываемое во время таких тренировок, очень тяжело влияет на организм. Обоснование этой широко принимаемой осторожности исчезло. Безусловно, остается верным, что физиологическая напряженность упражнений возрастает экспоненциально, как и их интенсивность, так что количество тренировок, с которыми может справиться тело, обратно пропорционально их интенсивности.Но дело не в лактате. И интенсивность лактатного порога не так уж и высока. У обычного тренированного триатлета это соответствует максимальной скорости плавания, езды на велосипеде или бега, которую можно поддерживать в течение одного часа. Есть много возможностей, чтобы тренироваться быстрее, не утомляя себя.

Кроме того, как мы видели, высокий уровень лактата не только не вызывает стресса для организма, но и запускает некоторые из наиболее важных адаптаций мышц, повышающих производительность. Возможно, вы не сможете справиться с большим объемом тренировок, превышающим порог лактата (опять же, по причинам, не имеющим ничего общего с лактатом), но новая наука о лактате предполагает, что вам, тем не менее, следует часто заниматься этим.Многие триатлонисты дожидаются фазы соревнований, чтобы ввести сверхпороговую тренировку в свои режимы велотренажера и бега (плавание, как всегда, другое дело. Тренировки в этой дисциплине полностью основаны на высокоинтенсивной интервальной работе). Было бы лучше проводить небольшое количество сверхпороговых тренировок на протяжении всего тренировочного цикла, с наибольшим объемом таких тренировок непосредственно перед гонками, для тех, кто участвует в соревнованиях с короткой дистанцией (потому что темп лактатного порога близок к темпу соревнований на эти дистанции) и несколько более раннее падение для тех, кто участвует в гонках на длинные дистанции.

Насколько хватит надпороговой тренировки? Испанское исследование с участием бегунов по пересеченной местности показало, что сочетание 81% тренировок средней интенсивности, тренировок с 10,5% лактатным порогом и 8,5% сверхпороговых тренировок дало оптимальные результаты. Эти 8,5 процента — разумная медианная цель. Все триатлонисты должны выполнять 5% своего велотренажера и в качестве базового уровня тренироваться с сверхпороговой интенсивностью. Специалисты краткосрочного курса могут достигать примерно 12 процентов, а триатлонисты длительного курса — 8-10 процентов.

Исследования показали, что наибольшее воздействие лактата происходит во время тренировок, состоящих из 3-5-минутных интервалов с максимальной скоростью VO 2 , разделенных 2-3-минутными активными восстановлениями и с 30- или 60-секундными интервалами одновременно. интенсивность разделена активными восстановлениями равной продолжительности. VO 2 максимальная скорость — это примерно максимальная скорость, которую вы можете поддерживать в течение 10 минут во время плавания, езды на велосипеде или бега. Интервальные тренировки на лактат с более короткими интервалами немного более управляемы и, следовательно, должны проводиться раньше в тренировочном процессе.Никогда не пытайтесь заниматься плаванием максимальной интенсивности, велоспортом или бегом более 20 минут за один сеанс. Если вы это сделаете, вы закипите заживо в токсичной молочной кислоте.

Шучу.

Молочная кислота — обзор

Клиренс лактата

Клиренс лактата во время отдыха и упражнений происходит в основном за счет трех процессов: окисления (от 50% до 80%), глюконеогенеза / гликонеогенеза (от 10% до 25%) и трансаминирования (от 5% до 10%).Все три процесса связаны с движением лактата. 18

Как указывалось ранее, при физиологическом pH более 99% продуцируемой молочной кислоты быстро диссоциирует на лактатные (La ) анионы и протоны (H + ). Лактат легко перемещается между цитоплазмой и митохондриями, мышцами и кровью, кровью и мышцами, активными и неактивными мышцами, гликолитическими и окислительными мышцами, кровью и сердцем, кровью и печенью, кровью и кожей. 20 Лактат перемещается между лактатпродуцирующими и потребляющими лактат сайтами посредством внутриклеточных и внеклеточных лактатных челноков. 18 Транспорт через клеточные и митохондриальные мембраны происходит за счет облегченного обмена, понижающего концентрацию и градиентов водородных ионов (pH) с использованием лактатных транспортных белков, известных как монокарбоксилатных транспортеров (MCT). 20

По состоянию на 1999 год в литературе сообщалось о девяти переносчиках монокарбоксилатов. MCT1 в изобилии присутствует в окислительных волокнах скелетных и сердечных мышц и митохондриальных мембранах. MCT4 наиболее распространен в клеточных мембранах гликолитических скелетных волокон.

Внутриклеточный лактатный челнок (рис. 3-4, A ) включает перемещение лактата переносчиками MCT1 между цитоплазмой, где он производится, и митохондриями. Попадая в митохондрии, лактат окисляется до пирувата, а NAD + восстанавливается до NADH + H + . Пируват и НАДН + Н + проходят через аэробный метаболизм / окисление. Это относительно новая и несколько спорная концепция 20–23 , указывающая на то, что мышечные клетки могут одновременно производить и потреблять лактат.

Внеклеточные лактатные челноки перемещают лактат между тканями (рис. 3-4, B ). Белки лактата мембраны мышечной клетки (MCT1 и MCT4) перемещают лактат из тканей и внутрь них. Межмышечно большая часть лактата перемещается из активных быстро сокращающихся гликолитических клеток скелетных мышц (FOG и FG) в активные SO клетки скелетных мышц. Это может происходить либо посредством прямого челнока между клетками скелетных мышц, либо посредством кровообращения. Как только лактат попадает в кровоток, он также может циркулировать к сердечным клеткам.Во время тяжелых упражнений лактат становится предпочтительным топливом для сердца. Таким образом, гликогенолиз в одной ячейке может поставлять топливо для другой ячейки. В каждом случае конечная судьба лактата — окисление до АТФ, CO 2 и H 2 O в результате аэробного метаболизма.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.