Молочная кислота (лактат) и физические нагрузки
Дано определение молочной кислоты, описана история ее открытия и метаболизм ее превращения в организме при физических нагрузках (цикл Кори). Описывается концепция ацидоза, описывающая изменения в скелетных мышцах, которые приводят к их гипертрофии и увеличению силовых показателей.
Молочная кислота (лактат) в скелетных мышцах после физических нагрузок
Определение
Молочная кислота (лактат) – конечный продукт анаэробного распада глюкозы и гликогена (гликолиза).
История открытия
1780 году шведский химик Карл Вильгельм Шилле выделил молочную кислоту из молока. А в 1808 году Йенс Якоб Берцелиус открыл, что молочная кислота образуется в скелетных мышцах при выполнении физических упражнений. В 1833 году была установлена формула молочной кислоты.
Формула молочной кислоты (С3H6O3).
Молочная кислота и лактат
Следует отметить, что молочная кислота и лактат — не одно и то же. Лактат — это соль молочной кислоты. Образовавшаяся в результате гликолиза в скелетных мышцах молочная кислота почти полностью диссоциирует на ионы водорода и соединение, которое соединяется с ионами натрия или калия и образует соль (лактат натрия или лактат калия), рис. 1.
Поэтому в литературе часто вместо понятия «молочная кислота» используется термин «лактат». Содержание молочной кислоты и лактата имеет взаимосвязь с кислотностью внутри мышечных волокон (то есть с pH саркоплазмы). При pH в интервале от 6.5 (полное утомление) до 7,1 (норма) в мышечных волокнах накапливается, выводится и перерабатывается именно лактат.
Цикл Кори
Циклический путь метаболизма лактата (молочной кислоты) в скелетных мышцах по одним источникам открыт американским биохимиком, Нобелевским лауреатом Герти Терезой Кори. По другим источникам открытие цикла Кори приписывается Нобелевским лауреатам, супругам Карлу и Герти Кори (рис.2). Он описывает превращения лактата (молочной кислоты) в организме человека (рис.3).
Рис.2. Карл и Герти Кори в своей лаборатории
Большая часть лактата (молочной кислоты), которая образуется в организме во время физических нагрузок включается в метаболические процессы непосредственно в мышцах и под влиянием фермента лактатдегидрогеназы (ЛДГ) превращается в пировиноградную кислоту, которая затем в митохондриях окисляется до углекислого газа и воды. Другая часть молочной кислоты через кровеносные капилляры проникает в кровь и доставляется в печень, где включается в метаболические реакции, приводящие к синтезу гликогена. Незначительное количество молочной кислоты может выводиться из организма с мочой и потом. Гликоген печени используется организмом для восстановления энергетических источников скелетных мышц.
Рис.3. Цикл Кори
Концепция ацидоза
Одной из концепций, объясняющей возникновение острых болезненных ощущений, возникающих как во время, так и после тренировки, является предположение, что накопление молочной кислоты в мышечных волокнах является главной причиной ацидоза («закисления») мышц. Однако исследования, проведенные в начале ХХI века свидетельствуют о том, что основным повреждающим агентом являются ионы водорода (Н + ). Доказано, что основным источником ионов водорода является не анаэробный гликолиз, а гидролиз АТФ. Именно гидролиз АТФ в первую очередь вызывает накопление ионов водорода и смещение pH саркоплазмы в кислую сторону (R. A. Robergs et al., 2004).
Изменение рН саркоплазмы мышечных волокон с 7,1 до 6,5 (то есть повышение кислотности) при сильном утомлении снижает активность ключевых ферментов гликолиза – фосфорилазы и фосфофруктокиназы. При значении рН саркоплазмы равном 6,4 расщепление гликогена прекращается. Это вызывает резкое снижение уровня АТФ и развитие утомления (Н.И. Волков с соавт., 2000).
Молочная кислота и физические нагрузки
Практически при любой физической нагрузке для получения АТФ используется гликоген скелетных мышц. Его концентрация в скелетных мышцах при интенсивных физических нагрузках быстро снижается. Одновременно в скелетных мышцах образуется молочная кислота, которая считается конечным продуктом анаэробного гликолиза.
В скелетных мышцах молочная кислота быстро распадается. В результате образуются ионы водорода и соль (лактат натрия или калия). Повышение концентрации ионов водорода в мышечных волокнах приводит к увеличению проницаемости их мембраны.
Накопление лактата в мышечных волокнах приводит к повышению осмотического давления, в результате чего в мышечные волокна поступает вода. Возникает отёк, мышечные волокна «разбухают» и сдавливают болевые рецепторы мышц. Это ощущается как боль в мышцах. Спортсмены называют это явление «мышцы забиты».
Удаление лактата из мышечных волокон после физической нагрузки
При восстановлении после физической нагрузки, в аэробных условиях лактат удаляется из мышечных волокон в течение от 0,5 до 1,5 часа (Н.И. Волков, 2000). По другим данным лактат удаляется из мышечных волокон в течение нескольких часов. Если после физической нагрузки выполнить 10-15 минутную аэробную работу (например, бег или педалирование на велосипеде), лактат из мышц выведется еще быстрее.
Молочная кислота, гипертрофия и сила скелетных мышц
Предполагается, что накопление лактата в мышечных волокнах лежит в основе развития механического напряжения в мышцах, что в последствии приводит к их гипертрофии по миофибриллярному типу и росту силы. Следовательно, удалять лактат из скелетных мышц после тренировки не следует, так как это основной фактор, повреждающий мышечные волокна.
Это предположение подтверждается опытом тренировок чемпионки мира в беге на 400 м с барьерами Марины Степановой и ее тренера Вячеслава Владимировича Степанова. Стремясь увеличить силовые показатели мышц ног, М. Степанова и В. Степанов в цикле своих статей «Анаэробика» указывают, что «есть смысл ненадолго (на несколько часов) «повариться» в молочнокислой среде, а «разогнать» ее позже (к примеру, вечерними упражнениями)».
Видео про лактат в мышцах
Источник
Влияние цитруллина малата на динамику элиминации лактата из мышц и крови у спортсменов высокой квалификации
Спринтерский бег — один из олимпийских видов спорта. Его относят к так называемым метаболическим видам спорта в связи с тем, что результативность при выполнении специальных физических нагрузок в значительной степени обусловлена эффективностью функционирования механизмов энергообеспечения мышечной деятельности, способностью мышц поддерживать запрограммированную интенсивность сокращений. В процессе подготовки спортсменов-спринтеров значительную часть занимают специальные беговые упражнения, выполнение которых сопровождается накоплением в организме молочной кислоты (лактата) в высокой, вплоть до максимальной, концентрации. Следует отметить, что высокое содержание лактата сохраняется в мышцах и крови и в период отдыха (до 6-10 мин).
В связи с этим актуальна проблема поиска препарата, который способствует выводу лактата из мышц в кровь и последующей элиминации его из организма. По результатам проведенного поиска в литературе среди лекарственных препаратов-корректоров метаболизма нас заинтересовал препарат Стимол (Biocodex, Франция). Лекарственное средство представляет собой комбинацию L-цитруллина и малата. Эти две аминокислоты в норме всегда присутствуют в организме человека и являются катализаторами многих метаболических процессов. При экзогенном введении этих веществ в организм в момент наступления адаптационного кризиса происходит каскадное усиление реакций метаболизма и выведение продуктов катаболизма — лактата и аммония. Стимол также эффективен практически при всех типах астенических состояний (физической, психической, постинфекционной и послеоперационной астении, а также сексуальной астении, астении в период беременности, астении эндокринного происхождения, в частности при сахарном диабете и алкогольно-абстинентном синдроме).
Мы изучали применение противоастенического средства Стимол в качестве безопасного корректора метаболизма в период адаптации спортсменов-спринтеров. Планировалось изучить особенности использования Стимола в условиях митохондриальной интоксикации на фоне алиментарного дефицита резервов глюкозы и липидов при экстремальных нарушениях кислотно-щелочного состояния.
Материал и методы исследования
Клиническую эффективность использования препарата Стимол изучали у выборочной группы спортсменов-спринтеров, физические нагрузки которых, особенно в период активных тренировок, сопровождались значительными нарушениями кислотно-основного равновесия и требовали длительной частичной и/или полной реконвалесценции. Основную группу составили 18 спортсменов, которые получали препарат Стимол в стандартной дозе (1 пакет 3 раза в сутки) на протяжении 2 недель. В контрольную группу вошли 34 спортсмена-спринтера, получавшие плацебо. Распределение спортсменов на группы проводили методом «слепого конверта». Обе группы были полностью сопоставимы как по объему суточных физических нагрузок, так и по возрастному и половому составу.
Результаты клинических исследований оценивали с помощью статистической обработки данных: материалов анкет и опросников по вегетативной патологии Московской медицинской академии им. И.М. Сеченова, оценки состояния по тестам Спилберга и Бека, показателя социальной адаптации по анкете «Качество жизни», а также данных биохимических исследований.
Результаты и их обсуждение Значительные физические нагрузки у спортсменов-спринтеров сопровождаются физико-химическими изменениями внутренней среды организма, в т. ч. и критическим снижением уровня рН (до 6,6 в работающих мышцах, и до 6,9 — в крови). Такие сдвиги кислотно-основного состояния приводят к частичной инактивации или торможению активности всех регулирующих систем организма (центральной нервной системы, вегетативной нервной системы, ферментов и гормонов), нарушению деятельности исполнительных систем, начиная с субклеточного (клеточные мембраны, митохондрии, рибосомы, нуклеиновые кислоты) и клеточного уровней (частичный некроз отдельных мышечных волокон), и с дальнейшим последовательным переходом на органный уровень и на уровень всего организма. Именно поэтому после выполнения спринтерских нагрузок в зоне их субмаксимальных величин для полного восстановления организма спортсмену нужно длительное время, что не всегда возможно, особенно в случае ответственных соревнований.
Рассматривая молекулярные механизмы действия препарата Стимол, следует указать, что они предусматривают введение веществ, способных выступать в роли метаболических «посредников» между цитоплазмой и митохондриями (малат), что позволяет обойти аммиачный блок окисления и ограничить объем накопления молочной кислоты благодаря ее метаболизму путем неоглюкогенеза, и промежуточных метаболитов цикла образования мочевины (L-цитруллин), ускоряющих метаболические процессы и способствующих выводу аммиака. Преимущество L-цитруллина перед другими метаболитами цикла образования мочевины — высокая биодоступность, которая разрешает достигнуть его оптимальных концентраций в плазме крови.
Согласно данным клинических наблюдений, практически у всех пациентов основной группы по результатам анализа комплексных балльных анкет и вопросников по вегетативной патологии ММА им. И.М. Сеченова отмечали нормализацию состояния вегетативной нервной системы и снижение уровня тревожности (тесты Спилберга). У 6 (18,7%) спортсменов контрольной группы наблюдения позволили констатировать постоянное наличие признаков тревоги. Эти спортсмены находились в стрессовом состоянии, подтвержденном достоверным возрастанием показателей депрессивных проявлений (по тестам Бека). При аналогичном тестировании среди спортсменов основной группы только у одного (5,55%) из них были подтверждены признаки депрессии, связанные с личными проблемами. Тестирование по анкете «Качество жизни», проведенное на второй неделе активных тренировок, подтверждало значительное улучшение вышеуказанных показателей у пациентов основной группы в отличие от таковых у спортсменов контрольной группы. Одновременно с улучшением показателей (анкета «Качество жизни»), которые характеризуют социальную адаптацию, все спортсмены основной группы отмечали также нормализацию субъективных ощущений (повышение трудоспособности, улучшение сна, исчезновение головной боли, головокружения, улучшение общего самочувствия), в то время как подобное улучшение соматического состояния констатировали только 81,25% спортсменов контрольной группы. У большинства спринтеров основной группы показатели биохимических исследований (рН, уровень мочевины, креатинина, белков крови) практически не отличались от аналогичных перед тренировками. Наблюдения общего состояния спортсменов основной группы позволили констатировать: лечебный эффект препарата Стимол проявляется уже на 5-е сутки лечения и удерживается без побочных эффектов в течение 3 недель, несмотря на активные физические нагрузки.
Исследование клинической эффективности использования препарата Стимол в комплексной программе активных тренировок спортсменов-спринтеров предусматривало также и определение его влияния на динамику элиминации лактата из крови. Целесообразно напомнить, что в организме человека в период больших физических нагрузок основными процессами являются утилизация аммиака (продукт распада белка) и лактата (анаэробный гликолиз). Аммиак метаболизируется гепатоцитами при прохождении орнитинового цикла. Обеспечение этого процесса, особенно в условиях чрезвычайно высоких физических нагрузок и гипоксии, достаточно проблематично (как вследствие гиперпродукции аммиака в кишечнике, так и в результате снижения скорости и объема преобразования аммиака печенью), именно поэтому гипераммониемия часто отмечается у спортсменов в период длительных тренировок и ответственных соревнований. Ферментная гипераммониемия развивается как результат нарушения работы печени и органов гепатобилиарной зоны, принимающих участие в преобразовании аммиака (цикл образования мочевины). Определению уровня аммиака в крови при этих состояниях отводится роль индикатора шунтирования печени. В покое основной источник лактата в плазме крови — эритроциты. При физической нагрузке лактат выходит из мышц, превращается в пируват и метаболизируется печенью. Нормальный (физиологический) уровень лактата в крови представлен в таблице 1. Повышение этого уровня в период гипоксии обусловлено снижением как перфузии тканей, так и концентрации кислорода в крови. Накопление лактата в крови приводит к метаболическому ацидозу.
Таблица 1. Уровень лактата в крови (норма)
| Кровь | Уровень лактата | |
| мг/дл | ммоль/л | |
| Венозная | 4,5-19,5 | 0,5-2,2 |
| Артериальная | 4,5-14,4 | 0,5-1,6 |
| Соотношение лактат/пируват (Л/П) | 10/1 | |
Возрастание концентрации молочной кислоты отражает степень ишемии тканей, а ее наличие в крови увеличивается в соответствии с тяжестью гипоксии. Накопление лактата может быть одной из причин возникновения комы. Различают несколько типов повышения лактата (лактатацидоз) в крови.
Тип I — содержание лактата повышено, без выраженного ацидоза, Л/П в норме. Отмечается при физических нагрузках, гипервентиляции, тяжелых формах анемии.
Тип IIA — связан с гипоксией. Характеризуется возрастающим ацидозом, уровень лактата повышен, показатель Л/П увеличен. Возникает при тяжелых нарушениях кровообращения в тканях вследствие кислородного голодания (острая кровопотеря, острая сердечная недостаточность или другие случаи циркуляторного коллапса).
Тип IIБ — идиопатический, концентрация молочной кислоты повышена, уровень ацидоза — от умеренного до выраженного, показатель Л/П повышен. Развивается при уремии, инфекции (в частности, пиелонефрите), циррозе печени, беременности (III триместр), тяжелых заболеваниях сосудов, лейкозах, анемии, хроническом алкоголизме, подостром септическом эндокардите, полиомиелите, сахарном диабете (в 50% случаев).
В связи с вышеизложенным использование препарата Стимол у спортсменов не только целесообразно, но и патогенетически обосновано.
Влияние препарата Стимол на динамику элиминации лактата из крови у спортсменов основной группы отражено в таблице 2.
Таблица 2. Динамика элиминации лактата из крови спорстсменов, которые получали Стимол, ммоль/л (M±m)
| Время восстановления, мин | Основна я группа | Контрольная группа | ||
| Исходные данные | Конечные результаты | Исходные данные | Конечные результаты | |
| 1 | 15,8±3,61 | 18,4±4,71 | 17,9±2,32 | 18,1±0,98 |
| 2 | 20,5±3,29 | 20,2±4,70 | 17,4±1,24 | 18,2±0,96 |
| 3 | 17,7±3,31 | 19,9±1,03 | 17,56±0,51 | 20,7±2,86 |
| 4 | 18,1±1,60 | 17,1±0,66 | 17,86±0,46 | 22,3±4,02 |
| 5 | 17,9±2,85 | 14,7±0,28 | 16,9±0,98 | 22,0±3,85** |
| 6 | 16,6±1,81 | 11,7±1,60* | 16,7±2,06 | 21,7±3,65** |
| 7 | 14,6±1,45 | 10,52±1,31* | 14,55±2,05 | 22,8±1,41*,** |
| 8 | 14,3±0,91 | 8,39±1,03* | 13,8±0,42 | 22,7±1,27*,** |
| 9 | 14,4±1,27 | 7,31±0,61* | 14,1±1,55 | 22,5±0,98*,** |
| 10 | 13,1±0,55 | 6,82±0,60* | 15,2±1,86 | 22,05±0,35*,** |
Таким образом, у спортсменов, принимавших препарат Стимол по разработанной нами схеме, отмечена более быстрая элиминация лактата из крови (уже к 5-6 минуте) в период отдыха после выполнения специфических нагрузок. В случае использования плацебо по той же схеме (3% раствор глюкозы) отмечали обратную закономерность (связанную, очевидно, со спецификой физических нагрузок, а не как результат применения плацебо) элиминации лактата из организма.
Таким образом, можно сделать вывод, что препарат Стимол способствовал ускорению элиминации лактата из крови, а тем самым — восстановлению организма спортсменов-спринтеров после физических нагрузок. Использование Стимола как восстановительного средства в практике спорта высших достижений целесообразно.
Источник