Молочная кислота в мышцах — что это? Как вывести ее из организма?

Молочная кислота – это один из химических реактивов, образующийся в результате распада на составляющие глюкозы и ее производных. Молочная кислота принадлежит к карбоновой группе. Вещество содержится в клетках мозга, сердца, в мышечной ткани, в тканях других органов. Соединение представляет собой корень практически всех проблем спортсменов: именно оно вызывает ухудшение самочувствия, боль в мышцах, судороги, кислородное голодание и травмы. Многие рассматривают лактат как продукт, которого необходимо избегать всеми силами. Однако, на самом деле, эта кислота играет важную роль в выработке энергии, которая требуется для поддержания мышц в тонусе. Особенно она важна во время активных тренировок.

Молекула молочной кислоты

Что такое молочная кислота?

Молочная кислота представляет собой бесцветную или окрашенную в слабый желтый цвет жидкость с едва выраженным запахом и отчетливым кислым вкусом. Вещество легко растворяется в разных средах: в спирте, глицерине и обычной воде. Первые сведения о лактате датируются 80-ми годами 18 века. Основная сфера использования соединения – пищевая промышленность. В производстве продуктов питания молочная кислота известна под индексом Е270, а ее производные – под индексом Е271.

Молочная кислота – это натуральное биологическое вещество, играющее важную роль в процессе обмена веществ.

На протяжении долгого времени химики считали, что лактат может становиться причиной апатии, упадка сил, усталости, судорог, потери чувствительности конечностей и сильной боли в мышцах. Однако со временем это утверждение было опровергнуто, и молочная кислота восстановила свою репутацию. Исследователи доказали, что вещество отвечает за выработку энергии при занятиях спортом. Оно способствует более качественному усваиванию углеводов, снабжает энергией многие органы, в частности – печень, мозг и сердце.

Формула молочной кислоты и ее свойства

Формула молочной кислоты выглядит следующим образом:

C3H6O3

Как видно по формуле, в состав вещества входят 3 молекулы атома углерода, шесть атомов водорода и три атома кислорода.

Молочная кислота представляет собой простейшее органическое соединение, существующее в виде двух энантиомеров. Соединение гигроскопично и, как правило, существует в формате бесцветного или еле-еле желтого водного раствора. В связи с этим достаточно проблематично установить температуру, при которой молочная кислота начинает плавиться. В специализированных источниках указывают температуру плавления молочной кислоты в диапазоне от 18 до 33 градусов.

Лактат прекрасно растворяется в воде и спирте, которые способны смешиваться с водой. Соединение практически не подлежит воздействию в бензоле и хлороформе.

Вещество разлагается при вступлении в реакцию с окисляющими веществами. При взаимодействии с кислородом или азотной кислотой в присутствии железа или меди соединение преобразуется в муравьиную, уксусную и щавелевую кислоту, углекислый газ и пировиноградную кислоту.

Получение молочной кислоты

В промышленности лактат получают двумя способами: ферментативным и синтетическим. Большей популярностью пользуется первый способ, поскольку благодаря ему получается более чистое соединение. Для него применяют углеродное сырье, питательные вещества и ряд микроорганизмов. В качестве основного сырья задействуют глюкозу, сиропы, приготовленные на основе кукурузы, мелассу, сок сахарной свеклы, сыворотку и картофельный крахмал. По завершению процедуры ферментации получившуюся кислоту подвергают тщательной процедуре очистки. Нежелательные включения отделяют флокуляцией, протекающей в щелочной среде или ультрафильтрацией.

В фармацевтической промышленности применяются способы получения молочной кислоты с очисткой в несколько ступеней. Наиболее часто прибегают к экстракции молочной кислоты в органическую фазу длинноцепными третичными аминами, а затем обратной экстракции в воду.

Существует синтетический способ получения молочной кислоты. Он основан на реакции ацетальдегида с циановодородом и последующем гидролизе образовавшегося лактонитрила.

15.7.10.5. Производство молочной кислоты

Молочная (2-гидроксипропионовая, α-гидроксипропионовая) кислота является простейшей гидроксикислотой, имеющей асимметричный атом углерода, обеспечивающей существование двух оптических изомеров, т. е. D (или R) и L (или S) форм. L-Молочная кислота усваивается организмом, а D-изомер — нет.

Молочная кислота в промышленности производится химическим (50 %) и ферментативным (50 %) синтезами [179].

Химический синтез основан на реакции ацетальдегида с цианистым водородом, приводящим к получению лактонитрила, гидролиз которого дает молочную кислоту.

При получении молочной кислоты с помощью молочнокислых бактерий и химическим синтезом образуется оптически недеятельная D,L-молочная кислота.

L(+)-Молочную кислоту образуют молочнокислые стрептококки (S. termophilus

,
S. lactis
,
Leuconostoc cremoris
), а
Lb. lactis
и
Lb. bukgaricus
продуцируют около 90 % D(–)-молочной кислоты [104].

Возбудителем молочнокислого брожения в производстве молочной кислоты является культура Lactobacillus delbrukii

.

Свойства молочнокислых бактерий [104]

Lactobacillus delbrüeckii

— термофильная зерносусловая бактерия. Эти бактерии хорошо сбраживают глюкозу, мальтозу, фруктозу, галактозу и сахарозу.

Молочнокислые бактерии являются грамположительными, неподвижными, факультативными анаэробами. Они имеют форму крупных палочек длиной 7–8 мкм, толщиной 0,5–0,8 мкм и образуют, как правило, короткие цепочки из 2–4 клеток.

Молочнокислым бактериям необходимы следующие аминокислоты: аргинин, цистеин, глутаминовая кислота, лейцин, фенилаланин, триптофан, тирозин, лизин и, возможно, некоторые другие.

Из витаминов продуцент нуждается в рибофлавине, никотиновой и фолиевой кислотах; тиамин ингибирует образование молочной кислоты.

Из минерального питания для молочнокислых бактерий нужны: натрий, калий, фосфор, медь, железо, сера, магний и, особенно, марганец. Поэтому к сахаросодержащим средам необходимо добавлять сухие ростки ячменного, ржаного или пшеничного солода, солодовый экстракт, осадочные винные или спиртовые дрожжи, дрожжевой автолизат, пшеничные зародыши.

Оптимальной температурой для развития продуцента является 48–50 °С; брожение осуществляется в слабокислой среде (рН»5,5), но при рН = 3,0 развитие бактерий прекращается. При рН выше 7 питательная среда легко инфицируется.

Вследствие чувствительности к кислотности среды образующуюся молочную кислоту нейтрализуют мелом, поддерживая кислотность на уровне 0,3–0,4 %:

2С3Н6О3 + СаСО3 = Са(С3Н5О3)2 + СО2 + Н2О

Растворимость лактата кальция при 50 °С составляет 15–16 %.

Сырье для производства молочной кислоты [104, 173]

В отечественном производстве молочной кислоты сырьем служит смесь тростникового сахара-сырца, рафинадной патоки и свекловичной мелассы. Источником необходимых органических и минеральных веществ служат солодовые ростки.

Тростниковый сахар-сырец содержит, %: СВ — 99,4–99,6 (в том числе сахарозы — 96,5–98), РВ — 0,6–0,9, органических несахаров — 0,7–1.

Применение мелассы позволяет ускорить процесс брожения из-за наличия в ней необходимых для молочнокислого брожения веществ. Однако из-за интенсивной окраски мелассы применение большого ее количества приводит к затруднениям при очистке молочной кислоты.

Рафинадная патока представляет собой вязкую коричневую жидкость, содержащую не менее 72 % СВ, в том числе 49 % сахарозы, величина рН не ниже 5,5.

По сравнению с мелассой она имеет большую доброкачественность, примерно вдвое меньшую цветность, содержит меньше коллоидов (1,3–3,0 %), золы (3–5 %) и азота (0,25 %), больше инвертного сахара (10–20 %), но в ней отсутствуют витамины.

Солодовые ростки содержат до 30 % азотистых веществ, около половины которых растворяются в воде. В ростках заключена основная масса витаминов и биостимуляторов проросшего зерна: рибофлавин, пиридоксин, цианокобаламин, никотиновая кислота, пантотеновая кислота, токоферол, инозит, биотин. Ростки должны быть желтого или коричневого цвета; допускается присутствие 5–6 % зерновой примеси; минеральных веществ — не более 0,5 %.

Для получения молочной кислоты можно использовать ультрафильтраты молока и сыворотки, отходы производства фруктового сока.

Однако лучшим субстратом является D-глюкоза (выход молочной кислоты 86 %), которую можно заменить, например, гидролизатами древесины, осуществляя конверсию с помощью иммобилизованных в альгинате кальция клеток Lb. plantarum

ETH B-4258.

Технология производства молочной кислоты [15, 173]

Основные стадии процесса производства молочной кислоты показаны на рис. 15.7.55 [66].

Рис. 15.7.55.

Технологическая схема производства молочной кислоты

Получение посевного материала

производится также в несколько стадий.

Чистую культуру рассевают в три пробирки со свежеприготовленной питательной средой. Культуру из одной пробирки (другие являются «музейной» и запасной) пересевают в колбу (500 мл), а затем в бутыль (10 л) и наконец — в культиватор. Объем засевной культуры должен быть до 30 об. % от вместимости бродильного аппарата.

Первые две стадии проводят на питательной среде из солодового сусла, третью — на среде из сусла и производственной среды (1:1) и последнюю — на производственной среде. Продолжительность каждой стадии — 20–24 ч (48–50 °С).

Показателем зрелости и активности культуры бактерий в каждой стадии размножения является плотность популяции, которая должна составлять 700–800 клеток/мл. Активная культура через 10–15 ч накапливает до 0,5 % молочной кислоты.

При подготовке инокулята бактерии пассируют несколько раз в среде с небольшим избытком мела, выдерживая при 45–55 °С; каждая стадия длится 16–18 ч.

Питательную среду

готовят непосредственно в бродильном аппарате. Бродильный аппарат наполняют водой и промывными водами на 2/3 вместимости, нагревают до 70 °С, подают в него мелассу, рафинадную патоку и растворенный сахар-сырец. В среду вносят (NH4)2SO4 и NH4HPO4, а также солод или кукурузный экстракт. Массовая доля сахара в растворе должна быть 3–4 масс. %. Раствор нагревают до 70 °С и пастеризуют при этой температуре в течение 1 ч. После охлаждения до температуры 48–50 °С в раствор добавляют 15 масс. % от массы сахара солодовых ростков.

Молочнокислое брожение —

образование молочной кислоты — может быть описано уравнением:

С6Н12О6 → 2С3Н6О3

В соответствии с уравнением из 100 г глюкозы получается 100 г молочной кислоты; практический выход составляет 90–91 масс. % от массы сахара.

Поскольку при температуре ниже 45 °С развивается посторонняя микрофлора, брожение проводят при температуре 48–50 °С. Повышение температуры выше 55 °С снижает активность молочнокислых бактерий.

Сбраживание ведут в аппаратах (чанах) вместимостью 25–45 м3.

После приготовления питательной среды в аппарат вносят КЖ (20 об. % от его вместимости) с молочнокислыми бактериями. Через 6 ч начинают перемешивание смеси барботированием воздуха. По достижении массовой доли молочной кислоты 0,5–0,6 масс. % (примерно через сутки после засева) начинают добавлять меловое молоко, поддерживая массовую долю кислоты в растворе на уровне 0,3–0,4 масс. %.

Для нейтрализации 1 кг молочной кислоты требуется 0,55 кг карбоната кальция. В результате нейтрализации образуется 120 масс. % лактата кальция от массы сброженной гексозы или 125 масс. % от массы дисахарида.

При нормальном брожении за сутки сбраживается до 2 % сахара, убыль которого компенсируют внесением 50% раствора сахара-сырца с добавлением в него рафинадной патоки, поддерживая массовую долю сахара в среде на уровне 3–4 %. Брожение осуществляют до концентрации лактата кальция около 15 % (6–8 суток).

Для очистки культуральную жидкость,

в которой находятся твердые примеси — мел, солодовые ростки, а также коллоидные частицы, обрабатывают известковым молоком температурой 70–80 °С, при этом осаждаются ионы железа, коагулируют белки, разрушается несброженный сахар. Для отделения взвешенных частиц культуральную жидкость отстаивают в течение 6–12 ч при температуре выше 48 °С. После отстаивания (6–12 ч) смесь фильтруют, и фильтрат с первой порцией промывной воды направляют на кристаллизацию лактата.

При кристаллизации лактата кальция

около 2/3 соли остается в маточном растворе, поэтому, наряду с очисткой молочной кислоты кристаллизацией лактата, используется очистка и ионообменными смолами.

Растворимость лактата кальция (у

) описывается следующими уравнениями [28]:

в области температур 12–35 °С: y

= 1,9 exp(0,035
T
),

в диапазоне 40–80 °С: y

= 1,4exp(0,0435
T
).

При кристаллизации лактата кальция начальная концентрация его в растворе составляет 14,5–15,5 %; при большей концентрации затрудняется отделение кристаллов из-за их малых размеров. Оптимальная начальная температура раствора составляет 30 °С. После заполнения кристаллизатора вносят затравку (6–7 масс. % от массы лактата) в виде сырых кристаллов от предыдущей кристаллизации. Конечная температура раствора не должна превышать 10 °С; общая продолжительность кристаллизации — 10–12 ч.

В процессе кристаллизации температуру снижают за первый час с 30 до 23 °С, за последующие 1,5 ч — с 23 до 16 °С (начинается массовая кристаллизация). Далее температуру снижают со скоростью 2 град./ч, и затем смесь выдерживают 3 ч при 10 °С. После отделения кристаллов фильтрованием или центрифугированием и их промывки выход лактата составляет 80 масс. % от массы кристаллов, содержащихся в утфеле, при доброкачественности 96 %.

Из маточного раствора после разложения лактата, отделения гипса и осветления раствора активным углем получают молочную кислоту второго сорта.

Зная содержание лактата в начальном (С

н) и конечном (
С
м) растворах (масс. %), можно вычислить его выход в процентах к массе раствора (
K
, безводное вещество) или в процентах к содержанию лактата в начальном растворе (
А
):

Очищенный раствор лакатата кальция

разлагается серной кислотой:

Ca(C3H5O3)2 + H2SO4 = 2C3H6O3 + CaSO4

Сульфат кальция выделяется из раствора в виде осадка (гипса). Для получения крупнокристаллического осадка гипса необходимы следующие условия: коэффициент пересыщения 1,3–1,4; массовая доля лактата кальция не выше 18 масс. %; температура 80 °С; избыток серной кислоты 0,5 %; продолжительность созревания кристаллов гипса 1 ч.

Полноту разложения лактата кальция контролируют с помощью цветной реакции с 0,1% раствором метилового фиолетового, который должен иметь васильковый цвет, при избытке серной кислоты — зеленый, лактата кальция — фиолетовый.

Соединения железа осаждают желтой или красной кровяной солью, причем применение последней предпочтительней, поскольку образующийся лактат кальция разлагается далее с образованием нерастворимого сульфата кальция:

4Fe(C3H5O3)3 + 3Ca[Fe(CN)6] = Fe4[Fe(CN)6]3 + 6Ca(C3H5O3)2

Соединения тяжелых металлов и мышьяка осаждают сульфидом бария. Для осветления раствора его обрабатывают активным углем, осадок отделяют фильтрованием.

Осветление и упаривание раствора молочной кислоты

проводят с помощью активного угля (ОУ-А) либо до отделения гипса, либо после отделения шлама. Осветленный раствор подвергают концентрированию до массовой доли молочной кислоты 40 масс. % на выпарных вакуумных аппаратах (80 кПа). После выпаривания раствор снова обрабатывают активным углем (исправление) и после фильтрования разливают в тару.

Свойства молочной кислоты [173]

Пищевая молочная кислота выпускается в виде водного раствора концентрацией 40 %, качество которой регламентируется ГОСТ 490–79 (табл. 15.7.143).

Таблица 15.7.143

Химические показатели пищевой молочной кислоты [173]

Молочную кислоту получают также и 70% концентрации, для чего проводят вторичное упаривание в вакуум-аппаратах с последующим фильтрованием на фильтр-прессах. Продукт выпускается в жидком виде или в виде пасты, которую получают добавлением к концентрированной кислоте небольшого количества мела.

D-Молочная кислота имеет Т

плав 53 °С,
Т
кип 103 °С (2 мм рт. ст.); D,L-молочная кислота — 18 и 85 °С (1 мм рт. ст.) соответственно [155] (см. разд. 15.7.10).

Динамическая вязкость растворов молочной кислоты при температуре 25 °С приведена в табл. 15.7.144.

Таблица 15.7.144

Динамическая вязкость водных растворов молочной кислоты [28]

Применение молочной кислоты [28, 155]

Молочную кислоту применяют в пищевой промышленности [102], в медицине и ветеринарии [173] и для разнообразных технических целей.

Молочная кислота сдерживает развитие гнилостных бактерий, но не действует на микроскопические грибы и дрожжи. Молочная кислота и ее соли в присутствии воды являются сильными пластификаторами почти всех белков. В хлебопечении молочная кислота и лактаты увеличивают объем мякиша и улучшают корочку хлеба.

Молочную кислоту добавляют в затор в пивоварении для снижения жесткости воды и достижения величины рН, близкой к оптимальной для действия амилолитических и протеолитических ферментов. Молочную кислоту применяют при производстве пекарных дрожжей для очистки засевных дрожжей от посторонней микрофлоры, в том числе от лактобацилл, а также для очистки мелассы, стимулируя размножение дрожжей.

Для использования в пищевых продуктах разрешены лактаты натрия (Е325), калия (Е326), кальция (Е327), аммония (Е328) и магния (Е329). Используются они в производстве безалкогольных напитков, карамельных масс, кисломолочных продуктов.

Лактат натрия повышает объем и стабильность пены в белково-сбивных массах кондитерских изделий, мороженого.

Эфиры молочной кислоты — лактилаты [102] (Е481, Е482) — относятся к группе анионоактивных ПАВ.

В эту подгруппу пищевых ПАВ входят производные молочной кислоты с высшими жирными кислотами (стеариновой или олеиновой) в виде натриевых или кальциевых солей. Структуру вещества можно описать следующей формулой:

,

где R — ацил стеариновой или олеиновой кислоты; Me — Na или Ca; n

— степень полимеризации молочной кислоты (от 1 до 4).

Критерии чистоты лактилатов представлены в табл. 15.7.145.

Таблица 15.7.145

Характеристика лактилатов [102]

Лактат кальция [173] — важный терапевтический препарат при лечении кальциевой недостаточности (рахит) в медицине и ветеринарии.

Применяется он как кровеостанавливающее средство при легочных, желудочно-кишечных, носовых и других кровотечениях, в хирургической практике — для повышения свертываемости крови, для снятия зуда при аллергических заболеваниях.

Лактат магния обладает послабляющим действием, лактат закисного железа применяют при остром и хроническом малокровии.

В ветеринарии молочную кислоту используют для подавления развития вредных кишечных микробов у поросят, только что отнятых от материнского молока; при воспалении желудка, кишечника; при гинекологических заболеваниях; при язвенных поражениях кожи.

Добавление 1% раствора лактата кальция в корм кур повышает яйценоскость на 15 % вследствие уменьшения в кишечнике птиц количества микробов, разрушающих белок.

Молочная кислота находит применение в кожевенной промышленности для декальцинации голья и пушнины; в текстильной промышленности молочная кислота и ее сурьмяная соль применяются в протравном крашении и отделке тканей (аппретуре). Лактаты используют в качестве антикоррозионных агентов в растворах антифризов.

Этил- и бутиллактаты (табл. 15.7.146) [155] применяют в качестве растворителей эфиров целлюлозы, олиф, растительных масел; бутиллактат используется также как растворитель некоторых синтетических полимеров. Важное значение молочная кислота приобретает и как мономер при получении биоразлагаемых полимеров.

Таблица 15.7.146

Свойства некоторых лактатов [155]

Получение полилактидов [180–182]

Полилактиды являются алифатическими полиэфирами, синтезируемыми из молочной (2-гидроксипропионовой) кислоты.

Полилактид является поликристаллическим полимером с температурой стеклования (Т

с), равной 55±5 °С, и температурой размягчения (
Т
р) 170±10 °С. Типичные значения предела прочности и относительного удлинения равны 50 МПа и 2 % соответственно.

Полилактиды используются главным образом в медицине, где не требуются высокие прочность и жесткость. Промышленный полилактид называется EcoPla.

Низкомолекулярные полилактиды можно рассматривать как продукты поликонденсации молочной кислоты. Более высокая степень полимеризации достигается при использовании в качестве мономера циклического димера (лактида, 121

, — 3,6-диметил-1,4-диоксан-2,5-диона), изображенного на рис. 15.7.56. Поэтому для получения полимеров (
122
) в основном используется лактид.

Рис. 15.7.56.

Строение L-лактида (
121
) и поли-L-лактида (
122
)

Получение лактида.

Циклический димер имеет два стереоцентра и, следовательно, три стереоизомера (два энантиомера и мезоформу). Энантиомеры называют L-лактид (получают из L-молочной кислоты) и D-лактид (из D-молочной кислоты).
мезо
-Лактид содержит один атом в L-форме, а другой в D-форме.

Производство лактида заключается в дистилляции молочной кислоты. Сначала отгоняется вода, а затем лактид. Процесс протекает в две стадии. На первой стадии образуется олигомерный линейный лактид при дегидратации молочной кислоты (СП 10–30). На второй стадии олигомер деполимеризуется и при пониженном давлении дает лактид. Лактид отгоняется при 200–240 °С и давлении 5 мм рт. ст.

Из 200 г молочной кислоты получается 125 г лактида, Т

плав 128 °С.

Выход можно повысить добавлением катализатора: порошок цинка, оксид цинка, титанаты, порошок олова.

Оптически чистые L- или D-лактид (Т

плав 96–98 °С) можно получить из чистых энантиомеров.

Синтез полилактида

Поликонденсация молочной кислоты является наиболее простым способом получения полилактида. При удалении воды из раствора молочной кислоты образуется полимер с увеличивающейся СП. Таким образом можно получить полимер с молекулярной массой в несколько тысяч.

При использовании твердых кислотных катализаторов, подобных силикату алюминия или иониту, можно получить полимер с М 30 000 Да.

Используя дегидратирующие агенты, можно получить полимер с М до 36 000 Да. В качестве таких агентов предлагаются: бис-(трихлорметил)-карбонат {(Cl3CO)2CO}; N

,
N
‘-карбонилдиимидазол {(C3H3N2)2CO} и дициклогексилкарбодиимид {DCC, (C6H11N)2C}.

Из лактида могут быть получены полимеры с различной молекулярной массой. Наибольшая молекулярная масса полимера получается при блочной полимеризации, проводимой при низкой температуре с использованием очень чистого лактида и небольшой концентрации катализатора [бис(2-этилгексаноат) олова(II)]. Контролировать молекулярную массу можно добавлением инициатора, в качестве которого используются вода, спирты или амины.

В качестве катализатора предлагается также использовать бис(2,2-диметил-3,5-гептандионато-О

,
О
‘)цинка [(Zn(DMH)2], бис(2,4-пентандионато-
О
,
О
‘)олова [(Sn(Acac)2].

Физические свойства полилактидов сильно зависят от стереохимического состава или тактичности.

Температура размягчения Т

р изотактического L-полилактида и D-полилактида сильно зависит от молекулярной массы и степени кристалличности и может колебаться в диапазоне от 131 до 207 °С. Наиболее часто
Т
р находится в области 180 °С. Атактические полилактиды являются аморфными веществами. Для полимера, содержащего 85 мол. % L-лактида и 15 мол. % D-лактида,
Т
р составляет 125 °С.

Подобно температуре размягчения температура стеклования Т

с увеличивается с повышением степени кристалличности и молекулярной массы. В большинстве случаев
Т
с как для изотактического, так и для атактического полимера лежит в области 60 °С.

История молочной кислоты

Впервые молочная кислота была произведена искусственным путем на заре 18 века в Швеции фармацевтом Карлом Шееле. Ученый в ходе продолжительных экспериментов выделил соединение из коричневого сиропа и прокисшего молока. Позже уже другой химик из другой страны – Анри Браконно из Франции – подтвердил, что кислота образуется при молочнокислом брожении.

Опыт коллег перенял шведский химик Йенс Якоб Берцелиус, выделивший в 1807 году цинковую соль молочной кислоты, которая находится в мышцах.

Изучению молочной кислоты посвятили свою деятельность и отечественные ученые – химики из Советского Союза. Их опыты были крайне успешны. В 30 году 20 века они получили лактат высокого качества. Она не включает в свой состав следы железа, а в ее производстве применяют специальную аппаратуру, препятствующую попаданию примесей железа в кислоту.

Функции молочной кислоты в организме человека

Молочная кислота необходима организму как источник энергетического ресурса, как сырье для синтеза глюкозы и гликогена. Особенно сильно в соединении нуждаются мышцы. Во время интенсивных физических нагрузок молочная кислота, скопившаяся в быстро сокращающихся мышечных волокнах, переходит в «медленные» волокна, сердце и дыхательные мышцы, где применяется в качестве энергетического топлива.

Но в качестве топлива используется только 75% вещества, остальная часть транспортируется кровью в печень и почки, где преобразуется в глюкозу. Излишков лактата в организме не остается, зато в крови безостановочно поддерживается достаточный уровень глюкозы, что особенно важно для проведения длительных тренировок.

Чем лактат полезен для здоровья и физической подготовки

Лактат является источником энергии

В 80–90-х годах Джоржд Брукс доказалLactic Acid Not Athlete’s Poison, But An Energy Source — If You Know How To Use It, 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 обнаружилLactic Acid Not Athlete’s Poison, But An Energy Source — If You Know How To Use It, 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. ИсследованиеLactate, not glucose, up-regulates mitochondrial oxygen consumption both in sham and lateral fluid percussed rat brains. 2006 года показало, что лактат, в отличие от глюкозы, увеличивает количество кислорода, потребляемого митохондриями, что позволяет им выработать больше энергии.

А в 2014 году выяснилосьEffect of lactate on intermediary metabolites expression and mitochondrial biogenesis in perfused hearts (864.5), 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.

ИсследованиеLactate Modulates the Activity of Primary Cortical Neurons through a Receptor-Mediated Pathway 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 выяснилиLactate preserves neuronal metabolism and function following antecedent recurrent hypoglycemia., что незначительное увеличение циркуляции лактата позволяет мозгу нормально функционировать в условиях гипогликемии.

Более того, исследованиеLactate Effectively Covers Energy Demands during Neuronal Network Activity in Neonatal Hippocampal Slices. 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, исследованиеLactate-mediated glia-neuronal signalling in the mammalian brain. 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. ИсследованиеMixed lactate and caffeine compound increases satellite cell activity and anabolic signals for muscle hypertrophy. 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 обнаружилиLactate and the effects of exercise on testosterone secretion: evidence for the involvement of a cAMP-mediated mechanism., 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.

Концентрация молочной кислоты в организме

Концентрация молочной кислоты определяет качество углеводного обмена и степень насыщения тканей кислородом. В организме здорового человека содержание лактата в крови варьируется в диапазоне от 0,6 до 1,3 ммоль/литр. Судороги и прочие неприятные ощущения в мышечных тканях объясняются повышением этого показателя.

Превышение концентрации молочной кислоты в организме свидетельствует о недостатке кислорода. А нехватка кислорода, в свою очередь, является одним из симптомов сердечной недостаточности, анемии и нарушения работы легких. В онкологии превышение концентрации молочной кислоты может быть индикатором роста злокачественных образований. Повышение уровня кислоты может стать причиной болезней цирроза, гепатита и сахарного диабета.

Превышение концентрации молочной кислоты может наблюдаться в здоровом организме – сразу после активных занятий спортом.

Ссылки

1. Regulation (EU) No 528/2012 of the European Parliament and of the Council of 22 May 2012 concerning the making available on the market and use of biocidal products
2. Opinion of the biocidal products committee on the application for approval of the active substance Triclosan in product type 1, ECHA/BPC/066/2015, adopted 17 June 2015
3. Opinion of the biocidal products committee on the application for approval of the active substance L(+)-lactic acid in product type 1, ECHA/BPC/084/2015, adopted 10 December 2015
4. Regulation (EC) No 1272/2008 on classification, labelling and packaging of substances and mixtures
5. S. P. Denyer, G. S. A. B. Stewart, International Biodeterioration & Biodegradation 1998, 41, 261–268
6. R. E. Glover, R. R. Smith, M. V. Jones, S. K. Jackson, C. C. Rowlands, FEMS Microbiology Letters 1999, 177, 57–62
7. J. D. Van Hamme, A. Singh, O. P. Ward, Biotechnology Advances 2006, 24, 604–620
8. J. T. Walton, D. J. Hill, R. G. Protheroe, A. Nevill, H. Gibson, Journal of Applied Microbiology 2008, 105, 309–315

Первоначально статья была опубликована в журнале Household and Personal Care Today, January/February 2022, Vol. 12(1), p. 20–21

Суточная норма молочной кислоты

Четкого определения суточной нормы молочной кислоты не существует. Впрочем, существуют рекомендации от специалистов для людей, ведущих малоподвижный образ жизни, по употреблению пищи с молочной кислотой. Для восстановления баланса молочной кислоты в организме достаточно всего двух стаканов кефира в стуки. Этого будет достаточно для полного усвоения молекул кислоты организмом.

Особенную потребность в лактате испытывают дети в период активного роста, а также взрослые люди, чья работа связана с интеллектуальной деятельностью. А вот пожилой организм не нуждается в больших объемах молочной кислоты.

Синдром запоздалой боли – что это такое?

Если боль после тренировки возникает не сразу, а спустя время, значит, дело не во вредном веществе. Это так называемый синдром запоздалой боли.

Вследствие упорных тренировок на мышцах образуются микротравмы – они очень маленькие, так как составляют всего несколько миллиметров. Обычно они появляются спустя 2-3 суток, тело поражает ноющая боль. Поэтому необходимо отличать избыток молочной кислоты от данного синдрома, чтобы подобрать правильный комплекс лечения.

Как вывести излишек молочной кислоты?

Как проявляется присутствие излишнего количества кислоты в мышцах?

Лактат образуется в мышечных тканях в результате активных тренировок. Она является следствием распада глюкозы и состоит из водорода и аниона лактата.

Водород препятствует свободной передаче нервных импульсов, значительно снижает скорость сокращения мышечных волокон. Накопление большого количества лактата в мышцах сопровождается рядом симптомов, среди которых:

• ощущение жжения в задействуемых в процессе тренировок мышцах;
• дискомфорт во всем теле;
• общая слабость и ощутимый упадок сил, отсутствие интереса к окружающей среде;
• дискомфорт при движении;
• боль при последующих тренировках;
• при особенно большом избытке лактата может наблюдаться повышение температуры.

Неприятные ощущения могут сохраняться на протяжении нескольких дней, после чего проходить без каких-либо манипуляций с вашей стороны. А вот при особенно большом излишке молочной кислоты восстановление мышечных волокон может затянуться на более продолжительный период. При возникновении сильного жжения рекомендуется на некоторое время снизить интенсивность тренировок.

Почему молочная кислота не выводится из организма самостоятельно?

Во время работы мышечных тканей требуется постоянное поступление кислорода для непрерывного пополнения запаса энергии. Но при особенно интенсивных сокращениях мышечных волокон, скорость кровообращения в них снижается, а поступление кислорода блокируется. Тело, вместе с этим, не перестает функционировать, соответственно, организм ищет другие пути для получения необходимой ему энергии, посредством синтеза гликогена в АТФ. В мышцах по итогу образуется лактат. Организм не способен сразу вывести ее всю, поэтому вещество скапливается, в теле возникают неприятные ощущения.

Продолжительное пребывание молочной кислоты в мышечных тканях может вызвать следующие реакции организма:

• недостаточное количество энергетического ресурса;
• нехватку креатина в мышечных волокнах;
• остановка синтеза белка;
• активация кортизола;
• снижение производства инсулина.

Как нейтрализовать молочную кислоту?

Единого мнения относительно выведения лактата из организма у врачей нет. Одни специалисты утверждают, что способа, который позволил бы вывести соединение из организма, не существует. Они говорят о том, что единственное, что можно сделать – снизить неприятные ощущения:

• правильное сбалансированное питание;
• употребление фрешей из свежих фруктов и ягод, насыщенных антиоксидантами;
• употребление травяных чаев и отваров, в частности – на основе крапивы, боярышника и шиповника;
• обильное питье как во время, так и после физической активности;
• принятие горячих ванн – вода обязательно должна быть горячей: это поможет ускорить процесс кровообращения;
• использование согревающей мази;
• соблюдение режима отдыха – здоровый сон способствует восстановлению организма;
• сауна и баня.

В снижении дискомфорта могут помочь: контрастный душ, массаж, употребление травяного отвара сразу после тренировки и введение большого количества овощей, фруктов и зелени в свой ежедневный рацион.

Есть определенные правила насчет того, чего делать не рекомендуется. Так, например, специалисты не советуют употреблять быстрые углеводы и алкогольные напитки, поскольку они ощутимо замедляют процесс восстановления мышечных тканей. Не стоит употреблять обезболивающие препараты, поскольку они тормозят процесс выведения молочной кислоты.

Если вы не хотите ощущать боль в мышцах после тренировки, прекращать употребление вышеназванных продуктов необходимо заранее. А перед началом занятий спортом очень важно тщательно разогреться и выполнить растяжку по завершению тренировки. Не рекомендуется резко изменять программу тренировок и не особенно усердствовать, не имя достаточного опыта для этого.

Как избавиться себя от молочной кислоты? Практические рекомендации

Большое количество новичков в зале почти постоянно испытывают дискомфорт от тренировок, которые и приводят к жжению в мышцах. Но если запомнить простые советы (что идут дальше), уровень комфорта занятий повысится, а неприятные ощущения будут сведены к минимуму. Итак, чтобы накопление молочной кислоты проходило в малых количествах, нужно:

• Начинать тренировку с разминки. Она должна быть легкой и разогревающей;
• Растягивать мышцы после каждого повтора упражнения/после завершения сета;
• Увеличивать вес нагрузки постепенно по мере того, как мышцы будут готовы к этому;
• Не пропускать тренировки, чтобы мышцы привыкали к нагрузкам;
• Полностью восстанавливаться после каждой тренировки.

На этом все. Если следовать простым советам и взять на вооружение приведенную информацию, можно без труда научиться управлять наиболее сильным катализатором интенсивности тренингов.

Полезные свойства молочной кислоты

Молочная кислота, как уже было сказано выше, обеспечивает организм необходимым ему энергетическим ресурсом. Она принимает участие в метаболических процессах и в выработке глюкозы. Это органическое соединение требуется для исправной работы сердечной мышцы, правильного функционирования нервной системы, мозга и перечня других органов.

Лактат входит в состав косметических средств, применяемых для удаления кутикулы. Она при этом не оказывает никакого воздействия на обычную кожу, а воздействует исключительно на ороговевшие ее слои. Благодаря этим особенностям, средства, в составе которых присутствует рассматриваемое вещество, используют также для удаления мозолей и бородавок.

Кроме того, лактат благоприятно сказывается на состоянии волос. Благодаря ему они становятся более мягкими и послушными, приобретают красивый здоровый блеск. Средство хорошо взаимодействует как с сухими, так и с нормальными волосами. Маску с лактатом выдерживают на волосах в течение получала, после чего смывают ее теплой водой.

Молочную кислоту применяют для продления молодости кожи. Ежедневные умывания кислым молоком способствуют ее очищению и повышению упругости.

Вред молочной кислоты и противопоказания к ее употреблению

Избыток любого вещества в человеческом организме не является нормой и точное не несет пользу. Лактат в избытке негативным образом сказывается на состоянии крови: она изменяет ее состав и ведет к развитию лактацидоза. В результате заболевания в организме резко понижается уровень рН, что приводит к нарушению функционирования практически всех органов.

Однако стоит отметить, что такое заболевание не возникнет даже при самых интенсивных тренировках – оно, как правило, сопутствует лейкозу, диабету, острым потерям крови и сепсису.

Сферы применения молочной кислоты

Пищевая промышленность

В первую очередь молочная кислота получила широкое распространение в пищевой промышленности. В производстве продуктов питания она известна под индексом Е270. Соединение используют как в качестве окислителя, так и в качестве консерванта. Благодаря молочной кислоте значительно увеличивается срок хранения продуктов питания: в процессе длительного хранения продукция не приобретает неприятного запаха и вкуса.

Лактат как пищевая добавка разрешена к применению во всех странах.

Встретить молочную кислоту можно в следующих продуктах:

• сладости;
• соки и газированные напитки;
• соусы на растительной основе;
• пиво;
• консервы – как овощные, так и мясные;
• жиры растительного происхождения;
• алкогольные напитки;
• сыр и молочные продукты;
• рыбные полуфабрикаты.

Молочная кислота способна не только продлевать их срок годности, но и улучшать вкус, цвет, консистенцию, а также защищать от бактерий.

Косметология

В современной косметологии средства на основе кислот пользуются большой популярностью. Особенно популярны средства на основе молочной кислоты. Она имеет безопасное естественное происхождение, а значит более безопасна для человека.

Так, кислота способствует отшелушиванию отмерших клеток, сужению пор, отбеливанию пигментных пятен и улучшению тона кожи лица, устранению несовершенств и воспалений, избавлению от рубцов.

Молочная кислота популярна в гинекологических продуктах. Ее часто используют как регулятор кислотности в средствах интимной гигиены.

Фармацевтика

Безопасность молочной кислоты позволяет вводить ее в состав лечебных препаратов. Соединение, применяемое в медикаментах, характеризуется высокой чистотой и производится исключительно на высококачественном оборудовании с дополнительной защитой от включения примесей железа.

Среди аптечных препаратов особенной популярностью пользуются средства, помогающие избавиться от грибка кожи и ногтевой пластины. Лактат нередко включают в состав противомикробных средств, применяющихся для поддержания микрофлоры желудка. Вещество способствует расслаблению желудочных и кишечных сфинктеров и предотвращению развития патогенной микрофлоры.

Ветеринария

В ветеринарии молочную кислоту применяют в качестве противобродильного продукта, применяемого для лечения желудочных заболеваний. Свойства соединения используются для профилактики развития заболеваний органов дыхательных путей. Средства на основе молочной кислоты дают лошадям, жвачным животным, лисицам и крупному рогатому скоту для лечения заболеваний желудка.

На птицефабриках соединение применяют для повышения яйценоскости и прочности кислоты. Ее используют как дополнительный метаболит.

Применение

Молочная кислота используется преимущественно в трёх сферах: пищевой промышленности, производстве полимеров и других промышленных целях.

В пищевой промышленности молочная кислота используется как консервант и подкислитель. Благодаря тому, что её соли хорошо растворимы в воде, их также можно использовать в тех продуктах, где важно значение pH. Молочная кислота и её соли используются в напитках, конфетах, мясных изделиях и соусах. Лактат кальция добавляется в продукты как источник кальция.

В полимерной промышленности из молочной кислоты получают полилактид. Производится он из лактида полимеризацией с раскрытием цикла. Сам же лактид получают конденсацией молочной кислоты.

Также молочная кислота используется в покрытии металлов, косметике, текстильной и кожевенной промышленности. Её эфиры находят применение в производстве красок и чернил, электроники и чистке металлов.

Косметические средства, содержащие молочную кислоту

Наиболее часто молочную кислоту включают в состав шампуней и прочих средств для волос, а также в состав пилингов. Кислота способствует улучшению качества шевелюры: волосы приобретают здоровое сияние, становятся более мягкими и послушными. Их становится легко расчесывать и укладывать.

В составе пилингов молочная кислота способствует отшелушиванию отмерших клеток кожи, улучшению тона лица, удалению пигментных пятен и улучшению структуры кожи. Молочная кислота способствует сужению и очищению пор.

Пилинг с молочной кислотой в домашних условиях

Использование пилинга с домашней кислотой приводит к следующему эффекту:

• удалению жирного блеска;
• снижению интенсивности покраснений и воспалительных процессов;
• разглаживанию неглубоких морщин;
• улучшению рельефа лица;
• удалению пятен от прыщей;
• устранению нежелательной пигментации;
• кожа становится более свежей.

Не рекомендуется использовать пилинги на основе молочной кислоты при лактации, в период беременности, при злокачественных новообразованиях, склонности к образованию рубцовых тканей, сосудистым звездочкам на лице и чрезмерно чувствительной коже.

Для приготовления пилинга вам понадобится, собственно, лактат – 0,5 г. и очищенная вода – 9,5 г. Косметологи рекомендуют позаботиться о средстве для нейтрализации молочной кислоты. Его можно приготовить из соды и дистиллированной воды, смешанных в одинаковых пропорциях.

Для более легкого пилинга можно использовать следующий рецепт:

• жирная сметана – 1 ст.л.;
• желток – 1 шт.;
• измельченные овсяные хлопья – 1 ч.л.;
• лимонный сок – 1 ч.л.

Перед началом процедуры как в домашних условиях, так и в условиях салона, рекомендуется провести тест на степень чувствительности кожного покрова к кислоте.

Перед началом самой процедуры необходимо тщательно очистить кожу от жировых загрязнений и остатков макияжа. Наилучшим образом для этих целей подойдет тоник. Наносить пилинг лучше всего кисточкой, но за неимением таковой можно использовать и обычные ватные диски. Начинать нанесение необходимо со лба, постепенно опускаясь на подбородок. Сразу после завершения процедуры необходимо нанести на лицо увлажняющую маску.

Зачем спортсмену измеряют лактат?

В профессиональном спорте лактат используют как индикатор интенсивности нагрузки. Уровень лактата повышается с увеличением интенсивности, поэтому по количеству лактата в крови определяют тип тренировки и вычисляют зоны интенсивности. Концентрация лактата в крови в разных зонах интенсивности:

• в аэробной зоне — 2 ммоль/л
• в транзитной зоне — 4-10 ммоль/л
• в анаэробной зоне — более 10 ммоль/л

Проведя лактатный тест, можно наиболее точно определить ПАНО спортсмена или лактатный порог. Уровень лактата 4 ммоль/л считается примерным уровнем ПАНО — моментом, когда организм переключается с преимущественно аэробного режима на анаэробный. Многие спортсмены-любители занимаются до изнеможения, ошибочно полагая, что чем интенсивнее тренировка — тем выше результат. Усталость и сбитая координация, как правило, признак высокого уровня лактата в крови. Частые тренировки на высокой интенсивности не только не приносят результата, но и ухудшают физическую форму и приводят к перетренированности.

Замер уровня лактата в крови. Источник: trackanalysis.co.uk

Зная свой лактатный порог, можно построить эффективный тренировочный план и тренироваться с нужной интенсивностью. Например: тренировки на уровне лактатного порога (то есть при концентрации лактата в крови около 4 ммоль/л) развивают пороговую скорость спортсмена и повышают ПАНО. Тренировки на уровне лактата 0,5-1,5 ммоль/л считаются восстановительными, а при концентрации лактата 2-4 ммоль/л выполняются аэробные тренировки, которые составляют основную часть тренировочного плана спортсмена на выносливость.

Во время тренировочного цикла по уровню лактата следят за эффективностью подготовки спортсмена. Если со временем уровень лактата при одних и тех же нагрузках снижается — это говорит о росте спортивной формы, если повышается — о спаде формы. В последнем случае корректируют тренировочный план.

Пилинг молочной кислотой – отзывы

Александра, 30 лет

Молочная кислота для лица – это средство, которое я использую регулярно в осенне-зимний период и весной. Кислотные пилинги при солнечной активности делать нельзя. Пилинг молочной кислотой на регулятной основе освежает кожу, удаляет отмирающие слои эпидермиса и помогает добавить свежести. Люблю использовать это средство для ног, чтобы убрать отвердевшую кожу со ступней.

Анжела, 33 года

Пилинг молочной кислотой решила попробовать из-за проблемной кожи лица – боролась с акне. Результат очень обрадовал, кожа разглаживается, количество прыщей заметно уменьшается. Немного дискомфортно на следующий день, кожа шелушится, но это длится всего день. Использую кислоты невысокой концентрации. Молочная кислота для лица – оптимальное на данный момент средство, которое подходит моей коже. Кроме уменьшения акне кожа омолаживается и выглядит гораздо свежее.

Елена, 41 год

По моему мнению пилинг молочной кислотой – это лучшая процедура для омоложения кожи! Несмотря на то, что такая процедура считается косметологами одной из самых щадящих, результат превзошел все мои ожидания! Возрастные морщины разглаживаются, при регулярных пилингах ощущается накопительный эффект! Всем рекомендую!

Почему вызывает боль в мышцах?

Чем интенсивнее тренируется спортсмен, тем больше его организм нуждается в легкодоступной энергии — и тем активнее тело вырабатывает молочную кислоту при переработке углеводов. Однако ее избыточное накопление способно вызывать характерное жжение и легкую боль в мышцах, мешая выполнению упражнений¹.

Порядка 90% молочной кислоты утилизируется в течение часа после окончания тренировки — то есть, она выводится из организма и не может являться причиной боли на следующий день. Несмотря на это, молочная кислота снижает уровень pH в мышцах — что влияет на их биохимию.

Отметим и то, что выше нагрузка и чем ниже уровень физической подготовки человека, тем большее вырабатывается молочной кислоты — но причина кроется не в генетических отличиях, а в способности организма накапливать (и использовать) достаточное количество гликогена.

Связана ли боль с набором массы?

Некоторые атлеты считают, что молочная кислота помогает стимулировать выработку тестостерона — и используют специальную стратегию тренировок для ее повышения. Прежде всего, речь идет о тренировках на пампинг и выполнении упражнений по схеме пирамиды или до отказа.

Частично это верно. Высокий уровень молочной кислоты и низкий pH действительно повышают выработку гормона роста — однако далеко не в том количестве, которое принципиально изменит метаболизм у новичка². Другими словами, данная методика подходит лишь профессионалам.