Автор
— Фишман Р.
Как родился и почему неверен миф о том, что молочная кислота (на самом деле в организме образуется лактат) вызывает повышение кислотности мышечных клеток во время тяжелых физических нагрузок.
Интенсивные физические нагрузки приводят к повышению кислотности в тканях мускулов. Обычно его связывают с производством и накоплением лактата (присутствующей в организме соли молочной кислоты) – об этом можно прочесть и в популярных статьях, и в профессиональных учебниках. Однако все больше исследований указывают на то, что хотя и существует корреляция между увеличением содержания лактата и кислотности в активно работающих мышечных клетках, причинно-следственные связи здесь совсем другие. Судя по всему, он, наоборот, способствует «смягчению» этого процесса.
Американские физиологи Роберт Робергз (Robert Robergs), Фарзенах Гиашванд (Farzenah Ghiasvand) и Дэрил Паркер (Daryl Parker) провели детальный разбор биохимических процессов, которые обеспечивают энергией активно работающую мышечную клетку и ведут к закислению ее среды. Их отчет в 2004 г. вышел в «Американском журнале физиологии». К нему мы и отсылаем читателей за множеством полезных подробностей, здесь же попробуем доступно изложить основные пояснения и выводы авторов статьи.
Что нужно знать для начала
- Кислотами называются соединения, легко отдающие катион водорода H+ (протон). Поэтому кислотность среды определяют через водородный показатель (рН), который соответствует содержанию протонов в растворе. рН – обратный степенной показатель, поэтому чем он ниже, тем выше кислотность. Нейтральной считается среда с рН 7, а рН близкий к единице соответствует сильной кислоте.
- Ключевым носителем энергии – «топливом» – почти всех процессов в живой клетке являются молекулы аденозитрифосфата (АТФ). Отдавая один фосфат и превращаясь в АДФ, они выделяют энергию. И наоборот, присоединение фосфата к АДФ требует энергии и позволяет ее запасать.
- Не слишком эффективный, но простой и быстрый путь получения АТФ – это гликолиз, который может проходить и без участия кислорода. В этом случае глюкоза превращается в пируват и образуются две молекулы АТФ.
- Главным источником АТФ в клетках нашего организма являются реакции окислительного фосфорилирования («дыхания»). Они происходят на мембранах клеточных органелл, митохондрий. Здесь с помощью кислорода пируват окисляется до углекислого газа и воды, и его энергия используется для синтеза АТФ. В сумме это позволяет получить до 38 молекул АТФ на каждую молекулу глюкозы.
- В качестве промежуточных и побочных продуктов всех этих реакций образуются «промежуточные кислоты»1 и свободные протоны, способные менять рН внутриклеточной среды. Выходя в межклеточное пространство и кровоток, некоторые из них могут влиять и на их кислотность.
Термин «промежуточные кислоты» вводит в заблуждение. Несмотря на то, что эти молекулы по структуре карбоновые кислоты, детальное рассмотрение биохимических процессов показывает, что эти молекулы образуют кислые соли, и ни одна из них не существует в виде кислоты и не служит источником протонов.
Интерпретация результатов: норма, причины повышения показателей
Референсные значения: 0,5-2,2 ммоль/литр. Снижение показателей не имеет критического значения. Высокий уровень этого вещества может указывать на различные заболевания, в том числе, и на опасные для жизни состояния. Например, повышение показателей наблюдается при острой сердечной недостаточности, лейкозе, нарушении кровообращения, диабете. Поставить точный диагноз и назначить лечение может только врач. Также повышение показателей может быть вызвано эмоциональным или физическими перенапряжением, алкогольной интоксикацией. Даже при отсутствии симптомов в случае выявления нарушений состояние пациента должно контролироваться врачом.
Причем тут лактат
Молочная кислота была открыта еще в конце XVIII в. Как легко догадаться, ее выделили из молока, хотя вскоре нашли в самых разных тканях живых организмов. В начале ХХ в. на нее обратили внимание физиологи Отто Мейергоф и Арчибальд Хилл, которые в 1922 получили Нобелевскую премию за изучение базовых механизмов мышечной деятельности.
Хилл заметил, что мышцы способны сокращаться и в отсутствие кислорода, а Мейергоф описал механизмы, которые обеспечивают эту работу. Он установил все ключевые реакции гликолиза и продемонстрировал, что молочная кислота является одним из его побочных продуктов – в условиях недостатка кислорода она образуется из пирувата.
Логика ученых казалась железной: «перенапрягаясь», мышечные клетки расходуют энергию АТФ быстрее, чем кислородное дыхание митохондрий восполняет ее запасы. В этих условиях они обращаются к менее эффективным, но быстрым путям синтеза АТФ, в частности, к гликолизу, который ведет к накоплению молочной кислоты и снижению рН.
Однако дальнейшие исследования показали, что не все в этих рассуждениях так гладко. Главное, что нужно знать – в организме образуется лактат, а не молочная кислота. Кажущаяся небольшая разница (ведь в растворе лактат и протоны) привела к десятилетиям неправильного объяснения сути процессов и значения лактата. Чтобы понять, в чем тут ошибка, нам придется получше разобраться в энергетическом метаболизме мышечной клетки и появлении лактата.
Рис. 1.
Между рН среды в мышечной клетке, с одной стороны, и количеством пирувата и лактата, с другой, обнаруживается яркая линейная корреляция. Однако она еще не говорит о причинно-следственной связи.
Виды мышечной боли
Как отличить травму от крепатуры? По субъективным ощущениям, возникающим в теле после физической нагрузки.
Естественная боль
. Возникает после тренировки. Проработка мышц приводит к микротравмам: волокна буквально рвутся, их заполняет молочная кислота. В процессе регенерации ткань удлиняется и увеличивается в объеме, в итоге получается тот самый красивый мышечный рельеф. Такая боль не несет вреда организму и является результатом стресса, испытанного мышцами.
Запаздывающая боль
. Может возникнуть спустя несколько дней после интенсивных нагрузок. В результате крепатура такого типа не дает мышцам нормально сокращаться. Как избавиться от этой проблемы? Только дополнительными тренировками. В противном случае нагрузка окажется бесполезной, мышцы не станут развиваться, а вернутся в свое исходное состояние.
Боль, вызванная травмой
. Возникает сразу при травматизации мышцы или связки. Имеет острый характер, не проходит спустя 2-3 дня после нагрузки.
Гликолиз и другие
Во-первых, клетки мышечной ткани содержат запас креатинфосфата – высокоэнергетических молекул, которые способны обеспечить им краткий, но чрезвычайно быстрый источник энергии для «взрывной» активности. Упрощенно эта реакция выглядит так: креатинфосфат + АДФ + протон -> креатин + АТФ. Как видим, в ходе этого процесса идет связывание протонов, и он ведет к росту рН, то есть – к снижению кислотности.
Второй путь быстрого получения энергии – гликолиз, который позволяет получать АТФ из глюкозы (поступающей с кровью) или гликогена, полисахарида, сложенного остатками той же глюкозы (и запасенного в мышечной ткани). Чаще клетка полагается на гликоген, но в целом реакции в обоих случаях примерно одинаковы. Схематически их итог описывается так: глюкоза + 2 АДФ -> 2 пирувата + 2 АТФ + 2 протона.
Накопление протонов, казалось бы, должно вести к росту кислотности. Однако при детальном рассмотрении оказывается, что некоторые реакции, из которых состоит гликолиз, ведут не к росту, а к снижению кислотности среды. Потребляют протон и некоторые превращения его продукта (пирувата). Примером тому может служить лактат – вот реакция его синтеза: пируват + NADH + протон -> лактат + NAD+.
В этом уравнении NAD+ – кофермент, который требуется для некоторых реакций гликолиза. NAD (никотинамидадениндинуклеотид) сравнительно легко переходит между окисленной (NAD+) и восстановленной (NADH) формами. Это делает его весьма универсальным «инструментом», который используют ферменты для проведения самых разных реакций, где нужно получать электрон от одного вещества и доставлять его на другое. Используется NAD и в гликолизе.
Превращение пирувата в лактат не только приносит клетке кофермент NAD+, но и снижает концентрацию протонов, замедляя закисление внутриклеточной среды. Если соединить приведенные выше уравнения гликолиза и синтеза лактата, то мы увидим, что этот тандем дает вовсе нулевое изменение баланса протонов.
Более того, лактат выводится из клетки белком (Лактат — /Н+ симпортом), который использует для этого еще один протон, также выбрасывая его наружу. Это еще заметнее снижает увеличение кислотности в клетке. Возникает вопрос: откуда же тогда берутся в ней все те протоны, которые ведут к закислению внутриклеточной среды?
Рис. 2
. По мере работы мускульной клетки в ней нарастают процессы выведение накопившейся лактата и протонов.
Выводы
Как убрать крепатуру в мышцах? Больше тренироваться, но при этом подобрать оптимальную интенсивность нагрузок. Для профилактики боли в мышцах нужно выполнять ежедневную зарядку, которая поможет разогреться и разогнать молочную кислоту. Особенно важный момент для начинающих – это постепенное увеличение нагрузок. Кроме того, нужно не забывать о правильном питании и питьевом режиме. Все это поможет держать организм в тонусе, предотвратит болевой синдром и застой в мышцах. А если избежать проблемы не удалось – обратитесь за помощью к профессиональному массажисту, сделайте несколько упражнений на растяжку или примите горячую ванну. И, конечно, помните о продукции Herbalife Nutrition, которая может помочь предотвратить серьезные травмы и быстрее восстановиться даже после серьезных нагрузок.
Ссылки:
* Does Exercise-Induced Muscle Damage Play a Role in Skeletal Muscle Hypertrophy? https://www.researchgate.net/publication/221841567_Does_Exercise-Induced_Muscle_Damage_Play_a_Role_in_Skeletal_Muscle_Hypertrophy
** Синтия Вейдер. Йога + пилатес = йогалатес. Модный фитнес для души https://booksbunker.com/sintiya_veyder/65045/
*** Арнольд Шварценеггер. Новая энциклопедия бодибилдинга. Книга 5: Здоровье, питание и диета. https://www.litmir.me/br/?b=178801
Пересчитываем протоны
Первым и основным источником протонов в активно работающей мышечной клетке считается не синтез, а распад АТФ, энергия которого используется для сокращений и расслаблений: АТФ + вода -> АДФ + фосфат + протон. Сам по себе фосфат способен служить буферной системой, которая смягчает колебания кислотности среды (так он и работает в организме), но он активно вовлекается в новые реакции в клетке, и не слишком эффективно решает эту проблему.
Другой источник протонов – упомянутый выше кофермент NAD+, который в ходе реакций гликолиза теряет протон, превращаясь в NADH. К слову, значительная часть протонов (а также фосфата и пирувата), оказавшихся во внутриклеточной среде, транспортируется в митохондрии и используется для проходящих в ней процессов окислительного фосфорилирования. Таким образом, митохондрии также можно назвать фактором снижения кислотности. Но когда мышцы с огромной интенсивностью поглощают энергию, перерабатывая АТФ в АДФ, эта реакция оказывается сильнее всех, действующих против нее.
Рис. 3.
Баланс между образованием и использованием протонов в работающей мышечной клетке. Появление протонов связано с гидролизом АТФ и реакциями гликолиза. Расходуются они в реакциях креатинфосфата и лактата. Кроме того, протоны связываются с неорганическим фосфатом и буферными соединениями цитоплазмы.
Как избежать возникновения крепатуры?
К сожалению, никак. Единственный способ избежать боли в мышцах – не тренироваться вовсе или выбирать щадящий режим с минимальными нагрузками. Однако это не значит, что любые упражнения будут приносить неприятные ощущения. Снизить болевой синдром можно, если следовать нескольким простым правилам:
- обязательно разминайтесь перед тренировкой. На это должно уйти не менее двадцати минут, а в процессе разминки необходимо прогреть все группы мышц;
- пейте чистую воду во время выполнения или после упражнений;
- увеличивайте нагрузку постепенно;
- после тренировки сделайте несколько упражнений на растяжку и расслабление;
- обратите внимание на специализированный пищевой продукт для питания спортсменов. Например, восстанавливающий коктейль Herbalife 24, обогащенный железом для дополнительного обеспечения тканей кислородом, может помочь быстрее прийти в норму после физических нагрузок и избежать травм. В составе есть белок и L-глутамин, которые способствуют еще и наращению мышечной массы. За счет приятного вкуса можно насладиться коктейлем и одновременно восполнить силы.
Это важно! Все упражнения нужно выполнять плавно, без резких движений и рывков, так как это минимизирует риск повреждения мышц и связок.**
Итого
Итак, метаболический ацидоз – закисление среды мышечных клеток во время интенсивной работы – связан с использованием энергии АТФ, а не с синтезом и накоплением лактата. Его производство необходимо клетке для восполнения затрат кофермента NAD+, необходимого для гликолиза и получения новых «энергетических» молекул АТФ.
Это производство (а также транспорт лактата наружу) требует потребления протонов, снижая их концентрацию в клетке. Поэтому образование и накопление лактата может служить хорошим индикатором закисления клеточной среды, но они не связаны как причина и следствие.
Источник:
https://ajpregu.physiology.org/
