CC BY
63
РАЗОБЩЕННОЕ ТКАНЕВОЕ ДЫХАНИЕ ПРИ МЫШЕЧНОЙ РАБОТЕ: ПОТЕРЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИЛИ ГОМЕОСТАТИЧЕСКАЯ ВЫГОДА?
В.Д. Сонькин1,2
Щнститут возрастной физиологии РАО, г. Москва, Россия; 2Российский государственный университет физической культуры, спорта, молодежи и туризма,
г. Москва, Россия
В 70-е годы прошлого века был открыт белок «термогенин», которому приписывалась ключевая роль в терморегуляторной функции митохондрий бурого жира у мелких млекопитающих. В результате активности этого белка часть энергии окисления превращалась сразу в тепло, а не в макроэргические связи. Однако вскоре оказалось, что существует целое семейство разобщающих белков «иСР» (uncouplingproteins), которые активно исследуются в последние 10-15 лет благодаря тому, что разобщение окисления и фосфо-рилирования в митохондриях ассоциируется с контролем массы тела и жироотложения. Белки семейства иСР благодаря своей структуре, позволяют протонам из межмембранного пространства митохондрии возвращаться в митохондриальный матрикс, минуя АТФ-син-тазу, таким образом, снижая количество синтезированного АТФ. При этом освобождающаяся в окислительно-восстановительных реакциях цикла Кребса энергия преобразуется в тепло.
До недавнего времени полагали, что разобщение окисления и фосфорилирования в митохондриях имеет смысл для терморегуляции, а в остальных случаях отражает неблагоприятное воздействие разнообразных стресс-факторов. Между тем, вскоре оказалось, что-эти «разрушительные» белки встречаются не только в буром жире, но также и в других тканях, имеющих совершенно конкретные энергоемкие физиологические функции. Белок иСР2 обнаруживается в скелетных мышцах, белой жировой ткани, легких и почках, а также в сердце и центральной нервной системе. Экспрессия иСРЗ ограничена, главным образом, скелетными мышцами. Зачем они там, чем помогают организму?
Имеются данные о том, что бурая жировая ткань (БЖТ), содержащая значительные количества белка иСР1, способна поглощать молочную кислоту, и эта ее способность усиливается под влиянием физической тренировки, что было показано на мышах итальянской командой ученых. В наших исследованиях на спортсменах было показано, что кратковременная (1 мин) активация несократительного термогенеза за счет острого регионального холодового воздействия ведет к значительному (1,5-кратному) снижению уровня лактата в крови в условиях мышечного покоя. При напряженной мышечной работе (рамптест до достижения МПК) с помощью инфракрасной термографии мы обнаружили возрастание температуры поверхности участков тела, где чаще всего бывают расположены анклавы бурой жировой ткани.
Менее очевиден функциональный смысл присутствия разобщающих белков в митохондриях тканей, не предназначенных для терморегуляции. На сегодняшний день в литературе преобладает мнение, что разобщающие белки участвуют в противостоянии оксидативному стрессу и старению, хотя конкретные механизмы этих форм активности пока не расшифрованы.
Мутации в генах разобщающих белков, влияющие на экспрессию данных генов, или нарушающие структуру синтезируемого белка, могут оказывать влияние на степень разобщения процессов клеточного дыхания и окислительного фосфорилирования. Некоторые характеристики образа жизни также способны модулировать экспрессию генов разобщающих белков, хотя в данных разных авторов немало противоречий. Так, показано,
что ограничение калорийности пищи приводит к двукратному увеличению экспрессии генов иСР2 и иСРЗ в адипоцитах и скелетных мышцах. В то же время, увеличение количества жиров в пище приводит к увеличению экспрессии генов тех же разобщающих белков 2 и 3; длительные тренировки на выносливость снижают экспрессию разобщающих белков.
Полученные нами совместно с генетиками результаты позволяют сделать несколько предварительных гипотетических утверждений, которые требуют дальнейшей экспериментальной проверки как на генетическом, так и на физиологическом уровне:
1) Работоспособность спортсменов в различных ее проявлениях, как в аэробном (рамптест), так и в анаэробном (Вингейтский тест) диапазоне, подкрепляется разобщением дыхания и фосфорилирования в мышцах, что ставит вопрос о вероятной позитивной роли разобщающих белков в поддержании го-меостаза.
2) Энергозатраты на тяжелую физическую работу выше у обладателей активно разобщающих окисление и фосфорилирование членов семейства иСР (в первую очередь - 3), что может быть важным аргументом в пользу эффективности физических нагрузок для нормализации жирового обмена и контроля массы тела избирательно у этой части популяции.
3) Наличие в организме активных аллелей разобщающего белка иСР2 стимулирует вентиляторную функцию легких при напряженной физической работе циклического характера, что способствует нормализации состояния внутренней среды организма.
4) Повышенные значения эргометриче-ских показателей аэробной работоспособности (на уровне АнП и МПК) у обладателей активных разобщающих белков могут быть следствием эффективной утилизации молочной кислоты, в которой, вероятно, могут участвовать митохондрии БЖТ, скелетных мышц, а также другие, имеющие в своей структуре разобщающие белки.
