Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,931

ИЗУЧЕНИЕ РОЛИ ПЕПТИДЕРГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ В РЕГУЛЯЦИИ МЕТАБОЛИЗМА ГЛЮКОЗЫ ПРИ ФИЗИЧЕСКОЙ РАБОТЕ

Соловьев В.Б. 1 Володин Р.Н. 2
1 Пензенский Государственный Университет
2 Пензенский артиллерийский инженерный институт
Изучены концентрации регуляторных пептидов и гормонов, контролирующих метаболизм глюкозы у человека во время физической работы. Показаны существенные отличия в концентрации глюкозы и лактата, а также регуляторных молекул, контролирующих метаболизм глюкозы у спортсменов высокой квалификации и людей, не занимающихся спортом. Предложены механизмы участия инсулина, глюкагона, лептина, адренокортикотропного гормона, адреналина и глюкокортикоидов в адаптации к физической работе. Существенное увеличение уровня АКТГ и гормонов надпочечников, наблюдаемое у неспортсменов при физической работе является, по-видимому, неспецифическим ответом, характерным для стресс-реакции. Однако адаптационные изменения, наблюдаемые в сыворотке крови спортсменов в состоянии покоя и при физической активности отличаются от показателей, характерных для хронического стресса (эмоционального, болевого, иммобилизационного и др.).
адаптация
глюкокортикоиды
адреналин
адренокортикотропин
лептин
глюкагон
инсулин
лактат
метаболизм глюкозы
физическая работа
пептидергическая система
1. Лакин Г.Ф. Биометрия. – М. : Высш. шк., 1990. – 352 с.
2. Соловьев В.Б., Генгин М.Т., Скуднов В.М., Петрушова О.П. Кислотно-основные показатели крови спортсменов различных квалификационных групп в норме и при физической работе // Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. – 2010. – Т. 96. - № 5. - С. 539-544.
3. Соловьев В.Б., Соловьева О.В., Столяров А.А., Скуднов В.М. Влияние физической работы на уровень регуляторных пептидов и активность ферментов их обмена в сыворотке крови спортсменов различных квалификационных групп // Actualscience. - 2015. - Т. 1. - № 2 (2). - С. 6-16.
4. Charbonneau A., Couturier K., Gauthier M.S., Lavoie J.M. Evidence of hepatic glucagon resistance associated with hepatic steatosis: reversal effect of training // Int. J. Sports Med. – 2005. – V. 26, N 6. – P. 432-441.
5. Chrousos C.P., Gold P.W. The concept of stress systems disorders: overview of physical and behavioral homeostasis // JAMA – 1992. – V. 267. – P. 1244-1252.
6. During M.J., Cao L., Zuzga D.S., Francis J.S., Fitzsimons H.L., Jiao X., Bland R.J. Glucagon-like peptide-1 receptor is involved in learning and neuroprotection // Nat. Med. – 2003. - V 9. - N 9. - P. 1173-1179.
7. Geir S., Robstad B., Skjønsberg O.H., Borchsenius F. Respiratory gas exchange indices for estimating the threshold // Journal of Sports Science and Medicine. - 2005. - № 4. - Р. 29-36.
8. Genuth S., Lebovitz H.E. Stimulation of insulin release by coricotropin // Endocrinology. – 1965. – V. 76. – P. 1093-1099.
9. Gilman C.P., Perry T., Furukawa K., Grieg N.H., Egan J.M., Mattson M.P. Glucagon-like peptide 1 modulates calcium responses to glutamate and membrane depolarization in hippocampal neurons // J Neurochem. – 2003. – V. 87. - N 5. – P. 1137-1144.
10. Hackney A.C. Exercise as a stressor to the human neuroendocrine system // Medicina (Kaunas). – 2006. – V. 42. - N 10. - P. 788-797.
11. Harvey J. Leptin: a multifaceted hormone in the central nervous system // Mol. Neurobiol. – 2003. – V. 28, N 3. – P. 245-258.
12. Jornayvaz F.R. Hepatic insulin resistance in mice with hepatic overexpression of diacylglycerol acyltransferase 2 // PNAS. – 2011. - V 3. – P. 1-5.
13. Khoo E.Y., Wallis J., Tsintzas K., Macdonald I.A., Mansell P. Effects of exenatide on circulating glucose, insulin, glucagon, cortisol and catecholamines in healthy volunteers during exercise // Diabetologia. – 2010. – V. 53. - N 1. – P. 139-143.
14. Liu J.L., Chen S.P., Gao Y.H., Meng F.Y., Wang S.B., Wang J.Y. Effects of repeated electroacupuncture on beta-endorphin and adrencorticotropic hormone levels in the hypothalamus and pituitary in rats with chronic pain and ovariectomy // Chin. J Integr. Med. – 2010. – V. 16. - N 4. – P. 315-323.
15. Oliveira C.A., Paiva M.F., Mota C.A., Ribeiro C., Leme J.A., Luciano E., Mello M.A. Exercise at anaerobic threshold intensity and insulin secretion by isolated pancreatic islets of rats // Islets. – 2010. – V. 2. - N 4. – P. 240-246.

Одним из факторов, определяющих физическую работоспособность организма, является система регуляции метаболизма глюкозы – универсального источника энергии для всех клеток организма. Процесс обмена глюкозы регулируется многими регуляторными системами, важную роль в нем играют регуляторные пептиды, в первую очередь инсулин, глюкагон, лептин. К настоящему времени накоплено огромное количество данных, свидетельствующих о значительных перестройках метаболизма глюкозы при физической работе [3; 15], причем диапазон концентрационных изменений зависит от продолжительности и интенсивности физической активности. В большинстве работ отмечается, что активизация процессов мобилизации и расхода глюкозы сопровождается снижением секреции инсулина и глюкагона на фоне повышенного содержания глюкокортикоидов в крови. Эти процессы обеспечивают непрерывный контроль снабжения глюкозой нервной системы и работающих мышц. Имеются данные об участии системы гормонов поджелудочной железы в увеличении работоспособности при систематических физических нагрузках. В работах Charbonneau и Khoo показано существенное увеличение концентраций инсулина и глюкагона в крови людей и животных, систематически выполнявших интенсивную физическую работу [4; 13]. Однако имеются затруднения в интерпретации этих данных и результатов, полученных другими авторами, поскольку в экспериментах используются различные модели физической работы, отличающиеся интенсивностью и продолжительностью, кроме того, часто встречаются противоположные изменения при сходных воздействиях. На сегодня открытым остается вопрос о механизмах адаптационных перестроек регуляции обмена глюкозы, чем обуславливается целесообразность изучения комплекса взаимосвязанных показателей метаболизма глюкозы и факторов его регуляции у объектов, достаточно сильно различающихся по интенсивности метаболизма и степени адаптации к физической работе.

Целью нашей работы являлось изучение концентраций глюкозы, лактата, инсулина, глюкагона, лептина, адренокортикотропного гормона, адреналина и глюкокортикоидов в сыворотке крови спортсменов и людей, не занимающихся спортом, в состоянии покоя и после физической работы максимальной мощности.

Материалы и методы исследований

Объектами нашего исследования выступали две группы людей разного уровня физической подготовки: группа спортсменов специализации «легкая атлетика» – средний бег и триатлон, квалификации мастера спорта и мастера спорта международного класса, в возрасте 18-28 лет (n=18), и группа добровольцев, не подвергающихся систематическим физическим нагрузкам – студентов и аспирантов вузов г. Пензы, в возрасте 18-28 лет (n=18). Физическую работу для экспериментальных подгрупп спортсменов и людей, не подвергающихся систематическим физическим нагрузкам, создавали с помощью программируемого тредбана, начиная со скорости 3,5 м/с, повышая каждые две минуты на 0,5 м/с до скорости, характеризующейся подъемом пульса до 180, на которой испытуемый бежал до состояния полного утомления [2]. Каждую группу делили на две подгруппы – интактную и экспериментальную, выполняющую физическую работу. Концентрации глюкозы и лактата определяли в капиллярной крови, АКТГ, инсулина, глюкагона, лептина, кортизола, кортикостерона и адреналина - в сыворотке венозной крови.

Концентрацию лактата определяли с помощью ферментного электрода с иммобилизованной лактатдегидрогеназой, глюкозу - с помощью глюкозооксидазы [7].

Определение содержания АКТГ, инсулина, глюкагона, лептина, кортизола, кортикостерона и адреналина осуществлялось различными вариантами иммуноферментного анализа с использованием готовых наборов, изготовленных на заказ фирмой DRG International (Германия).

Проверка принадлежности распределения признаков к нормальному распределению производилась по критерию хи-квадрат. Достоверность отличий между средними определяли с использованием t-критерия Стьюдента [1].

Результаты исследования и их обсуждение

В покое уровни инсулина, глюкагона и лептина в крови спортсменов были выше, чем у неспортсменов, приблизительно на 30% (рис. 1). При физической работе до предела работоспособности уровни инсулина и глюкагона у спортсменов поднимались на 70 и 100% соответственно по сравнению с исходным, уровень лептина не изменялся, в то время как у неспортсменов происходило увеличение только уровня глюкагона на 110% по сравнению с исходным. Данный факт позволяет объяснить наблюдаемые нами и описанные в литературе изменения в концентрации глюкозы и лактата при физической работе. Повышение содержания глюкозы в крови людей, не занимающихся спортом, отражает, по-видимому, процессы мобилизации глюкозы из гликогена печени и выход ее в кровь (рис. 2). Однако возрастающий уровень инсулина у спортсменов высокого класса способствует поглощению глюкозы работающими тканями и нормализации уровня глюкозы в крови. Более высокое по сравнению с неспортсменами поглощение глюкозы тканями, в первую очередь мышечной, может обеспечивать более высокий показатель содержания лактата при максимальной физической нагрузке у спортсменов высокой квалификации.

 

 

Рис. 1. Влияние физической работы на уровень инсулина, глюкагона и лептина в сыворотке крови спортсменов и людей, не занимающихся спортом

Примечание: Здесь и на рис. 2-3: M±m;

 - спортсмены;  - неспортсмены;

* - Р < 0,05, ** - Р < 0,01, *** - Р < 0,001 по сравнению с физиологическим состоянием;

+ - Р < 0,01, ++ - Р < 0,01, +++ - Р < 0,001 по сравнению с неспортсменами.

 

Интересным является также тот факт, что уровни данных регуляторных пептидов у спортсменов в физиологическом состоянии выше, чем у людей, не занимающихся спортом. Согласно данным литературы, спортсмены характеризуются повышенным уровнем обмена веществ не только при физической работе, но и в состоянии покоя. Пептидные гормоны инсулин, глюкагон и лептин играют важнейшую роль в пищевой мотивации и энергетическом обмене [11]. Уровень циркулирующих в крови гормонов осуществляет обратную связь с мозгом, поддерживая энергетический баланс и регулируя вес тела [11].

 

       

Рис. 2. Влияние физической работы на концентрацию глюкозы и лактата в крови спортсменов и людей, не занимающихся спортом

 

По-видимому, высокий уровень глюкагона и лептина связан с процессами активизации основного обмена у спортсменов, кроме того, оба пептида участвуют в процессах регенерации и поддержания функционирования нервных и мышечных клеток при повреждениях [9], связанных с систематическими физическими нагрузками, а также повышают лабильность сердечно-сосудистой системы [6]. Высокий уровень инсулина препятствует катаболическому эффекту глюкагона, проявляя анаболическое действие, усиливая репликацию ДНК и биосинтез белков, активируя поглощение клетками аминокислот, ионов калия магния и фосфата, препятствует деградации белков [12].

Уровень АКТГ у спортсменов в физиологическом состоянии был выше, чем у контрольной группы, в 3,5 раза (рис. 3). После нагрузки уровень АКТГ у неспортсменов повышался в 3 раза по сравнению с исходным, у спортсменов происходило повышение на 85% по сравнению с исходными данными, что в 2 раза превышало значение контрольной группы на нагрузке. Тот факт, что высокий уровень АКТГ способен стимулировать синтез и секрецию инсулина [8], позволяет предположить, что повышенный уровень адренокортикотропного гормона у спортсменов в физиологическом состоянии и при физической работе связан со стимуляцией продукции инсулина, поскольку повышение уровня АКТГ при физической работе не сопровождалось повышением содержания глюкокортикоидов в сыворотке.

 

 

 

Рис. 3. Влияние физической работы на уровень адренокортикотропного гормона (АКТГ), кортизола, кортикостерона и адреналина в сыворотке крови спортсменов и людей, не занимающихся спортом

 

Уровень кортизола и кортикостерона в спокойном состоянии у спортсменов был в 2 и 2,5 раза выше, чем у группы здоровых добровольцев, соответственно (рис. 3). При физической работе у неспортсменов происходило повышение уровня кортизола на 50%, кортикостерона на 40% по сравнению с исходным содержанием, в то время как для спортсменов повышения не наблюдалось. Концентрация адреналина в физиологическом состоянии была одинаковой у обеих исследуемых групп, после физической работы наблюдалось двукратное повышение в сыворотке крови людей, не занимающихся спортом, у спортсменов повышения не происходило.

Существенное увеличение уровня АКТГ и гормонов надпочечников, наблюдаемое у неспортсменов при физической работе, является, по-видимому, неспецифическим ответом, характерным для стресс-реакции [5]. Однако адаптационные изменения, наблюдаемые в сыворотке крови спортсменов в состоянии покоя и при физической активности отличаются от показателей, характерных для хронического стресса (эмоционального, болевого, иммобилизационного и др.). Хронический стресс вызывает увеличение секреции стресс-гормонов на протяжении длительного периода, однако со временем наблюдается гипертрофия надпочечников, и их секреторная активность снижается. Систематическая физическая работа не вызывает гипертрофии надпочечников [10], несмотря на постоянно повышенный уровень АКТГ, кортизола и кортикостерона у спортсменов высокой квалификации, причем концентрация глюкокортикоидов у спортсменов в состоянии покоя выше, чем у неспортсменов при физической работе. Важная роль в возникновении подобных отличий, по-видимому, принадлежит исключению симпатоадреналовой системы из реакции на физическую активность, которое наблюдается у спортсменов (рис. 3). Таким образом, изменения в функционировании системы «АКТГ – надпочечники» играют важнейшую роль в адаптации к физической работе не только за счет участия в регуляции интенсивности энергетического метаболизма, но и благодаря положительному влиянию глюкокортикоидов на тонус мышц, растяжимость связок, бронхов, влиянию АКТГ на болевую чувствительность, мотивацию, память, процессы обучения [14].

Более высокое по сравнению с неспортсменами поглощение глюкозы тканями, в первую очередь мышечной, может обеспечивать более высокий показатель содержания лактата при максимальной физической нагрузке у спортсменов высокой квалификации (рис. 2). Высокая гликолитическая мощность у спортсменов обеспечивается также повышенной мобилизацией глюкозы из гликогена печени - процесса, контролируемого в первую очередь гликогеном и глюкокортикоидами, уровень которых у спортсменов высокой квалификации существенно выше, чем у неспортсменов (рис. 1 и 3). Уровень АКТГ у спортсменов в физиологическом состоянии был выше, чем у контрольной группы, в 3,5 раза (рис. 3). После нагрузки уровень АКТГ у неспортсменов повышался в 3 раза по сравнению с исходным, у спортсменов происходило повышение на 85% по сравнению с исходными данными, что в 2 раза превышало значение контрольной группы на нагрузке.

Таким образом, высокие концентрации АКТГ, инсулина, глюкагона, кортизола, кортикостерона у спортсменов высокой квалификации, превосходящие уровни данных веществ у здоровых добровольцев и в состоянии покоя, и после физической работы, являются следствием значительных перестроек их синтеза и секреции в процессе адаптации к систематическим физическим нагрузкам.


Библиографическая ссылка

Соловьев В.Б., Володин Р.Н. ИЗУЧЕНИЕ РОЛИ ПЕПТИДЕРГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ В РЕГУЛЯЦИИ МЕТАБОЛИЗМА ГЛЮКОЗЫ ПРИ ФИЗИЧЕСКОЙ РАБОТЕ // Современные проблемы науки и образования. – 2016. – № 4.;
URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=25036 (дата обращения: 04.08.2021).


Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074