Влияние эндокринной системы на энергообеспечение во время физической нагрузки

РЕГУЛЯЦИЯ МЕТАБОЛИЗМА ГЛЮКОЗЫ ВРЕМЯ ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ

Для удовлетворения повышенных потребностей организма в энергии при мышечной деятельности необходимо повышенное количество глюкозы для утилизации мышцами. Глюкоза содержится в организме в виде гликогена, в основном в мышцах и печени. Для высвобождения глюкозы необходимо увеличение интенсивности гликогенолиза. Освободившаяся из печени глюкоза попадает в кровь и циркулирует по всему телу, поэтому ее могут использовать активные ткани. Глюконеогенез может привести к повышению уровней глюкозы в плазме. Рассмотрим гормоны, участвующие как в гликогенолизе, так и в глюконеогенезе.

Действия четырех гормонов направлены на увеличение количества циркулирующей в плазме глюкозы:

1) глюкагон;

2)адреналин;

3) норадреналин;

4) кортизол.

Концентрация глюкозы в плазме во время мышечной деятельности зависит от соотношения между потреблением ее мышцами и выделением печенью. В состоянии покоя выделению глюкозы из печени способствует глюкагон, обеспечивающий расщепление гликогена печени и образование глюкозы из аминокислот. Во время физической нагрузки секреция глюкагона усиливается. Мышечная активность также повышает интенсивность выделения катехоламинов из мозгового вещества надпочечников, и эти гормоны (адреналин и норадреналин) совместно с глюкагоном обеспечивают дальнейшее усиление гликогенолиза. Установлено, что во время физической нагрузки уровни кортизола также повышаются. Кортизол, в свою очередь, усиливает катаболизм белков, освобождая аминокислоты для глюконеогенеза, который реализуется в печени. Таким образом, все четыре гормона увеличивают количество глюкозы в плазме, усиливая процессы гликогенолиза и глюконеогенеза. Кроме того, гормон роста повышает мобилизацию свободных жирных кислот и снижает клеточное потребление глюкозы, вследствие чего клетки используют меньше глюкозы (больше глюкозы остается в системе кровообращения), а гормоны щитовидной железы способствуют катаболизму глюкозы и метаболизму жиров.

Количество глюкозы, выделяемой печенью, зависит от интенсивности и продолжительности физической нагрузки. С увеличением интенсивности увеличивается выделение катехоламинов. Чем выше интенсивность физической нагрузка, тем больше выделяется катехоламинов. Следовательно, значительно повышается интенсивность гликогенолиза. Этот процесс происходит не только в печени, но и в мышцах. Глюкоза, выделяемая печенью, поступает в кровь и становится доступной мышцам. Однако мышцы имеют и другой доступный источник глюкозы — свой собственный гликоген. Мышца использует свои запасы гликогена, прежде чем использовать глюкозу плазмы во время кратковременной физической нагрузки "взрывного" типа. Глюкоза, выделяемая печенью, используется не сразу, а остается в системе кровообращения, повышая уровень глюкозы в плазме. После завершения физической нагрузки уровни глюкозы в плазме снижаются по мере того, как глюкоза поступает в мышцы, восполняя истощенные запасы мышечного гликогена.

Во время физической нагрузки продолжительностью несколько часов интенсивность выделения глюкозы печенью максимально соответствует потребностям мышцы, и уровень содержания глюкозы в плазме соответствует или слегка превышает ее содержание в состоянии покоя. При увеличении потребления глюкозы мышцей интенсивность ее выделения печенью также повышается. В большинстве случаев уровни глюкозы в плазме не снижаются до тех пор, пока не истощатся запасы гликогена в печени. В этот момент значительно увеличивается количество глюкагона. Глюкагон вместе с кортизолом усиливают глюконеогенез, обеспечивая организм большим количеством энергии.

Рис. 26. Изменения уровней адреналина (]),норадреналина (2), глюкагена (3), кортизола (4) и глюкозы (5) в плазме во время 3-часовой езды на велосипеде с интенсивностью 65 % МПК

Рис. 26 иллюстрирует изменение уровней содержания адреналина, норадреналина, глюкагона, кортизола и глюкозы в плазме во время езды на велосипеде в течение 3 ч. Хотя гормональная регуляция глюкозы при такой продолжительной физической нагрузке не нарушается, содержание гликогена в печени может существенно понизиться. В результате интенсивность выделения глюкозы печенью окажется меньше интенсивности ее потребления. В таких условиях уровень глюкозы может снизиться, несмотря на значительное гормональное стимулирование.

Утилизация глюкозы мышцами

Простое выделение достаточного количества глюкозы в кровь не означает, что мышечные клетки получат достаточно глюкозы, чтобы удовлетворить энергетические потребности организма. Глюкоза не просто должна поступать в эти клетки, а потребляться ими. Этот процесс основан на действии инсулина. Как только глюкоза поступает в мышцу, инсулин обеспечивает ее транспорт в волокна.

Рис. 27. Изменение уровней глюкозы (!) и инсулина (2) в плазме при продолжительной езде на велосипеде с интенсивностью 65- 70% МПК

Удивительно (рис. 27), но уровни инсулина плазмы снижаются при продолжительной субмаксимальной нагрузке несмотря на увеличение концентрации глюкозы в плазме и ее более интенсивное использование мышцами. Это явное противоречие между концентрацией инсулина в плазме и потребностью мышцы в глюкозе, напоминает нам, что активность гормонов не всегда определяется их содержанием в крови. В данном случае чувствительность клетки к инсулину может быть такой же важной переменной, как и количество циркулирующего в крови гормона. Физические нагрузки могут усиливать процесс связывания инсулина рецепторами мышечного волокна. Мышечные сокращения, непонятно по каким причинам, оказывают инсулиноподобное воздействие при рекруитировании рецепторов: на клетках появляется больше рецепторов и их активность может повышаться, тем самым снижая потребность в значительном количестве инсулина в плазме для транспорта глюкозы через оболочку клетки. Это очень важно, поскольку во время мышечной деятельности четыре гормона пытаются выделить глюкозу из мест ее хранения и образовать новую глюкозу. Их действию противостоит повышенное количество инсулина, направленное на предотвращение чрезмерного уменьшения количества глюкозы.

РЕГУЛЯЦИЯ МЕТАБОЛИЗМА ЖИРОВ ВО ВРЕМЯ ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ

Жиры играет важную роль для выполнения физической работы, требующей проявления выносливости. Во время такой работы запасы углеводов истощаются и энергетические потребности организма в большей степени удовлетворяются за счет окисления жиров. При пониженных запасах углеводов (низкие уровни глюкозы плазмы и мышечного гликогена) эндокринная система может ускорить окисление жиров (липолиз), тем самым удовлетворяя энергетические потребности мышц. Процесс липолиза интенсифицируется также в результате повышения уровней адреналина и норадреналина.

Свободные жирные кислоты хранятся в форме триглицеридов в жировых клетках и внутри мышечных волокон. Триглицериды должны расщепиться, чтобы высвободить свободные жирные кислоты, которые затем транспортируются в мышечные волокна. Триглицериды расщепляются до свободных жирных кислот с помощью специального фермента — липазы, активируемой, по меньшей мере, четырьмя гормонами: кортизолом; адреналином; норадреналином и гормоном роста.

Помимо того, что кортизол играет важную роль в глюконеогенезе, он также ускоряет мобилизацию и использование свободных жирных кислот в качестве источника энергии во время выполнения физической нагрузки. При продолжительной физической нагрузке (рис. 27) уровни кортизола в плазме достигают пика через 30— 45 мин мышечной деятельности, а затем снижаются почти до нормальных. В то же время концентрация свободных жирных кислот продолжает повышаться в течение всего периода выполнения физической нагрузки. Это означает, что другие гормоны должны продолжать активировать липазу. Гормоны, которые продолжают этот процесс, — катехоламины и гормон роста. Как видно из рис. 27 содержание этих гормонов в плазме увеличивается в течение всего периода выполнения физической нагрузки, постепенно усиливая выделение свободных жирных кислот и окисление жиров. Такие же воздействия оказывают гормоны щитовидной железы.

Рис. 27. Изменение содержания в плазме свободных жирных кислот (1) и кортикозола (2) (а), а также адреналина (3), норадреналина (4), гормона роста (5) и свободных жирных кислот (6) при продолжительной физической нагрузке (6)

Таким образом, эндокринная система играет очень большую роль в регуляции образования АТФ во время мышечной деятельности, а также обеспечивает контроль равновесия между метаболизмом углеводов и жиров.

1. Содержание глюкозы в плазме повышается вследствие комбинированного воздействия глюкагона, адреналина, норадреналина и кортизола. Эти гормоны обеспечивают гликогенолиз и глюконеогенез, тем самым увеличивая количество глюкозы, которую можно использовать в качестве источника энергии. Эти же функции выполняют гормон роста и гормоны щитовидной железы.

2. Инсулин помогает выделенной глюкозе поступить в клетки, где она может быть использована для образования энергии. Однако уровень инсулина снижается при продолжительной физической нагрузке, свидетельствуя о том, что физическая нагрузка сама по себе способствует действию инсулина. Таким образом, при выполнении физической нагрузки требуется меньше гормонов, чем в состоянии покоя.

3. При пониженных запасах углеводов организм переходит на использование жиров в качестве источника энергии. Этому процессу способствуют кортизол, адреналин, норадреналин и гормон роста.

4. Кортизол ускоряет процесс липолиза, выделяя в кровь свободные жирные кислоты, которые могут быть использованы клетками для образования энергии. Уровень кортизола достигает пика, а затем при продолжительной физической работе возвращается к исходному уровню. Когда это происходит, роль кортизола начинают выполнять катехоламины и гормон роста.