В недавней статье в журнале Cell Metabolism Брукс, профессор интегративной биологии Калифорнийского университета в Беркли, рассматривает историю неправильного понимания лактата, часто называемого молочной кислотой, — маленькой молекулы, которая играет большую роль в метаболизм. Обычно называемый «ненужным» продуктом, производимым мышцами, поскольку уровень лактата в крови повышается до высоких уровней во время экстремальных упражнений, спортивные тренеры и спортсмены считают лактат причиной мышечной усталости, снижения работоспособности и боли.Однако, начиная с 1970-х годов, Брукс, его студенты, докторанты и сотрудники были первыми, кто показал, что лактат не является отходом.
Это было топливо, постоянно производимое мышечными клетками, и часто это был предпочтительный источник энергии в организме: мозг и сердце работают более эффективно и сильнее, когда питаются лактатом, чем глюкозой, другим топливом, циркулирующим в крови.«Это историческая ошибка», — сказал Брукс. «Считалось, что лактат вырабатывается в мышцах, когда не хватает кислорода. Считалось, что он является агентом усталости, продуктом метаболизма, метаболическим ядом. Но классическая ошибка заключалась в том, что когда клетка находилась в состоянии стресса Если лактата было много, тогда вините в этом лактат.
Правильная интерпретация состоит в том, что производство лактата — это реакция напряжения, он нужен для компенсации метаболического стресса. Это способ, которым клетки подавляют дефицит метаболизма ».Постепенно физиологи, диетологи, клиницисты и практикующие специалисты в области спортивной медицины начинают понимать, что высокий уровень лактата в крови, обнаруживаемый в крови во время болезни или после травмы, такой как тяжелая травма головы, не является проблемой, от которой нужно избавиться, а, напротив, ключевая часть процесса ремонта тела, которая требует поддержки.«После травмы адреналин активирует симпатическую нервную систему, что приведет к выработке лактата», — сказал Брукс. «Это все равно, что перед гонкой залить машину газом».
Без этого дополнительного топлива у тела не было бы достаточно энергии для самовосстановления, и Брукс говорит, что исследования показывают, что добавление лактата во время болезни или после травмы может ускорить выздоровление. В течение десятилетий исследований Брукс обнаружил, что существует по крайней мере три основных использования лактата в организме: это основной источник топлива, это основной материал для поддержания уровня сахара в крови и мощный сигнал для метаболической адаптации к стрессу. .«Причина, по которой я написал обзор, заключается в том, что люди, работающие во всех этих различных дисциплинах, видят разные эффекты лактата, и я собираю все это вместе», — сказал Брукс. «Композиции с лактатом десятилетиями использовались для питания спортсменов во время длительных физических нагрузок; он широко использовался для реанимации после травм и для лечения ацидоза. Теперь в клинических экспериментах и испытаниях лактат используется для контроля уровня сахара в крови после травм, в качестве подпитки. мозг после травмы головного мозга, для лечения воспалений и отеков, для реанимации при панкреатите, гепатите и инфекции денге, для подпитки сердца после инфаркта миокарда и для лечения сепсиса ».
Исследования Брукса уже принесли пользу спортсменам, работающим на выносливость. В 1989 году он работал со спортивной фирмой над созданием энергетического напитка под названием Cytomax, который включает в себя лактатный полимер, который может дать спортсменам заряд энергии до и во время соревнований.
Комбинация лактата, глюкозы и фруктозы использует преимущества различных способов, которыми организм использует топливо: лактат может попадать в кровь в два раза быстрее, чем глюкоза, достигая пика всего через 15 минут по сравнению с 30 минутами после употребления. Большинство спортивных напитков содержат только глюкозу и фруктозу.
Лактатный челнокБрукс — физиолог, который сосредоточился на физических упражнениях и питании с момента поступления на факультет Калифорнийского университета в Беркли в 1971 году. Он обнаружил, что нормальные мышечные клетки все время вырабатывают лактат, и ввел термин «лактатный челнок» для описания петель обратной связи, по которой лактат является посредник, поддерживающий клетки организма во многих тканях и органах.Все мы запасаем энергию в нескольких формах: в виде гликогена, полученного из углеводов, содержащихся в пище, и хранящегося в мышцах; и как жирные кислоты в форме триглицеридов, хранящиеся в жировой ткани.
Когда необходима энергия, организм расщепляет гликоген на лактат и глюкозу, а жировой жир — на жирные кислоты, которые распределяются по всему телу через кровоток в качестве общего топлива. Однако, по словам Брукса, он и его коллеги по лаборатории показали, что лактат является основным источником топлива.Глюкоза и гликоген метаболизируются через сложную серию этапов, кульминацией которых является лактат.
На протяжении почти столетия ученые и клиницисты считали, что лактат вырабатывается только тогда, когда клеткам не хватает кислорода. Однако, используя изотопные индикаторы сначала на лабораторных животных, а затем на людях, Брукс обнаружил, что мы производим и используем лактат постоянно.Это то, что он называет лактатным челноком, где клетки-продуценты производят лактат, а лактат используется клетками-потребителями. В мышечной ткани, например, в белых или «быстро сокращающихся» мышечных клетках, они превращают гликоген и глюкозу в лактат и выделяют их в качестве топлива для соседних красных или «медленных» мышечных клеток, где лактат сжигается в митохондриальной сети. для производства энергетической молекулы АТФ, которая приводит в действие мышечные волокна.
Брукс был первым, кто показал, что митохондрии представляют собой взаимосвязанную сеть трубок — ретикулум — наподобие водопроводной системы, которая охватывает всю цитоплазму клетки.Лактатный челнок также работает, поскольку рабочие мышцы выделяют лактат, который затем подпитывает бьющееся сердце и улучшает исполнительную функцию в головном мозге.Открыв лактатный челнок и митохондриальный ретикулум, Брукс и его коллеги из Калифорнийского университета в Беркли произвели революцию в представлениях о регуляции метаболизма в организме; не только в организме, находящемся в состоянии стресса, но все время.На протяжении десятилетий ученые и клиницисты считали, что в клетках гликоген и глюкоза разлагаются до вещества-предшественника лактата, называемого пируватом.
Это оказалось неправильным, поскольку пируват всегда превращается в лактат, а в большинстве клеток лактат быстро попадает в митохондриальную сеть и сжигается. Работая с индикаторами лактата, изолированными митохондриями, клетками, тканями и интактными организмами, включая людей, Брукс и коллеги из Калифорнийского университета обнаружили то, что было упущено и, следовательно, неправильно истолковано. Совсем недавно другие использовали магнитно-резонансную спектроскопию (MRS), чтобы подтвердить, что лактат постоянно образуется в мышцах и других тканях в полностью аэробных (насыщенных кислородом) условиях.Брукс отмечает, что лактат может стать проблемой, если его не использовать.
Во время занятий спортом главное — заставить организм производить больший митохондриальный ретикулум в клетках, чтобы использовать лактат и, таким образом, работать лучше.Что характерно, когда присутствует лактат, например, во время интенсивной активности, митохондрии мышц сжигают его преимущественно и даже не пропускают глюкозу и жирные кислоты. Брукс использовал индикаторы, чтобы показать, что и сердечная мышца, и мозг предпочитают лактат глюкозе в качестве топлива и больше работают на лактате. Лактат также сигнализирует о том, что жировая ткань перестает расщеплять жир в качестве топлива.
«Одна из важных особенностей лактата — то, что он попадает в кровоток и участвует в межорганной коммуникации», — сказал Джен-Чиван «Уолли» Ван, профессор диетологии и токсикологии Калифорнийского университета в Беркли. «Вот почему он очень важен для нормального обмена веществ и является неотъемлемой частью гомеостаза всего тела».Лактат — это ВИЗА тела
В своем обзоре Брукс подчеркивает три основные роли лактата в организме: это основной источник энергии; прекурсор для производства большего количества глюкозы в печени, который помогает поддерживать уровень сахара в крови; и сигнальная молекула, циркулирующая в организме и крови и связывающаяся с различными тканями, такими как жировая ткань, и влияющая на экспрессию генов, ответственных за управление стрессом.Например, исследования показали, что лактат увеличивает выработку нейротропного фактора мозга (BDNF), который, в свою очередь, поддерживает производство нейронов в головном мозге. И, как источник топлива, лактат немедленно улучшает исполнительную функцию мозга, независимо от того, вводится ли лактат или поступает из упражнений.«Это как энергетическая виза: лактат принимается потребительскими клетками везде, где бы он ни находился», — сказал он.
Однако тот факт, что лактат является универсальным топливом, создает проблему при раке, и некоторые ученые ищут способы заблокировать лактатные шаттлы в раковых клетках, чтобы отключить их источники энергии.«Признание того, что лактат перемещается между клетками-продуцентами и потребителями в опухолях, предлагает захватывающую возможность уменьшения канцерогенеза и размера опухоли путем блокирования продуцентов и реципиентов переносчиков лактата внутри и между опухолевыми клетками», — написал он в своем обзоре.
Все это предвещает поворот в понимании лактата, хотя Брукс признает, что учебники — за исключением его собственного, «Физиология упражнений: биоэнергетика человека и ее приложения», вышедшего в четвертом издании, — все еще изображают лактат как плохого актера.«Лактат — это ключ к тому, что происходит с метаболизмом», — сказал Брукс. «Это революция».