Влияние гормонов на обмен веществ и энергообеспечение.

Влияние гормонов на обмен веществ и энергообеспечение.

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 гликогена. 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 гликогенолизе, так и в глюконеогенезе.

Содержание глюкозы в плазме.

Действие четырех гормонов направлены на увеличение количества циркулирующей в плазме глюкозы: глюкагон, адреналин, норадреналин, 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 расщеплению гликогена печени и образования 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. Это может вынудить печень выделять больше глюкозы, которую используют активные мышцы.  Чем выше интенсивность физической нагрузки, тем больше выделяется катехоламинов. Следовательно, значительно повышается интенсивность гликогенолиза. Этот процесс происходит не только в печени, но и мышцах. 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. 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 состояние 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.

В результате интенсивность выделения глюкозы печенью окажется меньше интенсивности ее потребления. В таких условиях уровень глюкозы может снизиться, несмотря на значительное гормональное стимулирование. В этот момент главную роль в сохранении уровней глюкозы плазмы может сыграть глюкоза, потребляемая во время мышечной деятельности.

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.  Удивительно, но уровни инсулина плазмы снижаются при продолжительной максимальной 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. 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.

Хотя жиры, как правило, в меньшей степени, чем углеводы, удовлетворяют энергетические потребности организма во время физической нагрузки, мобилизация и окисление свободных жирных кислот играет важную роль для выполнения 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, тем самым удовлетворяя энергетические потребности мышц. Процесс липолиза интенсифицируется также в результате повышения уровней адреналина и норадреналина.

Вспомним, что 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. Интенсивность потребления свободных жирных кислот активной мышцей характеризуется высокой степенью корреляции с концентрацией свободных жирных кислот в плазме. Повышение их концентрации приводит к более интенсивной клеточной утилизации свободных жирных кислот. Мы можем предположить, что повышенная концентрация свободных жирных кислот в плазме усиливает их окисление, поскольку повышенное клеточное потребление свободных жирных кислот способствует более сильному окислению. Следовательно, интенсивность расщепления триглицеридов может частично определять интенсивность утилизации мышцами жиров в качестве источника энергии во время физической нагрузки.

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 нагрузке 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 этот процесс, - катехоламины и гормон роста. 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.

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