2.2.2. Срочная структурная адаптация к физической нагрузке. Стресс-реакция

Симпатоадреналовая (адренергическая) система под влиянием физических нагрузок у людей и животных активируется, увеличивается высвобождение катехоламинов надпочечниками, норадреналина окончаниями симпатических волокон в тканях и многократно повышается концентрация катехоламинов и их метаболитов в крови и моче. Уровень катехоламинов в тканях определяется соотношением высвобождения и восстановления их запаса; последнее реализуется за счет синтеза и обратного захвата. В норме процессы скоординированы на основе механизма обратной связи: увеличенное высвобождение катехоламинов влечет за собой активацию синтеза. Если нагрузка невелика или непродолжительна, то усиленный синтез способен быстро восстановить уровень катехоламинов в тканях. При более интенсивной и длительной нагрузке скорость синтеза катехоламинов отстает от их высвобождения, уровень их в тканях снижается, хотя в крови остается повышенным. Отставание может быть связано как с недостаточной мощностью ферментного аппарата синтеза, так и с недостаточным поступлением предшественников. При истощающих нагрузках наступает ситуация, когда синтез катехоламинов не только отстает от их увеличенного выделения, но и уменьшается ниже нормы, т. е. аппарат синтеза истощается. Это ведет к уменьшению выхода катехоламинов из надпочечников и тканей в кровь. В результате тренировки не только уменьшается реакция адренергического комплекса на нагрузку, но и увеличивается мощность аппарата синтеза катехоламинов, что предотвращает истощение их содержания при интенсивной работе и нарушение функции системы.

С активацией симпатоадреналовой системы и увеличением уровня катехоламинов в крови при физических нагрузках коррелирует изменение секреции гормонов поджелудочной железы – глюкагона и инсулина.

Пропорционально величине и длительности мышечной нагрузки увеличивается секреция и концентрация в крови глюкагона. При максимальных нагрузках это увеличение может доходить до трехкратного. Рост концентрации глюкагона в крови имеет определенный латентный период, тем меньший, чем больше интенсивность нагрузки; при малых и кратковременных нагрузках изменений уровня глюкагона не наблюдается.

Основной фактор, вызывающий увеличение секреции глюкагона при нагрузке, – воздействие катехоламинов на ?-адренорецепторы А-клеток поджелудочной железы – реализуется в результате активации адренергического комплекса и увеличенного поступления в поджелудочную железу норадреналина из симпатических терминалей, а также адреналина и норадреналина из крови. Вместе с тем сохранение высокого уровня глюкагона в крови на фоне уже снижающейся концентрации катехоламинов свидетельствует о наличии дополнительных стимуляторов секреции гормона при физической нагрузке. Снижение уровня глюкозы в крови повышает секрецию глюкагона, в основе чего лежит непосредственное влияние гипогликемии на А-эндокриноциты железы. Гипергликемия, напротив, вызывает снижение уровня глюкагона в крови.

При физической нагрузке снижается концентрация в крови инсулина. Такой эффект возникает при умеренных и интенсивных нагрузках, но не наблюдается при тяжелых, близких к максимальным. Напротив, при кратковременных напряженных упражнениях увеличивается концентрация инсулина в крови, что связано с наблюдающейся одновременно гипергликемией. Введение глюкозы и подъем ее уровня в крови предупреждает снижение концентрации инсулина во время работы; в этой ситуации наблюдается повышение концентрации гормона. Основным фактором, определяющим снижение концентрации инсулина в крови при мышечной работе, является воздействие норадреналина и, в меньшей степени, адреналина на адренорецепторы В-эндокриноцитов поджелудочной железы.

Таким образом, активация адренергической системы при физических нагрузках, сопровождающаяся увеличенным высвобождением норадреналина из симпатических терминалей в поджелудочной железе, оказывает противоположное влияние на секрецию глюкагона и инсулина. Воздействие медиатора на А-клетки железы стимулирует секрецию глюкагона, а воздействие на В-эндокриноциты угнетает синтез инсулина.

При физической нагрузке закономерно увеличивается выход в кровь из аденогипофиза соматотропина (гормона роста), что обусловлено возрастающей секрецией в гипоталамусе рилизингфактора соматолиберина. Концентрация соматотропина в крови повышается постепенно, пропорционально интенсивности и длительности работы, и может превышать в несколько раз исходный уровень; при этом наблюдается латентный период, тем меньший, чем больше мощность работы. Повышенный уровень соматотропина в крови поддерживается на протяжении всей работы и после ее окончания сменяется медленным, постепенным уменьшением концентрации гормона до исходного уровня; однако при длительных упражнениях содержание гормона может снижаться и во время работы. Это определяется тем, что в нетренированном организме секреция гормона не может достаточно длительное время перекрывать его захват тканями.

Существенную роль в увеличении секреции соматотропина при физической нагрузке играет снижение уровня глюкозы в крови, являющееся стимулом для высвобождения из гипоталамуса соматолиберина. Прямым потенцирующим действием на синтез соматотропина в аденоцитах передней доли гипофиза обладают глюкокортикоиды и тиреоидные гормоны, уровень которых в крови также возрастает при физической нагрузке. Однако первичным стимулом высвобождения гормона роста являются катехоламины, воздействующие на адренорецепторы гипоталамуса и вызывающие выход соматолиберина.

Физические нагрузки закономерно вызывают быструю активацию функции коры надпочечников и выход в кровь кортикостероидов. Это является результатом нейрогенной стимуляции гипоталамуса, приводящей к секреции рилизинг-фактора кортиколиберина, который поступает в переднюю долю гипофиза и активирует синтез и секрецию АКТГ – стимулятора эндокриноцитов пучковой зоны коры надпочечников, секретирующей глюкокортикоиды. Повышается уровень глюкокортикоидов в крови, возникающий в первые минуты мышечной работы. Чем выше интенсивность работы, тем резче подъем концентрации гормонов в крови. Во время длительной работы реакция гипофизарно-адренокортикальной системы характеризуется фазностью; в начале работы уровень кортикостероидов в крови увеличивается, затем снижается, а потом вновь повышается и т. д. После окончания работы наблюдается весьма продолжительный период «последействия», также характеризующийся фазностью. В нетренированном организме реакция системы носит генерализованный, избыточный характер и может быстро истощаться при достаточно продолжительных и интенсивных нагрузках.

При истощающих нагрузках у нетренированного организма концентрация связанного с белком йода в крови не меняется или снижается. Работа человека на велоэргометре приводит к увеличению в крови концентрации свободного и общего тироксина щитовидной железы. Установлена зависимость уровня тиреоидных гормонов в крови от нагрузки: интенсивные упражнения на велоэргометре вызывали повышение концентрации тироксина и трийодтиронина в крови; при умеренной работе уровень тироксина не менялся, а трийодтиронина – снижался. Такая же зависимость наблюдалась для концентрации тиротропина в крови.

Физическая нагрузка приводит к активации комплекса «гипофиз – щитовидная железа» и, соответственно, функции последней. В условиях физической нагрузки введение трийодтиронина (основного физиологически активного продуцента щитовидной железы) приводит к повышению работоспособности организма, а угнетение функции железы – к снижению.

В ответ на физическую нагрузку возрастает секреция и повышается концентрация в крови гормонов, регулирующих водноэлектролитный обмен, – альдостерона, ренина, вазопрессина. Усиление секреции этих гормонов происходит тогда, когда работа сопровождается потерями воды в связи с ростом потоотделения и нарушениями водно-солевого баланса. При плавании, когда теплоотдача велика и необходимости в потоотделении нет, не наблюдается роста секреции альдостерона и вазопрессина. Продукция альдостерона в клубочковой зоне коры надпочечников возрастает при нагрузках постепенно, пропорционально мощности работы. Его секреция регулируется изменением соотношения концентрации натрия и калия в крови и надпочечниках, активностью сосудистых баро- и волюморецепторов, кортикотропином и др. Существенная роль при этом принадлежит гормону юкстагломерулярных клеток почек – ренину. Увеличение содержания ренина в крови активирует ангиотензин I и переводит его в активную форму – ангиотензин II, стимулирующую секрецию альдостерона. Увеличение уровня ренина в ответ на нагрузку может быть многократным, и главным стимулятором этого процесса является возникающее при мышечной работе уменьшение объема плазмы, центрального венозного давления, что при участии сосудистых рецепторов рефлекторно стимулирует юкстагломерулярный аппарат. Существенное влияние оказывает изменение ионного состава крови: прием поваренной соли предотвращает, а бессолевая диета усиливает секрецию ренина при нагрузках.

Увеличение секреции вазопрессина гипоталамусом при мышечной работе связывается с потерями организмом воды, вызванными потоотделением, и сдвигами баланса электролитов в крови, но это увеличение по степени значительно меньше, чем рост концентрации альдостерона и ренина. При физических нагрузках у людей и животных наблюдается значительное, но медленное (в течение 3 – 4 ч) увеличение в крови уровня тирокальцитонина – гормона, регулирующего обмен Са²⁺. Увеличение секреции этого гормона щитовидной железы при физической нагрузке связывают с активацией С-клеток (парафолликулярных клеток) железы, вызванной увеличенной продукцией кортикостероидов и их катаболическим действием на костную ткань.

Увеличенная секреция тирокальцитонина и одновременное снижение уровня паратгормона околощитовидной железы при нагрузке способствует уменьшению роста концентрации Са²⁺ в крови, вызываемого интенсивной нагрузкой, а также увеличению притока Са²⁺ к работающим мышцам и ограничению его в случае истощающих нагрузок.

Изменения половых гормонов при физических нагрузках не связаны непосредственно с мышечной работой, однако играют определенную роль в процессах пролиферации и синтеза белков, и поэтому уровень их секреции следует учитывать при анализе механизмов долговременной адаптации.

Физиологическое значение гормональных сдвигов определяется, прежде всего, их участием в энергообеспечении мышечной работы, в мобилизации энергоресурсов организма. Главную роль в мобилизации углеводного и жирового депо при нагрузке играют катехоламины. Путем воздействия на ?-адренорецепторы, т. е. через активацию аденилатциклазной системы и цАМФ-зависимых протеинкиназ, а также при участии ?-адренорецепторов, катехоламины активируют ключевые ферменты гликогенолиза и гликолиза. Как следствие, эти процессы в скелетных мышцах, сердце, печени увеличивают выход из печени в кровь глюкозы, ее транспорт в клетки миокарда и скелетных мышц, потенцируют глюконеогенез в печени из аминокислот и лактата. Кроме того, катехоламины активируют липопротеинлипазы и липазы в жировой ткани, липопротеинлипазы в скелетных мышцах и сердце и способствуют во время мышечной работы снижению содержания триглицеридов в этих тканях, а также образованию и высвобождению СЖК.

Существенное значение в мобилизации углеводных депо, особенно в печени, при нагрузке имеет увеличение секреции глюкагона, являющегося синергистом катехоламинов в процессе активации гликогенолиза. Катехоламины, стимулируя в поджелудочной железе секрецию глюкагона и угнетая секрецию инсулина, увеличивают отношение глюкагон/инсулин и способствуют образованию в печени глюкозы. На этот процесс оказывает влияние и изменение соотношения глюкокортикоиды/инсулин, так как рост концентрации глюкокортикоидов активирует ферменты глюконеогенеза, например глюкозо-6-фосфатазу, а инсулин, напротив, подавляет этот фермент. Кроме того, глюкокортикоиды способствуют увеличению продукции глюкозы в печени за счет угнетения синтеза белков в тканях и тем самым увеличения фонда свободных аминокислот (катаболический эффект) и притока их в печень, а также активации ферментов переаминирования и дезаминирования аминокислот и вовлечения их в глюконеогенез. При этом активируется фермент аланинаминотрансфераза и реализуется глюкозоаланиновый цикл, имеющий большое значение для роста энергообеспечения работающих мышц при срочной адаптации к нагрузке и состоящий в том, что часть мобилизованных аминокислот может окисляться в скелетных мышцах.

Инсулин увеличивает транспорт глюкозы и ее утилизацию в скелетных мышцах. Поэтому снижение концентрации инсулина в крови при физических нагрузках уменьшает в мышцах приток и утилизацию глюкозы из крови. При нагрузках увеличивается кровоснабжение работающих мышц, снабжение их инсулином поддерживается на необходимом уровне даже в условиях сниженной концентрации гормона. Некоторое ограничение потребления мышцами глюкозы из крови играет определенную роль в энергетическом обеспечении мозга, так как способствует резервированию глюкозы для нейронов, поглощающих и утилизирующих ее без участия инсулина, но не могущих, в отличие от мышц, утилизировать СЖК.

Существенную роль в мобилизации и поддержании функции сердца и мышц при физических нагрузках играет увеличенная секреция глюкокортикоидов. Действуя через специфическую систему клеточных рецепторных белков, они обеспечивают ресинтез и сохранение популяции Na-K-АТФазы и других транспортных АТФаз, необходимых для поддержания оптимального содержания воды и натрия в клетках и осуществления процесса возбуждения. Выявлена прямая связь между активацией Na-K-АТФазы в миокарде при физической нагрузке и повышением концентрации в крови кортикостерона. Повышению активности фермента в начале нагрузки предшествует повышение уровня гормона, а снижению активности фермента при истощающих нагрузках – снижение глюкокортикоидной активности крови. Падение уровня глюкокортикоидов инициирует нарушение сократительной функции и развитие отека миокарда сердца.

Важная роль в мобилизации и поддержании функции рецепторных структур и транспортных АТФаз на срочном этапе, а также при становлении долговременной адаптации к нагрузкам принадлежит тиреоидным гормонам. Реактивность аденилатциклазной системы кардиомиоцитов по отношению к катехоламинам и их инотропный эффект на сердце в целом при гипотиреозе снижены, а при гипертиреозе повышены примерно в 10 раз по сравнению с эутиреоидным контролем. Активность Са²⁺-стимулируемой АТФазы СПР и способность его поглощать Са²⁺ в миокарде у гипотиреоидных животных снижены, а у гипертиреоидных – повышены.

Стресс-реакция. При продолжительных и интенсивных физических нагрузках на нетренированный организм чрезмерная активация эндокринного отдела регуляции, и, главным образом, адренергической системы, нередко приводит к проявлению отрицательного, повреждающего эффекта стресс-реакции, который развивается в ответ на воздействие факторов среды и впервые описан H. Selye в 1950 г. как неспецифический компонент приспособления организма к изменившимся условиям среды.

Главными результатами стресс-реакции являются: 1) мобилизация энергетических ресурсов организма и их перераспределение с избирательным направлением в органы и ткани функциональной системы адаптации; 2) потенциация работы этой системы, формирование структурной основы долговременной адаптации; в случае чрезмерной стресс-реакции возникают нарушения клеточных мембран, приводящие к ферментемии и повреждениям.

Влияние избытка катехоламинов на органы и ткани, при котором их липотропное действие становится чрезмерным, приводит к активации перекисного окисления липидов в мембранах клеток. В совокупности с гипоксемией, тканевой гипоксией и ацидозом это приводит к повреждению и нарушению функции цитолеммы, клеток, тканей и органов. В результате положительные эффекты катехоламинов, выражающиеся мобилизацией энергообеспечения и работоспособности системы, ответственной за адаптацию, переходят в повреждающие. В нетренированном организме при максимальных нагрузках снижение работоспособности сопровождается активацией перекисного окисления липидов и ферментемией. Предварительное введение антиоксидантов, ингибирующих активацию перекисного окисления, предупреждает эти явления и приводит к повышению выносливости.

Ряд гормонов обладают прямым индукторным действием на синтез нуклеиновых кислот и белков и обеспечивают реализацию следующей за катаболической фазой стресс-реакции стадии генерализованной активации синтеза нуклеиновых кислот и белков. В ответственной за адаптацию функциональной системе эта активация суммируется с увеличением синтеза, вызванным гиперфункцией органов и тканей системы, и закладывает основу для формирования структурного базиса долговременной адаптации к физической нагрузке.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.