Метаболизм занятия спортом

Каждый спортсмен и тренер слышал слово «метаболизм» множество раз в течение своей карьеры. Такие выражения, как «быстрый/медленный метаболизм», «разогнать метаболизм», «метаболические изменения», можно часто услышать от профессионалов и любителей. При этом каждый, в меру своих знаний или понимания, вносит свой смысл в сам термин «метаболизм». Для наших целей мы дадим широкое определение метаболизму, как процессу изменения молекул в живом организме в ходе химических реакций. Однако важным, на наш взгляд, является следующее – каждому тренеру и спортсмену интересно, что происходит с организмом и метаболитами (молекулами, изменяющимися в реакциях) вследствие нагрузки. Так, известно о повышении концентрации лактата в крови после нагрузки, а на организменном уровне происходит повышение потребления кислорода с 0.25 Л/мин. в покое до 5 Л/мин. у спортсменов после нагрузки. Потребление энергии в примерно 5кДЖ/мин. в покое, что эквивалентно потреблению 0.3 гр. глюкозы, увеличивается до примерно 100 кДЖ\мин. во время максимальной нагрузки, что уже соответствует 6 гр. глюкозы. Следовательно, реакции синтеза АТФ должны незамедлительно ускориться, чтобы восполнить потраченный во время нагрузки АТФ. Всё это говорит о том, что во время нагрузки в организме происходят сильные метаболические изменения. Тем не менее, до сих пор не ясно, концентрация каких метаболитов (за исключением всем известного лактата и ещё нескольких молекул) меняется во время и после нагрузки. Группа учёных из Германии провела мета-анализ экспериментальных работ, в которых использовались высокоточные методы масс-спектрометрии и ядерной магнитной спектроскопии для анализа эффектов нагрузки на концентрацию метаболитов. Отличие этих методов от традиционного измерения отдельных метаболитов состоит в том, что они позволяют измерять количество сразу сотен метаболитов в одном биологическом образце, то есть спортсмен может сдать кровь или слюну, а исследователь, с высокой точностью, определит содержание в них сразу множества метаболитов. В итоговый анализ авторы включили 57 экспериментальных статей, в 23 их которых испытуемыми выступили хорошо тренированные спортсмены. 51 исследование рассматривало изменение в метаболическом профиле после занятия циклическими видами спорта, лишь в 6 внимание уделялось именно силовым тренировкам. Все испытуемые были взрослыми с нормальным индексом массы тела. В разных исследованиях собирались различные образцы: сыворотки крови, плазмы, капиллярной крови, мочи, слюны или пота. В 40 исследованиях из 57 для анализа изменений концентрации метаболитов после нагрузки использовалась плазма крови, в 13 моча, ещё в трёх слюна, лишь в одном использовались образцы пота. В выбранных исследованиях было протестировано больше мужчин, чем женщин – соотношение составило 10:1 в пользу мужчин. Длительность нагрузки варьировалась от получаса до 96 часов. Интенсивность нагрузки варьировалась от умеренной (менее 60% от МПК) до супрамаксимальной (более 110-300% работы, выполняемой на МПК). Что касается времени забора биологических образов, то в каждом исследовании сравнивались концентрации метаболитов до и после нагрузки. В некоторых исследованиях образцы забирались сразу после нагрузки, а в других спустя 24 часа. Для удобства анализа авторы мета-анализа классифицировали все эксперименты с забором крови на три категории – с ранним забором образца (0-30 минут после нагрузки), со средней задержкой забора образца (30 минут – 3 часа после нагрузки) и с поздним забором (от 3 до 24 часов после нагрузки). Рисунок – распределение типов образцов и времени их забора в 57 отобранных экспериментах. Обратите внимание, что только для образов крови время забора образов было разделено на три стадии. Красный цвет – поздний забор, зелёный – со средней задержкой, синий – с ранним забором крови. Всего авторы обнаружили 196 метаболитов, чья концентрация значительно изменилась в 2 исследованиях из 57. Это ограничение было наложено авторами для увеличения надежности. 196 метаболитов, отвечающих на нагрузку, относятся к разным классам. Они включают 13 углеводов, 95 липидов, 7 метаболитов из цикла Кребса, 53 аминокислоты и их производных, 3 пептида, 14 нуклеотидов, 6 витаминов и кофакторов, а также 5 ксенобиотиков. Из 196 метаболитов концентрация 106 менялась в одну и ту же сторону во всех экспериментах – из них концентрация 71 метаболита исключительно увеличивалась, а 35 уменьшалась. 90 метаболитов показали смешанные результаты в экспериментах. Из всех групп метаболитов наиболее «непостоянными» оказались аминокислоты, именно их концентрация чаще всего была разной в разных исследованиях таких случаев было 37. Рисунок – ответы каждого класса метаболитов в течение 24 часов после нагрузки. Авторы статьи также обнаружили 31 метаболит, чья концентрация менялась на всех точках забора крови. Большинством из этих метаболитов были липиды – 20 жирных кислот и 5 ацилкарнитинов. 38 метаболитов – в основном аминокислоты и жирные кислоты – меняли концентрацию на ранней и средней стадиях забора крови. 10 метаболитов, в основном жёлчные кислоты, меняли свою концентрацию на ранней и поздней стадиях забора крови. Преимущественно ранним изменениям подвергались концентрации 19 аминокислот, 6 углеводов, 11 ацилкарнитинов, а изменениям в промежутке через полчаса-3 часа после нагрузки подвергались множество самых разных метаболитов из разных групп. Метаболизм углеводов и метаболитов цикла Кребса. В контексте нагрузки, лактат измеряется чаще остальных. Его концентрация при определенных интенсивностях нагрузки является мерой выносливости. Концентрация лактата и пирувата ожидаемо повышается, в то время как формиаты и сахар рамноза понижаются. После нагрузки метаболиты цикла Кребса в основном повышаются в крови и моче, в особенности сразу после нагрузки любой модальности – силовой и аэробной. Подробная таблица приведена ниже, названия метаболитов мы не переводим, так как автор статьи не является специалистом в химии и опасается ошибок перевода (исходная таблица представлена в оригинальной статье по ссылке - https://sportsmedicine-open.springeropen.com/articles/10.1186/s40798-020-0238-4): Заключение. Авторы отмечают, что основными препятствиями для сравнения разных экспериментов является длительность нагрузки, которая сильно отличается в разных исследованиях. Так, концентрация аминокислот была меньше после длительной нагрузки умеренной интенсивности. Напротив, их концентрация была выше после короткой нагрузки с высокой интенсивностью. Ещё одним важным фактором является разница в питании испытуемых. Мы рекомендуем прочитать оригинальную статью, где приведены полные подробные таблицы анализа (дополнительные таблицы – supplementary tables). Их можно найти на странице по ссылке - https://sportsmedicine-open.springeropen.com/articles/10.1186/s40798-020-0238-4. Таблицы находятся в разделе Additional Files, необходимо прокрутить страницу почти в самый низ. Schranner, D., Kastenmüller, G., Schönfelder, M. et al. Metabolite Concentration Changes in Humans After a Bout of Exercise: a Systematic Review of Exercise Metabolomics Studies. Sports Med - Open 6, 11 (2020). https://doi.org/10.1186/s40798-020-0238-4