Одним из факторов, определяющих физическую работоспособность организма, является система регуляции метаболизма глюкозы – универсального источника энергии для всех клеток организма. Процесс обмена глюкозы регулируется многими регуляторными системами, важную роль в нем играют регуляторные пептиды, в первую очередь инсулин, глюкагон, лептин. К настоящему времени накоплено огромное количество данных, свидетельствующих о значительных перестройках метаболизма глюкозы при физической работе [3; 15], причем диапазон концентрационных изменений зависит от продолжительности и интенсивности физической активности. В большинстве работ отмечается, что активизация процессов мобилизации и расхода глюкозы сопровождается снижением секреции инсулина и глюкагона на фоне повышенного содержания глюкокортикоидов в крови. Эти процессы обеспечивают непрерывный контроль снабжения глюкозой нервной системы и работающих мышц. Имеются данные об участии системы гормонов поджелудочной железы в увеличении работоспособности при систематических физических нагрузках. В работах Charbonneau и Khoo показано существенное увеличение концентраций инсулина и глюкагона в крови людей и животных, систематически выполнявших интенсивную физическую работу [4; 13]. Однако имеются затруднения в интерпретации этих данных и результатов, полученных другими авторами, поскольку в экспериментах используются различные модели физической работы, отличающиеся интенсивностью и продолжительностью, кроме того, часто встречаются противоположные изменения при сходных воздействиях. На сегодня открытым остается вопрос о механизмах адаптационных перестроек регуляции обмена глюкозы, чем обуславливается целесообразность изучения комплекса взаимосвязанных показателей метаболизма глюкозы и факторов его регуляции у объектов, достаточно сильно различающихся по интенсивности метаболизма и степени адаптации к физической работе.
Целью нашей работы являлось изучение концентраций глюкозы, лактата, инсулина, глюкагона, лептина, адренокортикотропного гормона, адреналина и глюкокортикоидов в сыворотке крови спортсменов и людей, не занимающихся спортом, в состоянии покоя и после физической работы максимальной мощности.
Материалы и методы исследований
Объектами нашего исследования выступали две группы людей разного уровня физической подготовки: группа спортсменов специализации «легкая атлетика» – средний бег и триатлон, квалификации мастера спорта и мастера спорта международного класса, в возрасте 18-28 лет (n=18), и группа добровольцев, не подвергающихся систематическим физическим нагрузкам – студентов и аспирантов вузов г. Пензы, в возрасте 18-28 лет (n=18). Физическую работу для экспериментальных подгрупп спортсменов и людей, не подвергающихся систематическим физическим нагрузкам, создавали с помощью программируемого тредбана, начиная со скорости 3,5 м/с, повышая каждые две минуты на 0,5 м/с до скорости, характеризующейся подъемом пульса до 180, на которой испытуемый бежал до состояния полного утомления [2]. Каждую группу делили на две подгруппы – интактную и экспериментальную, выполняющую физическую работу. Концентрации глюкозы и лактата определяли в капиллярной крови, АКТГ, инсулина, глюкагона, лептина, кортизола, кортикостерона и адреналина - в сыворотке венозной крови.
Концентрацию лактата определяли с помощью ферментного электрода с иммобилизованной лактатдегидрогеназой, глюкозу - с помощью глюкозооксидазы [7].
Определение содержания АКТГ, инсулина, глюкагона, лептина, кортизола, кортикостерона и адреналина осуществлялось различными вариантами иммуноферментного анализа с использованием готовых наборов, изготовленных на заказ фирмой DRG International (Германия).
Проверка принадлежности распределения признаков к нормальному распределению производилась по критерию хи-квадрат. Достоверность отличий между средними определяли с использованием t-критерия Стьюдента [1].
Результаты исследования и их обсуждение
В покое уровни инсулина, глюкагона и лептина в крови спортсменов были выше, чем у неспортсменов, приблизительно на 30% (рис. 1). При физической работе до предела работоспособности уровни инсулина и глюкагона у спортсменов поднимались на 70 и 100% соответственно по сравнению с исходным, уровень лептина не изменялся, в то время как у неспортсменов происходило увеличение только уровня глюкагона на 110% по сравнению с исходным. Данный факт позволяет объяснить наблюдаемые нами и описанные в литературе изменения в концентрации глюкозы и лактата при физической работе. Повышение содержания глюкозы в крови людей, не занимающихся спортом, отражает, по-видимому, процессы мобилизации глюкозы из гликогена печени и выход ее в кровь (рис. 2). Однако возрастающий уровень инсулина у спортсменов высокого класса способствует поглощению глюкозы работающими тканями и нормализации уровня глюкозы в крови. Более высокое по сравнению с неспортсменами поглощение глюкозы тканями, в первую очередь мышечной, может обеспечивать более высокий показатель содержания лактата при максимальной физической нагрузке у спортсменов высокой квалификации.
Рис. 1. Влияние физической работы на уровень инсулина, глюкагона и лептина в сыворотке крови спортсменов и людей, не занимающихся спортом
Примечание: Здесь и на рис. 2-3: M±m;
- спортсмены; 
- неспортсмены;
* - Р < 0,05, ** - Р < 0,01, *** - Р < 0,001 по сравнению с физиологическим состоянием;
+ - Р < 0,01, ++ - Р < 0,01, +++ - Р < 0,001 по сравнению с неспортсменами.
Интересным является также тот факт, что уровни данных регуляторных пептидов у спортсменов в физиологическом состоянии выше, чем у людей, не занимающихся спортом. Согласно данным литературы, спортсмены характеризуются повышенным уровнем обмена веществ не только при физической работе, но и в состоянии покоя. Пептидные гормоны инсулин, глюкагон и лептин играют важнейшую роль в пищевой мотивации и энергетическом обмене [11]. Уровень циркулирующих в крови гормонов осуществляет обратную связь с мозгом, поддерживая энергетический баланс и регулируя вес тела [11].
Рис. 2. Влияние физической работы на концентрацию глюкозы и лактата в крови спортсменов и людей, не занимающихся спортом
По-видимому, высокий уровень глюкагона и лептина связан с процессами активизации основного обмена у спортсменов, кроме того, оба пептида участвуют в процессах регенерации и поддержания функционирования нервных и мышечных клеток при повреждениях [9], связанных с систематическими физическими нагрузками, а также повышают лабильность сердечно-сосудистой системы [6]. Высокий уровень инсулина препятствует катаболическому эффекту глюкагона, проявляя анаболическое действие, усиливая репликацию ДНК и биосинтез белков, активируя поглощение клетками аминокислот, ионов калия магния и фосфата, препятствует деградации белков [12].
Уровень АКТГ у спортсменов в физиологическом состоянии был выше, чем у контрольной группы, в 3,5 раза (рис. 3). После нагрузки уровень АКТГ у неспортсменов повышался в 3 раза по сравнению с исходным, у спортсменов происходило повышение на 85% по сравнению с исходными данными, что в 2 раза превышало значение контрольной группы на нагрузке. Тот факт, что высокий уровень АКТГ способен стимулировать синтез и секрецию инсулина [8], позволяет предположить, что повышенный уровень адренокортикотропного гормона у спортсменов в физиологическом состоянии и при физической работе связан со стимуляцией продукции инсулина, поскольку повышение уровня АКТГ при физической работе не сопровождалось повышением содержания глюкокортикоидов в сыворотке.
Рис. 3. Влияние физической работы на уровень адренокортикотропного гормона (АКТГ), кортизола, кортикостерона и адреналина в сыворотке крови спортсменов и людей, не занимающихся спортом
Уровень кортизола и кортикостерона в спокойном состоянии у спортсменов был в 2 и 2,5 раза выше, чем у группы здоровых добровольцев, соответственно (рис. 3). При физической работе у неспортсменов происходило повышение уровня кортизола на 50%, кортикостерона на 40% по сравнению с исходным содержанием, в то время как для спортсменов повышения не наблюдалось. Концентрация адреналина в физиологическом состоянии была одинаковой у обеих исследуемых групп, после физической работы наблюдалось двукратное повышение в сыворотке крови людей, не занимающихся спортом, у спортсменов повышения не происходило.
Существенное увеличение уровня АКТГ и гормонов надпочечников, наблюдаемое у неспортсменов при физической работе, является, по-видимому, неспецифическим ответом, характерным для стресс-реакции [5]. Однако адаптационные изменения, наблюдаемые в сыворотке крови спортсменов в состоянии покоя и при физической активности отличаются от показателей, характерных для хронического стресса (эмоционального, болевого, иммобилизационного и др.). Хронический стресс вызывает увеличение секреции стресс-гормонов на протяжении длительного периода, однако со временем наблюдается гипертрофия надпочечников, и их секреторная активность снижается. Систематическая физическая работа не вызывает гипертрофии надпочечников [10], несмотря на постоянно повышенный уровень АКТГ, кортизола и кортикостерона у спортсменов высокой квалификации, причем концентрация глюкокортикоидов у спортсменов в состоянии покоя выше, чем у неспортсменов при физической работе. Важная роль в возникновении подобных отличий, по-видимому, принадлежит исключению симпатоадреналовой системы из реакции на физическую активность, которое наблюдается у спортсменов (рис. 3). Таким образом, изменения в функционировании системы «АКТГ – надпочечники» играют важнейшую роль в адаптации к физической работе не только за счет участия в регуляции интенсивности энергетического метаболизма, но и благодаря положительному влиянию глюкокортикоидов на тонус мышц, растяжимость связок, бронхов, влиянию АКТГ на болевую чувствительность, мотивацию, память, процессы обучения [14].
Более высокое по сравнению с неспортсменами поглощение глюкозы тканями, в первую очередь мышечной, может обеспечивать более высокий показатель содержания лактата при максимальной физической нагрузке у спортсменов высокой квалификации (рис. 2). Высокая гликолитическая мощность у спортсменов обеспечивается также повышенной мобилизацией глюкозы из гликогена печени - процесса, контролируемого в первую очередь гликогеном и глюкокортикоидами, уровень которых у спортсменов высокой квалификации существенно выше, чем у неспортсменов (рис. 1 и 3). Уровень АКТГ у спортсменов в физиологическом состоянии был выше, чем у контрольной группы, в 3,5 раза (рис. 3). После нагрузки уровень АКТГ у неспортсменов повышался в 3 раза по сравнению с исходным, у спортсменов происходило повышение на 85% по сравнению с исходными данными, что в 2 раза превышало значение контрольной группы на нагрузке.
Таким образом, высокие концентрации АКТГ, инсулина, глюкагона, кортизола, кортикостерона у спортсменов высокой квалификации, превосходящие уровни данных веществ у здоровых добровольцев и в состоянии покоя, и после физической работы, являются следствием значительных перестроек их синтеза и секреции в процессе адаптации к систематическим физическим нагрузкам.