Как действат упражненията в мускулите

От Holger Neye/Физическата активност има общи положителни ефекти върху сърдечно-съдовата форма и, например, липидния метаболизъм. Освен това има директен ефект върху мускулатурата, който е свързан с по-добър ефект на инсулина. През последните няколко години физиологичните процеси на клетъчно ниво могат да бъдат описани по-подробно.

Захарният диабет тип 2 се характеризира с неадекватна секреция на инсулин и инсулинова резистентност. За неговата профилактика и лечение на първо място се препоръчват загуба на тегло и повече физическа активност. Основаните на факти насоки на Германското общество за диабет придават първостепенно значение на нефармакологичните терапевтични мерки като обучение, хранене и упражнения във всяка фаза на заболяването.

"width =" 250 "height =" 256 "/>

В скелетните мускули инсулинът особено подобрява усвояването на глюкозата от кръвта. Субстратът се съхранява в мускула като гликоген, за да бъде на разположение като доставчик на енергия по време на остър стрес. Поглъщането на глюкоза в клетките се регулира от глюкозния транспортер GLUT. Глюкозата се абсорбира в скелетните мускули чрез инсулинозависимата изоформа GLUT4. Инсулинозависимият означава, че глюкозният транспортер се осигурява от инсулинов сигнал в клетъчната мембрана.

Инсулинозависим транспорт

Инсулиновият ефект върху GLUT4 се медиира чрез инсулиновия рецептор, свързан с мембраната. След свързването на инсулина, допълнителни сигнални молекули като инсулиновия отговор елемент и PI-3 киназа се фосфорилират и активират чрез вътреклетъчни тирозин кинази на рецептора. Механизъм надолу по веригата е транслокацията на GLUT4 от ендоплазмения ретикулум към плазмената мембрана. Това впоследствие води до повишено усвояване на глюкоза от кръвта.

Упражненията подобряват глюкозния толеранс и инсулиновото действие при инсулинова резистентност и диабет тип 2. Това може да се покаже чрез разследвания първо при опити с животни, по-късно върху опитни лица. Трябва да се прави разлика между две фази.

В острата фаза се подобрява транспорта на глюкоза, така че клетката може бързо да бъде снабдена с енергия. Тук глюкозният транспортер се предоставя в клетъчната мембрана, като се заобикаля инсулиновия сигнал. Точният механизъм за тази остра, независима от инсулина адаптация засега е неизвестен. Калцият и NO се обсъждат като сигнални молекули.

При редовна физическа активност промените в експресията на гени и протеини в скелетните мускули водят до повишена инсулинова чувствителност или намалена инсулинова резистентност. Например, увеличаване на експресията на РНК на пратеника и протеин може да бъде открито за транспортера на глюкоза GLUT4. Освен това, подобрена PI3 киназна активност може да бъде измерена след редовно обучение, така че инсулиновият сигнал да се предава по-добре от рецептора.

Връзката между физическата активност и променената генна експресия в мускулната клетка се създава от клетъчния и оксидативен стрес. Мускулната активност (и загуба на тегло) води до повишен митохондриален метаболизъм и образуване на реактивни кислородни видове (ROS). Това задейства допълнителни сигнални каскади, които водят до промяна в генната експресия и в крайна сметка до подобрен инсулинов ефект в клетката. В момента се изследват няколко целеви молекули:

AMPK: АМР-активираната протеинкиназа се активира от клетъчен стрес като консумацията на АТФ. AMPK е описан като основен метаболитен превключвател, който контролира експресията на различни гени чрез директно фосфорилиране на основните протеини.

КАРТА p38: активираната от митоген протеинкиназна сигнална каскада се активира от остра физическа активност и спортове за издръжливост и работи съвместно с AMPK.

PGC-1: PPAR-γ-Co-Activator-1 може да се активира от оксидативни стресори и остра физическа активност. Активираният от пероксизома пролифератор рецептор γ (PPAR-γ) активира транскрипцията на гени, чиито протеинови продукти участват в окислителното фосфорилиране. Генетичните анализи показват, че експресията на PGC-1-α и -β е намалена при диабетици тип 2.

Фармакологични подходи

Пряката връзка между реактивните кислородни видове (ROS) и подобрения метаболизъм на глюкозата е показана в проучване на Michael Ristow и колеги от университета в Йена. При здрави доброволци беше потвърдено, че четириседмична тренировъчна програма повишава както инсулиновата чувствителност, така и генната експресия на PGC-1 или PPAR-γ. Интересното е, че тези положителни ефекти не биха могли да бъдат доказани, ако тестваните субекти приемат 1 грам витамин С и 400 международни единици витамин Е дневно по време на тренировъчната фаза. Антиоксидантите потискат положителния ефект от упражненията върху инсулиновата чувствителност.

"width =" 280 "height =" 174 "/>

Повечето изследвания на AICAR и други вещества все още са на етап експеримент с животни.

Ролята на AMPK за подобряване на метаболизма на глюкозата чрез упражнения може да бъде изследвана и потвърдена с вещества, които активират AMPK директно и селективно. За метформин наскоро експерименти с животни показаха, че веществото в хепатоцитите например намалява глюконеогенезата по AMPK-зависим начин, а също така стимулира усвояването на глюкоза по AMPK-зависим начин в изолирани мускули.

Глитазоните действат и върху прицелните клетки, като влияят на генната експресия. Така наречените инсулинови сенсибилизатори действат като PPAR-γ агонисти и влияят върху експресията на многобройни гени, което също може да обясни повишената инсулинова чувствителност в скелетните мускули. По-нататъшно развитие ще бъдат така наречените глитазари, двойни PPAR-γ- и -α агонисти.

Други вещества се използват експериментално. Аналогът на аденозин 5-аминоимидазол-4-карбоксамид-рибонуклеозид AICAR се фосфорилира до нуклеотида в клетките и подобно на AMP активира AMPK. AICAR успя да увеличи чувствителността към инсулин в изолирани мускули. Настоящите проучвания върху мишки показват, че петдневното приложение на AICAR може да имитира тренировъчен ефект. Подобрение в издръжливостта от 44% в сравнение с контролните животни е показано при тестови животни.

Все още е твърде рано да се извикат така наречените миметици на упражненията. Поради лошата бионаличност, краткия полуживот и многобройните странични ефекти, AICAR е неподходящ като таблетка, която замества упражненията. Независимо от това, веществото вече е в списъка на СЗО за допинг. Понастоящем около две дузини компании работят за разработването на специфично спортно хапче, което може да се използва за лечение на затлъстяване и диабет. /

Литература от автора

Автора

Д-р Холгер Нейе е главен фармацевт на Асоциацията на задължителните здравноосигурителни лекари в Северен Рейн. Той посвещава тази статия на професор д-р. Ойген Й. Верспол на 65-ия си рожден ден на 22 май.