Разобщенное тканевое дыхание при мышечной работе: потеря эффективности или гомеостатическая выгода?

В 70-е годы прошлого века был открыт белок «термогенин», которому приписывалась ключевая роль в терморегуляторной функции митохондрий бурого жира у мелких млекопитающих. В результате активности этого белка часть энергии окисления превращалась сразу в тепло, а не в макроэргические связи. Однако вскоре оказалось, что существует целое семейство разобщающих белков «UCP» (uncouplingproteins), которые активно исследуются в последние 10-15 лет благодаря тому, что разобщение окисления и фосфорилирования в митохондриях ассоциируется с контролем массы тела и жироотложения. Белки семейства UCP благодаря своей структуре, позволяют протонам из межмембранного пространства митохондрии возвращаться в митохондриальный матрикс, минуя АТФ-син- тазу, таким образом, снижая количество синтезированного АТФ. При этом освобождающаяся в окислительно-восстановительных реакциях цикла Кребса энергия преобразуется в тепло. До недавнего времени полагали, что разобщение окисления и фосфорилирования в митохондриях имеет смысл для терморегуляции, а в остальных случаях отражает неблагоприятное воздействие разнообразных стресс-факторов. Между тем, вскоре оказалось, чтоэти «разрушительные» белки встречаются не только в буром жире, но также и в других тканях, имеющих совершенно конкретные энергоемкие физиологические функции. Белок UCP2 обнаруживается в скелетных мышцах, белой жировой ткани, легких и почках, а также в сердце и центральной нервной системе. Экспрессия UCP3 ограничена, главным образом, скелетными мышцами. Зачем они там, чем помогают организму? Имеются данные о том, что бурая жировая ткань (БЖТ), содержащая значительные количества белка UCP1, способна поглощать молочную кислоту, и эта ее способность усиливается под влиянием физической тренировки, что было показано на мышах итальянской командой ученых. В наших исследованиях на спортсменах было показано, что кратковременная (1 мин) активация несократительного термогенеза за счет острого регионального холодового воздействия ведет к значительному (1,5-кратному) снижению уровня лактата в крови в условиях мышеч- ного покоя. При напряженной мышечной работе (рамптест до достижения МПК) с помощью инфракрасной термографии мы об- наружили возрастание температуры по- верхности участков тела, где чаще всего бывают расположены анклавы бурой жиро- вой ткани. Менее очевиден функциональный смысл присутствия разобщающих белков в митохондриях тканей, не предназначенных для терморегуляции. На сегодняшний день в литературе преобладает мнение, что разобщающие белки участвуют в противостоянии оксидативному стрессу и старению, хотя конкретные механизмы этих форм активности пока не расшифрованы. Мутации в генах разобщающих белков, влияющие на экспрессию данных генов, или нарушающие структуру синтезируемого белка, могут оказывать влияние на степень разобщения процессов клеточного дыхания и окислительного фосфорилирования. Некоторые характеристики образа жизни также способны модулировать экспрессию генов разобщающих белков, хотя в данных разных авторов немало противоречий. Так, показано, что ограничение калорийности пищи приводит к двукратному увеличению экспрессии генов UCP2 и UCP3 в адипоцитах и скелетных мышцах. В то же время, увеличение количества жиров в пище приводит к увеличению экспрессии генов тех же разобщающих белков 2 и 3; длительные тренировки на выносливость снижают экспрессию разобщающих белков. Полученные нами совместно с генетиками результаты позволяют сделать несколько предварительных гипотетических утверждений, которые требуют дальнейшей экспериментальной проверки как на генетическом, так и на физиологическом уровне: 1) Работоспособность спортсменов в различных ее проявлениях, как в аэробном (рамптест), так и в анаэробном (Вингейтский тест) диапазоне, подкрепляется разобщением дыхания и фосфорилирования в мышцах, что ставит вопрос о вероятной позитивной роли разобщающих белков в поддержании го- меостаза. 2) Энергозатраты на тяжелую физическую работу выше у обладателей активно разобщающих окисление и фосфорилирование членов семейства UCP (в первую очередь - 3), что может быть важным аргументом в пользу эффективности физических нагрузок для нормализации жирового обмена и контроля массы тела избирательно у этой части популяции. 3) Наличие в организме активных аллелей разобщающего белка UCP2 стимулирует вентиляторную функцию легких при напряженной физической работе циклического характера, что способствует нормализации состояния внутренней среды организма. 4) Повышенные значения эргометрических показателей аэробной работоспособности (на уровне АнП и МПК) у обладателей активных разобщающих белков могут быть следствием эффективной утилизации молочной кислоты, в которой, вероятно, могут участвовать митохондрии БЖТ, скелетных мышц, а также другие, имеющие в своей структуре разобщающие белки.