Биохимия в практике спорта

Вырабатываемая в поджелудочной железеIII. Биохимическилипаза расщепляетпоказатели триглицериды, находящиеся в эмульгированном состоянии. Желчные кислоты активирующе влияют на липазу, смещая оптимум действия данного фермента с рН 8,0 до рН 6,0, т.е. до той величины рН, которая более постоянно поддерживается в двенадцатиперстной кишке в ходе переваривания жирной пищи. Необходимо отметить, что в расщеплении жиров участвует также кишечная липаза. Однако активность ее невысока.

Основными продуктами, образующимися в кишечнике при расщеплении пищевых жиров, являются жирные кислоты, р-моноглицериды и глицерин.

Механизм всасывания высших жирных кислот и глицерина нами был уже рассмотрен; фосфорная кислота всасывается кишечной стенкой главным образом в виде натриевых или калиевых солей; холин и этаноламин всасываются в виде своих активных форм. Как уже отмечалось, в кишечной стенке происходит ресинтез фосфатидов. Необходимые компоненты для синтеза: высшие жирные кислоты, глицерин, фосфорная кислота, азотистые основания (холин или этаноламин) – поступают в эпителиальные клетки при всасывании из полости кишечника, поскольку они образуются при гидролизе пищевых липидов; частично эти компоненты доставляются в эпителиальные клетки кишечника с током крови из других тканей. В стенке кишечника жирные кислоты и глицериды (скорее всего моноглицериды) снова превращаются в триглицериды, в значительной степени специфичные для человека и отличающиеся по жирнокислотному составу от пищевого жира. В известной мере обеспечение осуществляется в синтезе триглицеридов (а также фосфатидов) в кишечной стенке, где участие принимают наряду с экзогенными и эндогенные жирные кислоты. Ресинтезированные в эпителиальных клетках кишечника триглицериды и фосфатиды, а также поступивший в эти клетки из полости кишечника холестерин соединяются с небольшим количеством белка и образуют относительно стабильные комплексные частицы – хиломикроны.

Диаметр хиломикронов колеблется. Благодаря большим размерам частиц хиломикроны (100–5000 нм) не способны прони-

171

КУЛИНЕНКОВ О.С., ЛАПШИН И.А.

кать из эндотелиальных клеток кишечника в кровеносные капилляры и диффундируют в лимфатическую систему кишечника, а из последней – в грудной лимфатический проток. А уже из грудного лимфатического протока хиломикроны попадают в кровяное русло. Таким образом, в виде хиломикронов осуществляется транспорт экзогенных триглицеридов, холестерина и частично фосфатидов из кишечника через лимфатическую систему в кровь. Уже через 1–2 ч после приема пищи, содержащей липиды, наблюдается алиментарная гиперлипемия. Это – физиологическое явление, характеризующееся в первую очередь повышением концентрации триглицеридов в крови и появлением в ней хиломикронов. Пик алиментарной гиперлипемии приходится на 4–6 ч после приема жирной пищи. Повышение содержания липидов в крови после принятия пищи тем выше, чем ниже уровень липидов в крови натощак. Обычно через 10– 12 ч после приема пищи содержание триглицеридов возвращается к нормальным величинам, а хиломикроны полностью исчезают из кровяного русла.

Нарушения жирового обмена могут наступать уже в процессе переваривания и всасывания жиров. Одна группа расстройств жирового обмена связана с недостаточным поступлением панкреатической липазы в кишечник, вторая – обусловлена нарушением поступления в кишечник желчи. Кроме того, нарушения процессов переваривания и всасывания липидов могут быть связаны с заболеваниями желудочно-кишечного тракта, при которых, например, наблюдается ускоренное прохождение пищи. Нарушения жирового обмена происходят при сдвигах в процессах синтеза и распада жиров и жирных кислот, которые протекают в тканях, что, в конечном счете, приводит к тяжелым общим расстройствам метаболизма.

Окисление жирных кислот

Окисление («распад») жирных кислот протекает в печени, почках, скелетной и сердечной мышцах, в жировой ткани. В мозговой ткани скорость окисления жирных кислот весьма незначительная; основным источником энергии в мозговой

172

ткани служит глюкоза. Окисление жирныхIII. Биохимическикислот осуществ- ляется в митохондриях клетки.

показатели

Процесс окисления жирных кислот складывается из следующих основных этапов:

– активация жирных кислот;

– транспорт жирных кислот внутрь митохондрий;

– внутримитохондриальное окисление жирных кислот. Свободная жирная кислота, независимо от длины углеводо-

родной цепи, является метаболически инертной и не может подвергаться никаким биохимическим превращениям, в том числе окислению, пока не будет активирована. Активация жирной кислоты протекает на наружной поверхности мембраны митохондрий при участии АТФ, коэнзима A(HS-KoA) и ионов магния.

Переносчиком активированных жирных кислот через внутреннюю митохондриальную мембрану служит карнитин.

Процесс окисления жирных кислот в митохондриях клетки включает несколько последовательных энзиматических реакций.

Биосинтез жирных кислот

Синтез жирных кислот протекает в цитозоле клетки. В митохондриях же в основном происходит удлинение существующих цепей жирных кислот.

Отмечено, что в тех случаях, когда содержание глюкозы в жировой ткани понижено (например, при голодании), образуется лишь незначительное количество глицерол-3-фосфата, и освободившиеся в ходе липолиза свободные жирные кислоты не могут быть использованы на ресинтез триглицеридов, поэтому жирные кислоты покидают жировую ткань. Активация же гликолиза в жировой ткани способствует накоплению в ней триглицеридов, а также входящих в их состав жирных кислот.

Триглицериды

Триглицериды – нейтральные жиры. По химическому строению триглицериды представляют собой сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и высших жирных кислот, преимущест-

173

КУЛИНЕНКОВ О.С., ЛАПШИН И.А.

венно пальмитиновой С15Н31СООН, стеариновой С17Н15 СООН и олеиновой C17H13COOH кислот. Жирные кислоты в триглицеридах могут быть насыщенными и ненасыщенными. Кроме того, триглицериды бывают простыми и смешанными. Если все три кислотных радикала принадлежат одной и той же жирной кислоте, то такие триглицериды называются простыми. Примерами простых триглицеридов являются триолеин, трипальмитин и т.д. Если же кислотные радикалы принадлежат разным жирным кислотам, то такие триглицериды называются смешанными.

Уровень триглицеридов при физической нагрузке увеличивается. Содержание триглицеридов в плазме спортсмена составляет в среднем 10–150 мг %.

Клиническое значение определения триглицеридов

Содержание триглицеридов повышено при нефрозах, диабете, эссенциальной гиперлипемии, гликогенозах, гипотиреозе, лейкозах, при беременности, панкреатитах, а также при ряде заболеваний печени. Концентрация триглицеридов в крови снижается при гипертиреозах.

Фосфолипиды

Фосфолипиды, или фосфатиды – группа липидов, содержащих фосфор. В состав фосфолипидов входят спирт, жирные кислоты, фосфорная кислота и азотистые основания.

Фосфолипиды крови активно участвуют в образовании липопротеинов, тем самым способствуют выходу триглицеридов. Кроме того, часть жирных кислот триглицеридов участвует в образовании фосфолипидов и в составе их молекул выходит из печени. Поэтому недостаточное образование фосфолипидов влечет за собой нарушение обмена липидов и тем самым вызывает жировую инфильтрацию печени.

Нормальное содержание липидного фосфора в сыворотке крови взрослого человека обычно колеблется от 1,45 до 2 г/л.

Клиническое значение определения концентрации фосфолипидов

Обычно отношение фосфолипидов сыворотки (плазмы) крови к холестерину является величиной, довольно постоянной (1,5:1).

174

Эта величина меняется при различных патологических состоя- ниях.

III. Биохимич показатели

Повышение содержания фосфолипидов в сыворотке крови отмечается в основном в тех же случаях, что и триглицеридов. Гиперфосфолипидемия обнаруживается у больных диабетом, гипотиреозом, гломерулонефритом, нефрозом, заболеваниями печени, особенно билиарным циррозом. Умеренное снижение уровня фосфолипидов наблюдается при тяжелых формах острого гепатита, портального цирроза и при жировой дегенерации печени. При гипертиреозе содержание фосфолипидов в плазме может быть понижено.

Холестерин

Холестерин – вторичный одноатомный циклический спирт. В организме человека с массой тела 70 кг содержится в среднем 140 г холестерина, т.е. около 0,2% массы тела. Многие ткани наряду со свободным холестерином содержат также и эфиросвязанный холестерин. Например, в печени содержится 80% свободного и 20% эфиросвязанного холестерина. Известно, что человек с пищей получает в среднем 0,4–0,5 г холестерина в день, синтезируется же ежедневно в организме 1,5–4,2 г. Таким образом, большая часть холестерина образуется эндогенно. Основным местом биосинтеза холестерина является печень.

Биосинтез холестерина. В синтезе холестерина можно выделить три основные стадии: 1-я стадия – превращение активного ацетата в мевалоновую кислоту; 2-я стадия – образование сквалена из мевалоновой кислоты; 3-я стадия – превращение сквалена в холестерин.

Многочисленными исследованиями показано, что регуляция биосинтеза холестерина осуществляется путем изменения синтеза и активности фермента – специфической редуктазы. Фермент локализован в мембранах эндоплазматической сети клетки. Его активность зависит от концентрации холестерина в этих мембранах. Повышение концентрации холестерина приводит к снижению активности фермента. Регуляция активности редуктазы холестерином является примером регуляции ключе-

175

КУЛИНЕНКОВ О.С., ЛАПШИН И.А.

вого фермента конечным продуктом по принципу отрицатель- ной обратной связи.

Активность фермента зависит от времени суток и имеет суточные ритмы с максимальным подъемом в полночь и минимальным уровнем активности в полдень. На синтез и активность редуктазы влияют также гормоны и режим питания.

В организме существует и второй путь биосинтеза редуктазы. Все ферменты этого пути локализованы в цитоплазме и по своим свойствам не идентичны микросомальному ферменту. Активность цитоплазматической редуктазы менее чувствительна к изменению концентрации холестерина в клетке и не изменяется в течение суток.

Существование двух автономных путей биосинтеза мевалоновой кислоты может иметь значение для внутриклеточного разграничения. Возможно, что при нарушении обменных процессов, характерном для злокачественного перерождения клетки, а также при гиперхолестеринемиях, сопровождающих атеросклероз, соотношение активностей двух форм редуктазы и скорости двух путей биосинтеза изменяется в сторону увеличения скорости пути, менее чувствительного к регуляторным воздействиям.

В составе липопротеинов холестерин покидает печень и поступает в кровь. Биологический смысл образования липопротеинов в печени заключается главным образом в том, что образование комплексов триглицеридов и холестерина с белком обеспечивает возможность циркуляции их в крови. По-види- мому, лишь небольшая часть холестерина (до 10%) может находиться в крови, будучи связана с фосфолипидами при отсутствии белкового компонента.

Содержание общего холестерина в сыворотке и плазме здорового человека колеблется в пределах 3,9–7,2 ммоль/л, причем 60–70% от общего количества холестерина приходится на эфиры холестерина и 30–40% – на свободный холестерин. При этом следует заметить, что в плазме и сыворотке крови отношение свободного холестерина к эфиросвязанному – величина довольно постоянная.

176

III. Биохимические показатели

Холестерин является предшественником целого ряда биологически активных соединений: половых гормонов, кортикостероидов, желчных кислот, витаминов группы D и др.

Клиническое значение определения концентрации холестерина

Следует обращать внимание на возраст – с возрастом уровень холестерина нарастает.

Увеличение содержания холестерина в плазме крови (гиперхолестеринемия) наблюдается при микседеме, менингитах, диабете, беременности, при липоидном нефрозе, атеросклерозе, ксантоматозе, при некоторых заболеваниях печени (например застойной желтухе).

Описана также наследственная гиперхолестеринемия. Считают, что при этом заболевании нарушены механизмы регуляции синтеза и распада холестерина в тканях.

Снижение содержания холестерина в плазме (гипохолестеринемия) отмечается при хронической сердечной недостаточности, гипертиреозе, при острых инфекционных заболеваниях, остром панкреатите, гемолитической желтухе и острых заболеваниях печени.

Неэстерифицированные жирные кислоты

Свободные высшие жирные кислоты, или неэстерифицированные жирные кислоты (НЭЖК), в плазме крови составляют лишь небольшую часть (5–10%) по отношению к эфиросвязанным жирным кислотам, входящим в состав триглицеридов, фосфолипидов, стероидов и т.д.

Главным эндогенным источником НЭЖК, используемых в качестве «топлива», служит резервный жир, содержащийся в жировой ткани. Принято считать, что триглицериды жировых депо выполняют в обмене липидов такую же роль, как гликоген печени в обмене углеводов, а НЭЖК по своей роли напоминают глюкозу, которая образуется в процессе фосфоролиза гликогена.

При физической работе и других состояниях организма, сопровождающихся повышенной затратой энергии, потребле-

177

КУЛИНЕНКОВ О.С., ЛАПШИН И.А.

ние триглицеридов жировой ткани как энергетического резерва увеличивается.

Поскольку в качестве источников энергии могут использоваться только свободные жирные кислоты, то триглицериды сначала гидролизуются при помощи специфических тканевых липаз до глицерина и НЭЖК. Последние из жировых депо могут переходить в плазму крови (мобилизация высших жирных кислот), после чего они используются тканями и органами в качестве энергетического материала.

Конечные продукты липолиза – глицерин и НЭЖК. Они-то и поступают в кровяное русло. Далее связанные с альбуминами плазмы в виде комплекса НЭЖК с током крови попадают в органы и ткани, где комплекс распадается, а жирные кислоты подвергаются либо р-окислению, либо часть их используется в синтезе триглицеридов (которые затем идут на образование липопротеинов), фосфолипидов, сфинголипидов и других соединений, а также для этерификации холестерина. Другой источник жирных кислот – это фосфолипиды мембран.

Длительный отрицательный эмоциональный стресс, сопровождающийся увеличением выброса катехоламинов в кровяное русло, может вызывать заметное похудание. Следует помнить, что жировая ткань обильно иннервируется симпатической нервной системой, и ее возбуждение сопровождается выделением норадреналина непосредственно в жировую ткань.

Адреналин и норадреналин увеличивают скорость липолиза в жировой ткани, в результате усиливается мобилизация жирных кислот из жировых депо и содержание НЭЖК в плазме повышается.

Действие глюкагона на липолитическую систему сходно с действием катехоламинов.

Гормон роста оказывает влияние на липидный обмен: гипофункция передней доли железы способствует отложению жира в организме, наступает гипофизарное ожирение, повышенная продукция гормона роста стимулирует липолиз, содержание НЭЖК в плазме крови увеличивается.

Инсулин оказывает противоположное адреналину и глюкагону действие на липолиз и мобилизацию жирных кислот.

178

Гиперлипацидемия (повышение содержания НЭЖК в крови) имеет место при диабете, после введения адреналина и глюкокортикоидов, а также при нефрозах и голодании.

Гиполипацидемия (понижение содержания НЭЖК в крови) отмечается при гипотиреозах, после инъекции инсулина и некоторых других состояниях.

179

КУЛИНЕНКОВ О.С., ЛАПШИН И.А. Кетоновые тела

Под названием «кетоновые тела» подразумевают ацетоуксусную кислоту (СН3СОСН2СООН), гидроксимасляную (СН3СНОНСН2 СООН) и ацетон (СН3СОСН3).

Ацетон в крови в норме присутствует в крайне низких концентрациях, образуется он в результате декарбоксилирования ацетоуксусной кислоты и, по-видимому, не имеет определенного физиологического значения.

Есть данные, указывающие на важную роль кетоновых тел в поддержании энергетического гомеостаза. Кетоновые тeла – своего рода поставщики энергии для мышц, мозга, почек и действуют как часть регуляторного механизма с обратной связью, предотвращая мобилизацию жирных кислот из жировых депо. Печень в этом смысле является исключением, она не использует кетоновые тела в качестве энергетического материала.

Клиническое значение определения кетоновых тел. В крови здорового человека кетоновые тела содержатся лишь в очень небольших концентрациях. Однако при голодании, а также у лиц с тяжелой формой сахарного диабета содержание кетоновых тел в крови может повышаться. Это состояние носит название кетонемии. Оно обычно сопровождается резким увеличением содержания кетоновых тел в моче (кетонурией). Например, если в норме за сутки с мочой выводится около 40 мг кетоновых тел, то при сахарном диабете содержание ацетоновых тел в суточной порции мочи может доходить до 10–50 г и более.

Физическая нагрузка, голодание, диабет сопровождаются резким сокращением запасов углеводов, гликогена в печени, мышцах. Ткани находятся в состоянии энергетического голода (диабет – при недостатке инсулина глюкоза не может с достаточной скоростью поступать в клетку). В этой ситуации благодаря возбуждению метаболических центров в ЦНС импульсами с хеморецепторов клеток, испытывающих энергетический голод, резко усиливаются липолиз и мобилизация большого количества жирных кислот из жировых депо в печень. В печени происходит интенсивное образование кетоновых тел. Образующиеся в большом количестве кетоновые тела с током крови транс-

180