Профессор Бен Бикман про ошибочные представления о метаболизме лактата

Добро пожаловать в Класс Метаболизма. Я профессор Бен Бикман, биомедицинский ученый и профессор клеточной биологии. Спасибо, что присоединились ко мне на сегодняшней лекции. В этой лекции мы обсудим метаболизм лактата.

Источник

Когда вы слышите слово «лактат», вы, вероятно, сразу думаете о молочной кислоте. Давайте проясним это: у людей, как и у других животных, нет молочной кислоты. Мы поговорим о происхождении лактата чуть позже, но все, что вы когда-либо слышали о молочной кислоте, вероятно, неверно, включая ее существование в человеческом теле. Многие имеют серьезные заблуждения. В нормальных клетках животных, при любых условиях, это лактат. Он находится в форме соли, а не в форме кислоты. Он не является причиной мышечной боли или усталости. Все, что вам говорили тренеры или медицинские специалисты во время занятий спортом, не соответствует действительности.

Итак, еще раз: у людей есть лактат, но нет молочной кислоты. Лактат является продуктом так называемого анаэробного гликолиза. Я не люблю этот термин «анаэробный», так как он подразумевает отсутствие кислорода. В организме человека кислород всегда присутствует. Я предпочитаю называть это неокислительным или немитохондриальным гликолизом.

Теперь давайте кратко разберем гликолиз, который важен для понимания происхождения лактата. Когда молекула глюкозы попадает в клетку, она сразу же вовлекается в процесс. Гликолиз включает две основные фазы: подготовительную и фазу получения энергии. В результате этого процесса образуется молекула пирувата, а не пируватной кислоты. Пируват имеет два пути: он может перейти в митохондрии, где преобразуется в ацетил-CoA, что запускает цикл Кребса и последующие процессы, или остаться вне митохондрий, пройдя через фермент лактатдегидрогеназу и стать лактатом.



Лактат является конечным продуктом неокислительного гликолиза. Это продукт, который образуется, когда клетка нуждается в быстром создании АТФ, химической энергии. Например, в мышцах, где высокий спрос на энергию, лактат является распространенным продуктом. Мышцы используют много АТФ и много митохондрий, производя энергию через окислительный гликолиз и бета-окисление жиров.
Однако есть и другие клетки, например, эритроциты, которые не имеют митохондрий и используют только глюкозу для получения энергии. Поэтому они также производят много лактата. Весь лактат происходит из пирувата, а пируват — это результат гликолиза.

Теперь давайте поговорим о том, что делает лактат. Это будет основной темой нашей лекции. Я благодарен за возможность изучить историю биоэнергетики, и хочу поделиться ею с вами.
Первый человек, которого стоит упомянуть, — это Отто Мейергоф. Он был немецким биохимиком и пионером в изучении лактата, особенно в контексте метаболизма мышц. В начале 20 века он обнаружил, что если заставить конечность животного активно работать, то она начинает выделять много лактата. Если же конечность помещали в камеру, лишенную кислорода, лактат образовывался еще больше. Майерхоф стал первым, кто связал гликолиз с образованием лактата. Эта работа была настолько значимой, что в 1922 году он получил Нобелевскую премию за свои исследования.

Следующим важным этапом стали работы пары Карла и Гертруды Кори, которые сделали революционные открытия в области углеводного обмена, включая роль лактата. Гертруда Кори была первой женщиной, получившей Нобелевскую премию по физиологии и медицине в середине 1940-х годов. Их цикл Кори описывает, как лактат, образующийся в работающих мышцах, перемещается в другие ткани и используется в качестве источника энергии.
Майерхоф определил бы это, даже если бы не знал, что такое транспортёр. И он действительно не знал. Но можно было измерить уровень лактата в крови. Когда человек занимается интенсивными упражнениями, уровень лактата возрастает. Очевидно, что лактат должен как-то покидать работающие мышцы и попадать в кровь. Кори обнаружили, что основным получателем лактата является печень. Печень начинает поглощать лактат, и тогда вступает в действие путь гликолиза, который я описывал ранее. Когда в печень поступает большое количество лактата, этот процесс начинает идти в обратном направлении. Лактат перестаёт быть конечным продуктом гликолиза и становится начальной точкой для глюконеогенеза — синтеза новой глюкозы. Это цикл Кори.



После того как печень синтезирует глюкозу из лактата, она выпускает её обратно в кровь. А мышцы снова поглощают эту глюкозу. Таким образом, те самые ткани, которые создали лактат, снова получают его в виде глюкозы. Это и есть цикл Кори.

Цикл Кори был революционным открытием, которое показало, что лактат — это не метаболический «мусор». Наоборот, он становится источником энергии. Следующим важным исследователем был Джордж Брукс из UCLA. Он доказал, что лактат не просто побочный продукт, а полноценный источник энергии. Брукс предложил теорию лактатного шаттла, согласно которой лактат может не только выводиться из клетки, но и использоваться для выработки энергии в митохондриях. Митохондрии имеют транспортёры для лактата, которые позволяют преобразовывать его в ацетил-КоА и включать в цикл Кребса для получения энергии.

Таким образом, лактат эволюционировал от «мусора» до полноценного источника энергии, который могут использовать даже те мышцы, которые его создали.

Кроме того, лактат может быть полезен при травматических повреждениях мозга. После травмы мозг часто теряет способность использовать глюкозу из-за нарушений в гликолизе, что приводит к энергетическому голоданию. В таких случаях лактат может стать альтернативным источником энергии, помогая мозгу вырабатывать достаточное количество АТФ. Исследования показывают, что введение лактата может уменьшить отёк мозга и улучшить внутричерепное давление у пациентов с травмой головного мозга. Это позволяет мозгу поддерживать энергетический баланс и восстанавливать электролитный обмен.

Интересно, что лактат может сигнализировать жировым клеткам и помогать им превращаться из белого жира, который в основном хранит энергию, в «бежевый» жир, который сжигает энергию для выработки тепла. Лактат стимулирует митохондриальное расцепление, что заставляет клетки расходовать энергию для производства тепла, а не на работу.



Лактат также может сыграть важную роль в клинической практике, особенно с учётом развития технологий для постоянного мониторинга уровня лактата. Эти устройства могут быть полезны не только для спортсменов, но и для диагностики метаболических нарушений, таких как митохондриальная дисфункция и инсулинорезистентность, предшествующие диабету 2 типа. Исследования показывают, что повышенные уровни лактата в покое могут быть ранним признаком таких проблем.

Таким образом, мониторинг лактата может помочь не только в спорте, но и в предсказании риска развития метаболических заболеваний. Лактат уже перестаёт считаться «проблемой» метаболизма, и его роль как источника энергии и сигнальной молекулы продолжает расти.