Глюкоза и мышечная деятельность
Дается классификация углеводов и их переваривание в организме человека, определение и формулы глюкозы и фруктозы. Описана история открытия глюкозы. Приведены данные о концентрации глюкозы в крови в норме и патологии. Также описано изменение концентрации глюкозы в крови при мышечной деятельности.
Глюкоза и мышечная деятельность
Классификация углеводов
В зависимости от сложности строения молекул углеводы классифицируются на три основных класса: моносахариды, олигосахариды (дисахариды) и полисахариды.
К моносахаридам относятся простые углеводы, которые при гидролизе не распадаются на более простые молекулы. Примером моносахаридов являются глюкоза и фруктоза, дисахаридов — сахароза, мальтоза и лактоза, полисахаридов – крахмал и клетчатка в растениях, гликоген в тканях человека и животных.
Определение
Глюкоза (виноградный сахар) – моносахарид, один из самых распространенных источников энергии в живых организмах.
Формула глюкозы – С6Н12О6.
Глюкоза и фруктоза
Фруктоза имеет ту же формулу, что и глюкоза, но другую структуру молекулы (рис. 1). Формула фруктозы — С6Н12О6.
История открытия глюкозы
В чистом виде глюкозу в 1747 году выделил немецкий химик Андреас Маргграф из виноградного сока. В 1801 году Жозеф Луи Пруст выделил глюкозу из виноградного сока. Поэтому ее еще называют виноградным сахаром.
Где находится в организме человека
Свободная глюкоза в организме человека в основном находится в крови. Концентрация глюкозы в крови постоянная и колеблется в узком диапазоне от 3,9 до 5,9 ммоль/л. Если концентрация глюкозы в капиллярной крови натощак превышает 6,1 ммоль/л, а в венозной – 7 ммоль/л — это может свидетельствовать о наличии заболевания, которое называется сахарный диабет (ВОЗ 1999-2013).
Переваривание углеводов в организме человека
Основными углеводами, поступающими в организм человека, являются: крахмал, клетчатка, сахароза, лактоза и гликоген.
В ротовой полости под действием фермента слюны амилазы крахмал и гликоген распадаются на низкомолекулярные полисахариды. Дальнейший распад углеводов протекает в тонкой кишке под действием фермента амилазы поджелудочного сока. В результате образуется дисахарид мальтоза, состоящий из двух остатков глюкозы. Завершается переваривание углеводов превращением образовавшейся мальтозы и других пищевых дисахаридов (сахарозы, лактозы) в моносахариды (глюкозу, фруктозу и галактозу). Главным образовавшимся моносахаридом является глюкоза.
Образовавшиеся моносахариды попадают в кровь и по системе воротной вены поступают вначале в печень. В печень поступает в основном глюкоза, потому что по мере попадания в кровь моносахариды превращаются в глюкозу. В печени глюкоза превращается в гликоген, который представляет собой запасную форму глюкозы. Синтез гликогена ускоряется гормоном инсулином.
Часть глюкозы из крови попадает в мышцы, где также синтезируется гликоген. Белком, переносящим глюкозу в мышцы, является GLUT4.
Между приемами пищи в печени протекает обратный процесс – гликоген распадается на глюкозу, которая поступает в кровь. В состоянии покоя расщеплению гликогена способствует гормон глюкагон (С.С. Михайлов, 2009).
Сахарный диабет
Если уровень глюкозы в крови постоянно превышает нормальные значения, развивается заболевание, которое называется сахарный диабет. Причиной этого заболевания является недостаточное выделение инсулина поджелудочной железой (сахарный диабет типа 1) или недостаточное количество рецепторов инсулина в клетках организма (особенно в мышечных волокнах) – сахарный диабет типа 2. Существует мнение, что одной из причин сахарного диабета типа 2 в пожилом возрасте является уменьшение массы мышц (саркопения) и следовательно, понижение возможности утилизации глюкозы мышцами.
Глюкоза и физическая нагрузка
Концентрация глюкозы в крови во время мышечной деятельности зависит от соотношения между ее потреблением скелетными мышами и выделением печенью.
В состоянии покоя выделению глюкозы из печени способствует гормон глюкагон[1]. Этот гормон обеспечивает расщепление гликогена печени (гликогенолиз) и образование глюкозы из аминокислот (глюконеогенез).
Во время физической нагрузки секреция глюкагона увеличивается. Активность мышц повышает интенсивность выделения адреналина и норадреналина из мозгового слоя надпочечников. Адреналин, норадреналин и глюкагон усиливают гликогенолиз.
Повышение интенсивности физической нагрузки повышает уровень кортизола в крови. Кортизол в свою очередь усиливает катаболизм белков. Это приводит к увеличению количества аминокислот и повышению интенсивности глюконеогенеза, протекающего в печени.
Таким образом глюкагон, адреналин и норадреналин увеличивают количество глюкозы в крови, усиливая процессы гликогенолиза и глюконеогенеза.
На концентрацию глюкозы в крови также влияют гормон роста и гормоны щитовидной железы.
Количество глюкозы, выделяемое печенью, зависит от интенсивности и продолжительности физической нагрузки. С увеличением интенсивности физической нагрузки повышается выделение адреналина и норадреналина. Это заставляет печень выделять все больше глюкозы для мышц. Так, например, концентрация глюкозы в крови после спринта на велосипеде в течение 60 секунд повышается с 5 ммоль/л до 7 ммоль/л (Дж. Х. Уилмор, Д.Л. Костилл, 1997).
Во время физической нагрузки продолжительностью несколько часов интенсивность выделения глюкозы печенью полностью соответствует потребностям скелетных мышц, поэтому уровень глюкозы в крови соответствует ее концентрации в состоянии покоя или немного его превышает (Дж. Х. Уилмор, Д.Л. Костилл, 1997).
После того, как истощатся запасы гликогена в печени, концентрация глюкозы в крови немного снижается. Однако в этот момент увеличивается концентрация глюкагона в крови. Этот гормон вместе с кортизолом усиливают глюконеогенез, стабилизируя уровень глюкозы в крови (Дж. Х. Уилмор, Д.Л. Костилл, 1997).
Литература
- Михайлов С.С. Спортивная биохимия. – М.: Советский спорт, 2009.– 348 с.
- Уилмор Дж. Х. Костилл Д.Л. Физиология спорта и двигательной активности.- Киев: Олимпийская литература, 1997.- 504 с.
С уважением, А.В. Самсонова
[1] Глюкагон – гормон. Синтезируется в альфа-клетках поджелудочной железы.