Войти
sport-in » Статьи » Полезная информация » Сократительные механизмы: карнозин как регулятор функции скелетной мышцы

Сократительные механизмы: карнозин как регулятор функции скелетной мышцы

0 19 спортстатьи 07-09-2020 09:26 Полезная информация

Сократительные механизмы: карнозин как регулятор функции скелетной мышцыРастущее количество доказательств свидетель­ствует об изменениях в саркоплазматическом ретикулуме (СР) высвобождения кальция (Са2+) или о поступлении СР Са2+, имеющих импульсное воз­действие на механические характеристики и утом­ление мышцы.

Контроль над концентра­цией цитоплазматического Са2+ в СР зависит от трех отдельных функций. Недостаточ­ность СР в поддержании гомеостаза Са2+ может происходить из-за повреждения самого СР или, как следствие, нарушения внешнего контроля. Редукция Са2+, как обнаружено на единич­ных волоконных препаратах, подвергаемых по­вторяющейся стимуляции, может быть обуслов­лена прямыми нарушениями или Са2+-высвобождающей,или Са2+-связывающей функции СР.

Высвобождение кальция. Повторяющиеся тетанические сокращения изолированных мышц вызывают постепенное снижение силы мышц, которое связано со снижением концентрации саркоплазматического Са2+. Фаверо (Favero) и соавт. продемонстрировали ингибирование высво­бождения СР Са2+ в скелетной мышце крысы пос­ле бега до изнеможения.

Они доложили о резком снижении АТФазной активности и обнаружили сопутствующее уменьшение содержания мышеч­ного гликогена. Исследования показали, что гли­коген ассоциирован с CP-мембраной в скелетной мышце, и, таким образом, было установлено, что гликоген играет роль в регуляции обмена Са2+.

Снижение высвобождения Са2+ для связыва­ния с тропонином будет редуцировать число ак- томиозионовых комплексов и, следовательно, уменьшать силу мышцы. Это может быть резуль­татом: 1) нарушения сопряжения между разно­стью потенциалов сенсоров (дигидропиридино- выми рецепторами — ДГПР) в Т-тубулярной мембране и кальциевыми каналами (рианодино- выми рецепторами — РиР) (рис. 4); 2) редуциро­ванного высвобождения Са2+, обусловленного уменьшением или модификацией содержания Са2+в СР; 3) преходящей модификацией РиР (уменьшающей возможность его закрывания после активации).

Механизм понижения содержания Са2+, опо­средованного изменением РиР (или его регуля­торными белками), ясен как наиболее исследо­ванный и подтвержденный. Было обнаружено много соединений, активирующих или ингиби­рующих РиР, — как эндогенных, так и экзогенных, — и карнозин, как предполагается, является активатором РиР.

Батрукова (Batrukova) и Рубцов (Rubtsov) исследовали влияние карнозина in vitro на ске­летные мышцы кролика (преимущественно зад­них ног «от колена до ступни»), используя выде­ленную тяжелую фракцию СР. Обнаружено, что повышение концентрации карнозина прогрес­сивно уменьшало скорость аккумуляции Са2+ в СР везикулах. Они заключили, что это было ре­зультатом увеличенного выхода Са2+ из везикул, так как карнозин, как предварительно было по­казано, не ингибирует Са2+-насос. Утечка Са2+ была поэтому приписана активации Са-высво- бождающих каналов.

Батрукова и Рубцов так­же продемонстрировали, что карнозин (и ансе­рин) индуцирует быстрое высвобождение Са 2+ из СР. Высвобожденное количество зависело от концентрации карнозина (или ансерина); таким образом, СР Са2+-каналы, вероятно, имеют насы­щаемый связывающий сайт(ы) для этих дипеп­тидов. Более того, компоненты молекулы карно­зина, L-гистидин и р-аланин были протестиро­ваны как отдельно, так и совместно в эквимоляр- ных концентрациях, и не было обнаружено акти­вации Са2+-каналов.

Поэтому эффект карнозина, по-видимому, обеспечивался взаимодействием всей его молекулы, но не какой-либо функцио­нальной ее группы. Более того, исследования in vitro показали, что карнозин усиливает эффект других активаторов Са2+-каналов, в частности ко­феина, (увеличивая сродство связывающих сай­тов в РиР для активирующего лиганда) и умень­шает влияние ингибиторов, таких как Mg2* (до концентрации 1 мМ Mg2+).

Эксперименты на изолированных крысиных сердцах (при перфузии с карнозином) также про­демонстрировали повышенную сокращаемость. В химически обработанных для разрушения обо­лочки кардиальных клетках карнозин высвобож­дает кальций, таким образом, вызывая подъем миоплазматической концентрации Са2+, продуцирует сокращение и изменяет силу растяжения сократи­тельных белков, отвечающих на Са2+.

Карнозин также действует непосредственно на РиР, увели­чивая вероятность их открытого состояния и вре­мя пребывания в открытом состоянии. Таким об­разом, исследования воздействия карнозина (и его производных) на сократительные механизмы по­казали, что такие соединения являются эффектив­ными активаторами РиР и могут индуцировать высвобождение Са2+.

Поступление кальция

Поступление кальция. Депрессия Са2+-АТФазы имеет критическое значение в депонировании Са2+ и мышечной релаксации. Вестерблед (Westerblad) и соавт. предполагают, что уменьшение накоп­ления Са2+ при повторяющейся стимуляции может, в свою очередь, нарушить освобождение Са2+ в ре­зультате пониженного содержания Са2+ в СР. Грин (Green) заявил, что это не тот случай, однако, когда освобождающийся Са2+ будет появляться в саркоплазме (накопление Са2+ нарушено), если в высокой степени не уменьшено высвобождение, то маловероятно, чтобы это произошло из-за повреж­дения.

Если накопление Са2+‘ увеличилось, но свя­зывается посредством саркоплазматических связы­вающих белков, таких как парвальбумин, или если некоторое количество Са2+ связывается в других ме­стах, не в СР (митохондрии), Са2+-накопление мо­жет потенциально быть лимитирующим фактором в Са2+-высвобождении.

Инашима (Inashima) и соавт. изучали воздей­ствие высокоинтенсивного бега на Са2+-АТФазу и обнаружили снижение ее активности. В после­дующем исследовании Инашима и коллеги выяснили, что кратковременная ВИ мышечная активность (100% V02max) увеличивала сродство Са2+-АТФазы для АТФ и Са2+, таким образом, при­водя к активации Са2+~транспортной функции. Это может наблюдаться не во всех типах воло­кон (например, быстрых волокнах). Они также обнаружили, что нагрузка до изнеможения (при 75% V02max) приводила к уменьшению активнос­ти Са2+-АТФазы.

Дюпен (Dupin) и соавт. исследовали воздей­ствие карнозина на скелетные мышцы лягушки, которые были разрушены посредством зависимо­го от аскорбиновой кислоты переокисления липи­дов. Было установлено, что содержание 25 мМ кар­нозина в инкубационной среде давало снижение инактивации Са2+-АТФазы СР мембран при таком же времени поддержания взаимодействия гидро­лизующей АТФазной функции и транспортной функций Са-насоса.

Трансмембранный потенциал

Трансмембранный потенциал. В дополнение к вышесказанному, в настоящее время доказано, что в течение повторяющихся сокращений мы­шечного волокна имеется резко выраженное выс­вобождение К+ из Н1 упражняющейся мышцы (уменьшение внутриклеточного содержания и увеличение внеклеточного К+).

Это является ре­зультатом неспособности обменных насосов под­держивать гомеостаз Na+ и К+, которых может быть меньше, или они имеют сниженную Na+-K+— АТФазную активность. Изменение мембранного потенциала в Т-тубулах может потенциально ин­гибировать распространение потенциала дей­ствия и далее возбуждения СР, чтобы высвобо­дить Са2+ внутри саркоплазмы.

Классическое исследование Северина и соавт. свидетельствует, что добавление карнозина в ра­створ, в который помещены препараты мышцы ля­гушки, при утомлении быстро и эффективно уве­личивает силу мышечного сокращения и общую работу, продуцируемую с помощью таких препара­тов (феномен Северина. Выяснение этого эф­фекта было проведено Петуховым (Petukhov) и со­авт., которые исследовали эффекты карнозина на нервно-мышечном препарате в состоянии утом­ления и обнаружили, что дипептиды, такие как кар­нозин, значительно восстанавливают мышечное со­кращение.

Анализ этого факта показал, что ни синаптическая передача, ни сократительные меха­низмы не вовлекаются в этот процесс. Они нашли, однако, что карнозин (и ансерин) восстанавливали величину трансмембранного потенциала, деполяри­зованного из-за истощения, таким образом, делая возможным мышечное сокращение.

Заключение

Высокоинтенсивная продолжительная нагрузка ведет к уменьшению содержания и мышечных субстратов (АТФ, ФКр и гликогена) и последую­щей аккумуляции метаболитов (АДФ, Фн, Н+ и Mg2+) с увеличением продукции свободных ра­дикалов. Все эти факторы независимо и совмест­но оказывают неблагоприятное воздействие на функцию мышц и, как сообщалось, отражаются на ВИ достижениях и тренировочных занятиях.

Множество последствий субстратного истоще­ния и аккумуляции метаболитов, как предпола­гают, повреждает механизмы сокращения, в час­тности РиР, и, возможно, даже Са2+-АТФазу. Любое снижение активности будет затруднять процесс сопряжения возбуждения и сокращения и, следовательно, образование поперечных мос­тиков и мышечное сокращение.

Карнозин имеет потенциально большое значе­ние для ВИ нагрузки. Многие данные об этом дипептиде, однако, были получены из работ in vitro на волокнах скелетной мышцы животных (лягушки, мыши, крысы, лошади) или других ком­понентах системы мышечного сокращения, и по­этому эти сведения нельзя экстраполировать на человека. Не имеется сообщений о каких-либо ток­сических эффектах карнозина или его производных, таким образом, дальнейшее исследование на людях гарантирует понимание влияния карнози­на in vivo на человека.

Кроме того, действительно ли дополнительный прием чистого карнозина улучшает выполнение высокоинтенсивной на­грузки? В частности, как он влияет на мышечную функцию — на произвольные движения или не­произвольные? Более того, являются ли основа­нием для использования карнозина в комбина­ции с кофеином некоторые данные, предполагаю­щие действие карнозина в усилении влияний ко­феина (другого активатора Са2+-каналов)?

Действительно, так же, как в выполненных иссле­дованиях, нужна большая работа, чтобы довести до конца изучение влияния дополнительного приема (как кратковременного, так и долговре­менного) на уровень карнозина в мышечных и другого типа волокнах. В целом, по-видимому, су­ществует интересная теоретическая основа для проведения хорошо контролируемых экспери­ментов в этой области.

Благодарности

Авторы выражают благодарность Стивену Риду, Петре Стиглер, Нилу Колеману (из Школы био­наук Университета Вестминстера, Великобрита­ния) за критическое прочтение рукописи.

Оригинал статьи размещен здесь:Источник
Как к вам обращаться: Ваш E-Mail:  

Код:
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив

Введите код: