ФИЗИЧЕСКАЯ НАГРУЗКА

Физическую нагрузку уже давно рекомендовали в качестве ком­понента общего лечения больных диабетом. Интерес к физической нагрузке возник после наблюдений Alien, сделанных еще в доинсулиновую эру, согласно которым при физической нагрузке сни­жается уровень сахара в крови. Действительно, у больных инсулинозависимым диабетом физическая нагрузка может в опреде­ленных обстоятельствах спровоцировать гипогликемию, тогда как в других случаях она усиливает гипергликемию, что отчасти зави­сит от степени компенсации уровня глюкозы в крови в состоянии покоя, приема пищи и места инъекции инсулина. Кроме того, по­вторные нагрузки (физическая тренировка) могут изменять чув­ствительность тканей к инсулину. Общее взаимодействие между физической работой и диабетом легче понять в сопоставлении с нормальной реакцией обмена энергетических веществ в организме на физическую нагрузку.

Обмен энергетических веществ при физической нагрузке у здорового человека [107]

Утилизация глюкозы. В состоянии покоя мышцы удовлетворяют практически все свои энергетические потребности за счет окисле­ния жирных кислот. На долю поглощаемой глюкозы приходится менее 10% от общего потребления кислорода покоящейся мыш­цей. В отличие от этого при работе главными источниками энергии для сокращающейся мышцы служат гликоген мышц и глюкоза кро­ви. На ранней стадии физической нагрузки основным используем мым «топливом» является мышечный гликоген. Скорость гликоге­нолиза в мышцах наиболее высока в первые 5—10 мин работы. По мере продолжения работы и увеличения кровотока в мышцах все более важными источниками энергии становятся субстраты, содер­жащиеся в крови. При работе, продолжающейся в течение 10— 40 мин, поглощение глюкозы мышцей усиливается в 7—40 раз пропорционально интенсивности выполняемой работы. Утилиза­ция глюкозы увеличивается в такой степени, что на долю ее оки­сления тратится 30—40% кислорода, поглощаемого мышцей. Та­ким образом, зависимость мышцы от глюкозы крови становится сравнимой с зависимостью от жирных кислот, составляющих еще 40% окисляемых субстратов.

При работе, продолжающейся в течение более 40 мин, скорость утилизации глюкозы прогрессивно нарастает, достигая максимума на 90—180-й минуте, а затем слегка уменьшается. В отличие от вторичного снижения поглощения глюкозы утилизация жирных кислот по мере увеличения длительности работы все более усили­вается. Между 1 и 4-м часом работы поглощение свободных жир­ных кислот мышцей повышается на 70%. Вследствие этого при непрерывной работе в течение 4 ч относительное значение жирных кислот в общем потреблении кислорода оказывается вдвое боль­шим, чем значение углеводов. Это усиление поглощения свобод­ных жирных кислот прямо пропорционально их доставке, т. е. произведению концентрации в артериальной крови и плазмотока.

Таким образом, общую утилизацию энергетических субстратов при легкой или умеренной работе в течение длительного времени можно охарактеризовать как трехфазный процесс, при котором преимущественную роль в качестве главных энергетических суб­стратов играют последовательно мышечный гликоген, глюкоза крови и свободные жирные кислоты (см. рис. 10—26). При тяже­лой физической нагрузке существует более постоянная зависимость от мышечного гликогена. На это указывают результаты наблюде­ний, согласно которым изнеможение совпадает с истощением мы­шечного гликогена, но не сопровождается значительными измене­ниями других физиологических параметров, например частота сердцебиений, артериальное давление, уровень глюкозы в крови и концентрация лактата или электролитов в мышце. Неясно, одна­ко, почему истощение запасов гликогена должно определять появ­ление крайней усталости, если сохраняется доступность большого количества субстратов, содержащихся в крови в виде свободных жирных кислот.

Продукция глюкозы. Несмотря на резкое увеличение потребле­ния глюкозы мышцами, концентрация ее в крови при легкой или умеренной кратковременной работе изменяется незначительно. Более того, при тяжелой физической нагрузке может наблюдаться прирост уровня глюкозы в крови на 200—300 мг/л. Даже если работа продолжается в течение 90 мин или более, снижение уровня глюкозы не превышает 200—400 мг/л. Выраженная гипогликемия (уровень глюкозы в плазме менее 500 мг/л) наблюдается редко и развивается лишь у бегунов-марафонцев, у лиц, потребляющих низкоуглеводную диету, или, как описано далее, у некоторых боль­ных диабетом, получающих инсулин.

Учитывая характерное для работы увеличение утилизации глюкозы, постоянное пополнение пула глюкозы крови может опре­деляться только посредством увеличения продукции сахара. При кратковременной работе выход глюкозы из печени увеличивается в 2—5 раз в зависимости от тяжести нагрузки и приходит в соот­ветствие с увеличением утилизации глюкозы мышечной тканью. Это увеличение продукции глюкозы почти целиком обусловлено ускорением гликогенолиза, поскольку поглощение предшественни­ков глюконеогенеза сохраняется на уровне, наблюдаемом в состоя­нии покоя за исключением транзиторного повышения поглощения лактата. За 40 мин тяжелой работы печень высвобождает всего 18 г глюкозы, что составляет не более 20—25% от общего запаса гликогена в печени после еды.

Если работа продолжается более 40 мин, наблюдается незна­чительное нарушение равновесия между печеночной продукцией и периферической утилизацией глюкозы и появляются признаки усиления глюконеогенеза. При длительной нетяжелой работе вы­свобождение глюкозы в первые 40 мин увеличивается в 2 раза, а затем в течение 3—4 ч остается постоянным. Поскольку утилиза­ция глюкозы продолжает увеличиваться в течение 90 мин или бо­лее, продукция глюкозы перестает соответствовать ее утилизации и наблюдается умеренное уменьшение концентрации глюкозы в крови. Относительная роль глюконеогенеза в общей печеночной продукции глюкозы (судя по балансу субстратов на входе и вы­ходе сосудистого ложа органов брюшной полости) увеличивается с 25% в исходном состоянии до 45% при длительной работе, что отражает увеличение абсолютной скорости глюконеогенеза в 3 ра­за. Усиление поглощения печенью предшественников глюкозы в основном обусловлено повышением фракционной экстракции. В от­ношении аланина — главного предшественника глюконеогенеза — фракционная экстракция органами брюшной полости увеличива­ется с 35—50% в состоянии покоя почти до 90% при длительной работе, причем этот показатель намного превышает 50—70% по­казатель экстракции, наблюдаемый в других обстоятельствах, ког­да ускоряется глюконеогенез, например при диабете, ожирении и голодании. Общее значение глюконеогенеза при длительной работе подчеркивется расчетами, согласно которым за 4 ч работы моби­лизуется 50—60 г печеночного гликогена, т. е. 75% всех запасов гликогена в печени.

Глюкорегуляторные гормоны. Гормональная реакция на физи­ческую нагрузку характеризуется снижением уровня инсулина и повышением уровня глюкагона в плазме. Эти изменения особенно выражены при длительной или тяжелой работе. При тяжелой фи­зической нагрузке снижение уровня инсулина проявляется тем более отчетливо, что оно развивается в этих условиях на фоне умеренного повышения уровня глюкозы. Эти данные свидетель- ствуют о торможении секреции инсулина, опосредованном, вероят­но, симпатической нервной системой и/или циркулирующими ка­техоламинами. Другие гормональные изменения, возникающие при работе, включают повышение уровня гормона роста, кортизо­ла, адреналина и. норадреналина.

Стимулирующее действие физической нагрузки на поглощение глюкозы в условиях гипоинсулинемии свидетельствует о том, что такое увеличение потребления глюкозы не зависит от усиления секреции инсулина. С другой стороны, существуют данные, соглас­но которым инсулин может оказывать пермиссивное действие на вызываемое работой поглощение глюкозы и что чувствительность к инсулину при работе повышается. Исследования in vitro свиде­тельствуют о том, что при полном отсутствии инсулина сокраще­ние мышцы не увеличивает поглощения ею глюкозы. Однако пермиссивное действие инсулина показано при концентрациях его 0,2—1,2 мкЕД/мл, что намного ниже того уровня инсулина в кро­ви, который наблюдается при физической нагрузке. Позднее про­веденные исследования показали, что у человека острая физиче­ская нагрузка увеличивает связывание инсулина с рецепторами на моноцитах [220]. Если удается показать, что аналогичные из­менения возникают и в мышечных клетках, то повышенное погло­щение глюкозы при работе можно будет объяснить отчасти увели­чением связывания инсулина с рецепторами.

Изменения гормональной среды при острой физической на­грузке имеют большее физическое значение для стимуляции про­дукции глюкозы печенью, чем для повышения утилизации сахара. У человека обнаружена чрезвычайно высокая чувствительность гликогенолиза в печени к ингибиторному действию небольших приростов уровня инсулина. Таким образом, значение гипоинсу­линемии при работе определяется тем, что она повышает гликоге­нолиз в печени. При длительной или тяжелой работе в ускорении гликогенолиза и глюконеогенеза может принимать участие при­рост уровня глюкагона, а также гормона роста и катехоламинов.