لاکتات

Download Report

Transcript لاکتات

‫به نام خدا‬
Lactate – a signal coordinating cell and systemic function
Review Article
Journal of Experimental Biology 208, 4561-4575 (2005)
‫الکتات – سیگنالی که عملکرد سلولی و سیستمی را کنترل می کند‬
‫دکتر عباسعلی گائینی‬
‫رعنا فیاض میالنی‬
‫مقدمه‬
‫صحبت از مسائلی چون واماندگی یا خستگی در ارتباط با فعالیت بدنی؛‬
‫تداعی الکتات یا اسید الکتیک به عنوان علت اصلی‬
‫تصور عموم ‪ :‬الکتات به عنوان یک محصول نهایی زاید طی فعالیت ورزش ی‬
‫این تصور سابقه ای ‪ 200‬ساله داشته است‬
‫تحقیقات یک قرن اخیر به وضوح نشان داده اند‪:‬‬
‫‪ .1‬الکتات در عضله و خون طی فعالیت ورزش ی فزاینده تجمع می یابد‬
‫‪ .2‬الکتات خون و عضله پس از فعالیت ورزش ی وامانده ساز در باالترین مقدار قرار دارد‬
‫فرمول الگوی سنتی الکتات‪ -‬فعالیت ورزش ی شدید‪ ,‬کمبود اکسیژن و خستگی‬
‫‪1808‬‬
‫‪1891‬‬
‫‪1907‬‬
‫‪1923‬‬
‫‪1924‬‬
‫شناسایی‬
‫نسبت غلظت الکتات در عضالت وامانده حیوانات با فعالیت عضله‬
‫اسید الکتیک در پاسخ به انقباض عضالنی در عدم حضور اکسیژن ظاهر می شود‬
‫بدنبال انقباض عضالنی زمانیکه اکسیژن حضور داشته باشد الکتات ناپدید می شود‬
‫یک مطالعه مروری تاریخی ‪ ( :‬ابن محققان جایزه نوبل را دریافت کردند)‬
‫شناسایی و نامگذاری ”چرخه اسید الکتیک“ (تبدیل گلیکوژن به اسیدالکتیک و برعکس)‬
‫و شناسایی دو مسیر مجزای تولید انرژی برای انقباض عضالنی (هوازی و بی هوازی)‬
‫افزایش اسید الکتیک در شروع فعالیت ورزش ی‪ ,‬نتیجه مستقیم کمبود اکسیژن‬
‫مدل وام اکسیژن‬
‫این تحقیقات زمینه ای شدند تا در ‪ 20‬سال بعدی تحقیقات به دنبال اثبات الکتات به عنوان علت خستگی بپردازند‬
‫در این میان تنها تحقیق کری در سال ‪ 1933‬نشان داد الکتات می تواند در کبد دوباره به گلوکز تبدیل شود‬
‫‪1985‬‬
‫پذیرش آستانه بی هوازی‬
‫این آستانه به عنوان یک نقطه چرخش مطرح شد که در آن سیستم بی هوازی به عنوان منبع اصلی‬
‫تامین انرژی محسوب می شود و به همراه آن غلظت الکتات باال می رود‬
‫بنابراین‪ ,‬آیا الکتات تنها یک محصول بی هوازی است ؟‬
‫در سالهای ‪1980‬‬
‫‪1998‬‬
‫محققان به این سوال پرداختند که آیا الکتات تنها یک محصول زاید است؟‬
‫با استفاده از روشهای طیف سنجی مغناطیس و اشباع میوگلوبین‬
‫بررس ی اینکه آیا الکتات تولید شده در فعالیت ورزش ی فزاینده تا واماندگی در اثر هیپوکس ی عضالنی‬
‫است؟‬
‫نتیجه‪ :‬تولید الکتات و هیپوکس ی ارتباطی ندارند‬
‫نتایج تحقیقات بعدی ‪:‬‬
‫ الکتات تنها در شرایط هیپوکس ی یا آنوکس ی تولید نمی شود‬‫‪ -‬الکتات را می توان به عنوان یک بخش یکپارچه با سیستم انرژی محسوب کرد‪ ,‬نه یک محصول زاید‬
‫یک متابولیت در حال حرکت‬
‫حرکت الکتات از سلول به درون خون از طریق انتشار ساده‬
‫تصور اولیه‬
‫شناسایی پروتئینهای انتقال دهنده الکتات و خانواده حامل مونوکربوکسیالت (‪)MCTs‬‬
‫پس از آن‬
‫‪MCT‬های غالب در عضالت اسکلتی ‪ MCT1‬و‪ MCT4‬و در کبد ‪MCT2‬‬
‫تسهیل برداشت الکتات به درون سلول عضالنی برای متابولیسم اکسیداتیو‬
‫بیان هماهنگ با الکتات دهیدروژناز نوع قلبی‬
‫تجمع باال در تارهای نوع ‪I‬‬
‫‪MCT1‬‬
‫مسئول خروج الکتات از سلول‬
‫غالبا در تارهای نوع ‪( II‬تولید کننده های اصلی الکتات)‬
‫‪MCT4‬‬
‫در سال ‪1986‬‬
‫قبل از شناسایی ‪ MCTs‬؛ ارائه فرضیه شاتل الکتات توسط بروکس که بیان می کند‪:‬‬
‫” الکتات می تواند از جایگاه تولیدی خود(سیتوزول) به سلولهای مجاور و بافتهای دیگرمنتقل شود ”‬
‫‪The processes involved in the lactate shuttle hypothesis‬‬
‫‪ 1‬ورود گلوکز به سلول و تبدیل به پیروات‬
‫‪ 2‬ورود پیروات به میتوکندری‬
‫‪ 3‬ورود به چرخه اسید تری کربوکسیلیک‬
‫‪ 4‬تشکیل الکتات از طریق واکنش ‪LDH‬‬
‫‪ 5‬خروج از سیتوزول از طریق ‪MCT‬‬
‫‪ 6‬پیشنهاد وجود ‪mLDH‬‬
‫‪ 7‬برای تشکیل سیستم شاتل درون سلولی‬
‫‪ ‬بنظر می رسد بیان ‪ MCT‬سریعا در پاسخ به فعالیت عضالنی تنظیم می شود‬
‫‪ ‬مطالعات زیادی‬
‫افزایش محتوی ‪ MCT‬پس از یک وعده فعالیت ورزشی‬
‫و پس از یک دوره تمرین استقامتی‬
‫‪ ‬افزایش ‪ 121‬درصدی ‪ MCT1‬و ‪ 120‬درصدی ‪2 , MCT4‬و ‪ 4‬روز پس از ‪ 6-5‬ساعت فعالیت ورزشی‬
‫در شدت ‪ 60‬درصد ‪ VO2max‬در انسانها‬
‫‪ 2 ‬ساعت فعالیت ورزشی (‪ 21‬متر در دقیقه ‪ /‬شیب ‪ 15‬درجه) در رت‬
‫‪ MCT1‬و ‪ 2 , MCT4‬تا ‪ 3‬برابر (‪ 10‬ساعت پس از فعالیت)‬
‫افزایش ‪ mRNA‬مربوط به‬
‫‪ ‬در برخی موارد این پروتئینها بصورت ناپایدار تنظیم مثبت شده اند و ‪ 24‬ساعت پس از فعالیت به وضعیت‬
‫اولیه برگشته اند‬
‫‪ ‬محققان معتقدند خانواده ‪ MCT‬متعلق به یک گروه از ژنهای متابولیک هستند که سریعا به دنبال فعالیت ورزشی‬
‫فعال می شوند‬
‫‪ ‬ابن تولیدات ژنی ( ‪ )mRNA‬در مقادیر کوچکی وجود دارند ‪ ,‬اما زمان فراخوانی آنها سریع است‬
‫‪ ‬سوال این است که آیا این فراخوانی سریع ‪ MCT‬ها به دنبال فعالیت ورزشی در عضله اسکلتی انسان تکرار‬
‫می شود ؟‬
‫‪ ‬قطع عصب رسانی و عدم فعالیت موجب کاهش بیان ‪ MCT‬می شوند‪.‬‬
‫‪ ‬این یافتها از این جهت اهمیت دارند که الکتات را به عنوان یک متابولیت سیار معرفی می کنند که می تواند‬
‫در کمپارتمنتهای سلولی و تارهای عضالنی مجاور حرکت کند و از طریق جریان خون در بافتهای غیرفعال‬
‫توزیع شود‬
‫‪ ‬از اینرو‪ ,‬الکتات این ظرفیت را دارد که به عنوان یک سیگنال متابولیکی در سطح سلولی‪ ,‬موضعی و کل بدن‬
‫عمل کند‪.‬‬
‫‪ ‬عالوه بر این‪ ,‬فراخوانی سریع ‪ MCT‬پس از انقباض عضالنی مکرر به این مفهوم است که مکانیزمهای‬
‫انتقال الکتات می توانند سریعا با محرک فعالیت ورزشی سازگار شوند و این منجر به این مفهوم می شود‬
‫که الکتات می تواند به عنوان یک سیگنال برای یک مرحله سریع انعطاف پذیر هموستاز سلول را حفظ کند‪.‬‬
‫الکتات به عنوان علت یا نتیجه خستگی؟‬
‫مطالعات زیادی از ‪1932‬‬
‫‪1995-1978‬‬
‫ارتباط بین تجمع الکتات و خستگی طی فعالیت ورزشی‬
‫تجمع الکتات‬
‫کاهش تولید نیرو از طریق کاهش حساسیت پمپ کلسیم‬
‫زمانی تصور می شد میزان رهایی الکتات و یونهای هیدروژن یکسان است‬
‫بانگسبو در سال ‪1997‬‬
‫بین الکتات و یونهای هیدروژن تولید شده ارتباطی وجود ندارد‬
‫رهایی پروتونها به مقدار زیادی از طریق مکانیزمهای دیگر غیر از‬
‫انتشار اسید الکتیک طی فعالیت زیربیشینه صورت می گیرد‬
‫رهایی پروتونهای غیر وابسته به الکتات حدود ‪75‬درصد کل انتشار پروتونها‬
‫طی یک وعده فعالیت ورزشی‬
‫سوال‪ :‬الکتات چه نقشی را طی انقباض عضالنی ایفا می کند؟‬
‫سال ‪2004‬‬
‫هیچ حمایت بیوشیمیایی وجود ندارد که نشان دهد تولید الکتات تمامی اسیدوز درون سلولی‬
‫را ایجاد می کند‬
‫در واقع‪ ,‬تولید الکتات آنرا کند کرده و شروع خستگی عضالنی را به تعویق می اندازد‬
‫اسیدوز ناشی از دیگر مراحل بیوشیمیایی از جمله تجزیه ‪ ATP‬و مراحل ابتدایی گلیکولیز‬
‫در سال ‪( 2001‬فرضیه حفاظت الکتات نیلسون)‬
‫به نظر می رسد یونهای الکتات اثر حفاظتی بر نیروی انقباضی داشته باشند‬
‫مطالعات نشان دادند‪:‬‬
‫الکتات در جهت‬
‫در شدتهای باالی فعالیت ورزشی (الکتات بین ‪ 15‬و ‪ 25‬میلی مول در لیتر)‬
‫افزایش نیروی عضالنی عمل می کند و به مقابله با اثرات سرکوب کننده نیروی پتاسیم باالی خارج سلولی می پردازد‬
‫درحالیکه اثری بر پتانسیل غشاء یا کلسیم دردسترس عضله ندارد‬
‫این فرضیه اخیرا با پژوهشهای بعدی حمایت شده است‬
‫البته‪ ,‬اثبات فرضیه نیلسون در یک سیستم کامل در حال فعالیت مشکل است‬
‫ولی به نظر می رسد الکتات می تواند شروع خستگی را از طریق حفظ تحریک پذیری عضله به تعویق بیاندازد و‬
‫این مسئله می تواند طی فعالیتهای فوق العاده شدید اتفاق بیافتد‬
‫فرضیه حکمران مرکزی (‪ )CNS‬در ارتباط با خستگی ناشی از فعالیت‬
‫تنظیم توده عضالنی بکارگرفته شده طی فعالیت ورزشی از طریق بکارگیری بکارگیری مخازن نورونهای حرکتی‬
‫که نتیجه آن حفاظت از قلب در برابر ایسکمی طی فعالیت شدید است‬
‫لذا‪ ,‬آیا الکتات می تواند نقش یک سیگنال محیطی را در ‪ CNS‬طی فعالیت ورزشی ایفا کند؟‬
‫الکتات به عنوان یک سیگنال ؟‬
‫به نظر می رسد ما هنوز به طور کامل نقشهای الکتات را نمی دانیم‪..‬‬
‫‪ ‬نقش الکتات به عنوان یک سیگنال متابولیکی اولین بار توسط بروکس (‪ )2002‬مطرح شد‬
‫او فرض کرد‪ ,‬الکتات مانند یک هورمون کاذب عمل می کند‬
‫‪ ‬الکتات قادر به تنظیم وضعیت ردوکس سلولی از طریق تبدیل به پیروات و اثر بر نسبتهای ‪NAD/NADH‬‬
‫‪ ‬ترشح الکتات در خون و اثر بر وضعیت ردوکس سلولهای دیگر‬
‫‪ ‬مطالعات ترمیم زخم؛‬
‫افزایش اسیدوز همراه با بازسازی زخم در نتیجه هیپوکسی موضعی بوده است‬
‫درحالیکه مطالعات نشان دادند‪ ,‬الکتات می تواند به عنوان محرکی مشابه هیپوکسی عمل کند بدون اینکه هیچ‬
‫لطمه ای به مقادیر ‪ O2‬وارد کند‬
‫الکتات قادر است )‪ vscular endothelin growth factor (VEGF‬را به نسبت مشابهی افزایش دهد و‬
‫در واقع الکتات مانند یک محیط هایپوکسیک کاذب عمل می کند و حتی منجر به وازودیالسیون می شود‬
‫پس الکتات می تواند مانند سیگنالی در شروع فعالیت منجر به وازودیالسیون در عضالت فعال و درنتیجه‬
‫خونرسانی بهتر شود‬
‫نقشی برای الکتات در انتخاب سوخت ؟‬
The effect of artificially elevated lactate concentrations (lactate clamp)
‫الکتات و درد‬
‫این تصور وجود دارد که الکتات منجر به ایجاد درد طی فعالیت ورزشی می شود و این می تواند در اتمام فعالیت‬
‫موثر باشد‬
‫هیچ شاهد مستقیمی برای این مفهوم در پیشینه وجود ندارد‬
‫تزریق الکتات هیچ اثر معکوسی بر درک تالش در فعالیت ورزشی یا در آغاز حس درد در عضله نداشته است‬
‫(‪2002‬و‪)2005‬‬
‫شناسایی خانواده کانالهای یونی حساس به اسید (‪ )ASICs‬در غشاء سلول عصبی (‪)1998‬‬
‫‪ASICs‬‬
‫کانالهای سدیمی ‪ /‬سد شدن ورودی خارجی کانال توسط یونهای کلسیم ‪/‬‬
‫جریان سدیم‬
‫رهایی کلسیم‬
‫کاهش میل ترکیبی کلسیم‬
‫اتصال ‪H+‬‬
‫باز شدن کانالهای اندک‬
‫میل ترکیبی کلسیم باال‬
‫‪PH=7.4‬‬
‫کانالها به میزان کافی باز می شوند‬
‫‪PH=7‬‬
‫• این کانالها می توانند حس درد ناشی از اسید الکتیک را منتقل کنند ( اخیرا این نقش رد شده‪ ,‬کانالهای دیگری‬
‫تحت عنوان ‪) TRP‬‬
‫• نقش اصلی این کانالها احتماال انتقال سیگنال الکتات به سیستم عصبی است تا فشار فعالیت را نشان دهد و فعالیت‬
‫را قبل از آسیب عضله یا دیگر ارگانها تعدیل یا متوقف کند‪.‬‬
‫الکتات به عنان سیگنال در شرایط ‪ – in vivo‬یک فرضیه عملی‬
‫در این سناریو‪ ,‬الکتات در آغاز فعالیت ورزشی به حرکت در می آید‪.‬‬
‫• طی انتقال به فعالیت ورزشی‬
‫در ابتدا‪ ,‬یک افزایش تقریبا ‪ 2‬برابری در الکتات جریان خون‬
‫(تقریبا در ‪ 1-2‬دقیقه الکتات به ‪ 1-2‬میلی مول در لیتر می رسد)‬
‫اثر تنظیمی الکتات بر وازودیالسیو ن عضالت فعال ‪ /‬ترشح کاتکوالمینها ‪ /‬و افزایش تهویه‬
‫تحریک اکسیداسیون چربی و کربوهیدراتها‬
‫حرکت الکتات از جایگاه تولیدی خود در سیتوزول‬
‫ورود به چرخه ‪TCA‬‬
‫تبدیل به پیروات‬
‫ به تارهای عضالنی مجاور‬‫یا‬
‫تبدیل به گلوکز‬
‫در کبد‬
‫ ورود به جریان خون‬‫(طی یک مرحله موثر سیگنال‪-‬به‪-‬سوخت)‬
‫• رسیدن فعالیت ورزشی به محدوده متوسط تا شدید (‪ 65-85‬درصد ‪/ VO2max‬الکتات ‪ 2-10‬میلی مول در لیتر)‬
‫پیشی گرفتن تولید الکتات از ظرفیت برداشت سیستم انتقالی ‪ MCT‬ها‬
‫اثر یونهای الکتات و هیدروژن بر عملکرد ‪CPT1‬‬
‫اکسیداسیون کزبوهیدراتها‬
‫کاهش اکسیداسیون چربی و انحراف به سمت‬
‫در دسترس بودن ‪ O2‬هنوز برای اکسیداسیون فسفریالتیو کافی است‪ ,‬گرچه حضور الکتات شرایطی را تحریک‬
‫می کند که بطور طبیعی ممکن است هیپوکسی تشخیص داده شود‬
‫بهبود عملکرد عضله‬
‫تاثیر بر آنژیوژنز‪ ,‬مکانیزمهای دفاعی اکسیداتیو و سنتز کالژن‬
‫الکتات به عنوان یک ‪ scavenger‬در برابر رادیکالهای آزاد رها شده در خون‬
‫(با افزایش شدت فعالیت به خوبی این نقش را ایفا می کند)‬
‫نزدیک شدن فعالیت ورزشی به واماندگی ( الکتات حدود ‪ 8-20‬میلی مول در لیتر خون و در عضله بیشتر)‬
‫نزدیک شدن تامین ‪ ATP‬در عضله فعال به ظرفیت بیشینه خود و ایجاد یک کاهش تدریجی در ‪ PH‬سلولی و‬
‫سیستمی‬
‫الکتات باال‬
‫کمک به کاهش مصرف گلوکز و گلیکوژنولیز و به حداقل رسیدن تخلیه این ذخایر‬
‫(اسیدوز عملکرد ‪ PFK‬را کاهش می دهد)‬
‫منجر به بازشدن کانالهلی ‪ ASIC‬و سیگنال کردن پایان فعالیت‬
‫یونهای هیدروژن همراه با الکتات‬
‫در این نقش الکتات یک هدف دوگانه دارد ‪:‬‬
‫اوال‪ ,‬ترشح آن نشان دهنده فشار وارد شده به عضله فعال است‬
‫ثانیا‪ ,‬غلظت باالی الکتات درون سلولی بطور بالقوه می تواند به حالت یک عامل حفاظتی عمل کند‬
‫از اینرو‪ ,‬الکتات می تواند در نقش یک سیگنال محیطی مکانیزمی ایجاد کند که بوسیله آن ‪ CNS‬در سطح عضالنی‬
‫به فشار فعالیت پی ببرد و فعالیت را به اتمام برساند‬
Potential roles for lactate signalling during exercise of increasing
End