Лактат оказался не «отходом» тренировки — он может быть частью сигнала к жировой ткани

Эксперимент на крысах показал цепочку: нагрузка повышает лактат, печень отвечает FGF21, а жировая ткань становится чувствительнее к сигналам мобилизации энергии

Представление о лактате как о метаболическом мусоре оказалось слишком простым задолго до этого исследования. Сегодня известно, что организм способен использовать лактат как топливо и что он участвует в передаче сигналов между клетками и органами.

Теперь исследователи предложили ещё одну возможную роль: лактат, образующийся при физической нагрузке, может быть одним из сообщений, с помощью которых работающие мышцы сообщают другим органам, что энергетические потребности организма резко изменились.

И получилась необычная цепочка:

мышечная работа → повышение лактата → печень → FGF21 → жировая ткань.

Именно эту цепочку авторы исследования проверяли экспериментально.

Что исследователи пытались понять

Во время нагрузки организму приходится быстро перестраивать энергетический обмен. Работающие мышцы используют углеводы и жирные кислоты, а жировая ткань начинает высвобождать часть запасённой энергии.

Этот процесс регулирует не одна молекула. В нём участвуют гормоны, нервная система и внутриклеточные сигнальные механизмы.

Исследователей заинтересовал FGF21 — fibroblast growth factor 21, или фактор роста фибробластов 21. Несмотря на название, в данном контексте удобнее думать о нём как о метаболическом гормоне. Одним из главных источников циркулирующего FGF21 является печень, а сам гормон участвует в адаптации энергетического обмена к голоданию, физической нагрузке и другим метаболическим стрессам.

Ранее уже было известно, что физическая нагрузка способна повышать уровень FGF21. Было известно и другое: лактат может действовать как сигнальная молекула.

Но оставался вопрос: связаны ли эти два явления?

Пять групп позволили разобрать цепочку по частям

Авторы работали с молодыми самцами крыс линии Wistar. Животных распределили по пяти группам, по восемь в каждой.

Одна группа оставалась в покое. Вторая выполняла острую нагрузку — 60 минут непрерывного бега на дорожке со скоростью 24 м/мин.

Три другие группы позволяли экспериментально разбирать предполагаемый механизм.

Одним животным вводили FGF21. Другим — лактат без физической нагрузки. Ещё одна группа бежала, но перед нагрузкой получала дихлорацетат (DCA) — соединение, которое использовали для уменьшения обычного тренировочного повышения лактата.

После этого исследователи измеряли лактат и FGF21 в крови, свободные жирные кислоты и глицерин, а также изучали молекулярные изменения в печени, мышцах и подкожной жировой ткани.

То есть эксперимент позволял не просто спросить, что происходит после бега, а по отдельности вмешиваться в разные участки предполагаемой сигнальной цепи.

После нагрузки печень резко увеличила производство FGF21

У бежавших животных концентрация FGF21 в крови выросла примерно на 73% по сравнению с контрольной группой.

Особенно заметной была реакция печени: экспрессия мРНК FGF21 увеличилась примерно на 445%, а уровень белка — примерно на 260%.

Одновременно в подкожной жировой ткани увеличилась экспрессия FGFR1 и β-Klotho.

Эти два компонента важны потому, что вместе образуют рецепторную систему, позволяющую ткани отвечать на FGF21. Проще говоря, происходили сразу два процесса: печень усиливала сигнал, а жировая ткань меняла молекулярный аппарат, способный его воспринимать.

Параллельно увеличивались концентрации свободных жирных кислот и глицерина в крови и активировались молекулярные признаки липолиза — расщепления триглицеридов, запасённых в жировых клетках.

Картина выглядела логично. Но она ещё не доказывала, какую роль играет именно лактат.

Самый интересный эксперимент начался без беговой дорожки

Исследователи ввели другой группе животных лактат в состоянии покоя.

Концентрация лактата в крови выросла примерно вдвое — до уровня, сопоставимого с наблюдавшимся после нагрузки.

И печень отреагировала.

FGF21 в крови увеличился примерно на 46%, экспрессия его мРНК в печени — примерно на 200%, а белка — примерно на 192%.

Кроме того, в подкожной жировой ткани увеличилась экспрессия FGFR1 и β-Klotho.

Именно здесь возникает главный «момент осознания» этой работы: вещество, которое легко представить просто следствием работы мышц, оказалось связано с передачей сигнала в другой орган — печень.

Но следующий результат не менее важен.

Лактат подал сигнал — но сам жир не «сжёг»

Если бы лактат был самостоятельным переключателем липолиза, после его введения следовало бы ожидать полноценной картины мобилизации жира.

Этого не произошло.

У животных, получивших лактат без нагрузки, существенно не изменились свободные жирные кислоты, глицерин и основные исследованные маркеры липолиза ATGL и HSL.

Получается гораздо более интересная схема, чем популярная формула «больше лактата — больше жиросжигания».

Лактат оказался способен воспроизвести часть метаболической реакции нагрузки: усилить печёночный FGF21 и изменить некоторые элементы чувствительности жировой ткани к этому гормону. Но одного этого сигнала оказалось недостаточно, чтобы воспроизвести всю реакцию организма на физическую работу.

Физическая нагрузка — это не одна молекула. Одновременно меняются катехоламины, энергетические потребности тканей, концентрации метаболитов, внутриклеточные сигнальные пути и множество других процессов.

Лактат, судя по результатам эксперимента, может быть одним участником этой сети.

Когда подъём лактата уменьшили, ослаб и ответ FGF21

Авторы проверили предполагаемую связь и с другой стороны.

Перед бегом животным вводили дихлорацетат, чтобы уменьшить накопление лактата. По сравнению с обычной тренировочной группой повышение лактата оказалось примерно на 38% меньше.

Одновременно концентрация FGF21 была примерно на 28% ниже, а экспрессия FGF21 в печени снизилась примерно на четверть относительно животных, выполнявших нагрузку без DCA.

В жировой ткани также уменьшилась экспрессия FGFR1 и β-Klotho и ослабли некоторые молекулярные показатели липолитического ответа.

Это усиливает гипотезу о связи между лактатом и FGF21.

Но здесь особенно важно не перепутать убедительную биологическую картину с окончательным доказательством причинности.

DCA влияет не только на лактат. Он изменяет метаболизм пирувата и баланс между различными энергетическими путями. Поэтому нельзя утверждать, что все обнаруженные изменения вызваны исключительно уменьшением лактата.

Сами авторы прямо указывают на это ограничение.

Почему старое объяснение «мышцы закислились» больше не работает

В массовой культуре лактат долго фигурировал почти исключительно как нежелательный продукт интенсивной работы мышц.

Современная физиология описывает его иначе.

Лактат способен перемещаться между тканями, использоваться в качестве энергетического субстрата и участвовать в клеточной сигнализации. Поэтому повышение его концентрации во время нагрузки — не просто проблема, от которой организм должен избавиться.

Новое исследование добавляет к этой концепции возможный межорганный маршрут.

Работающие мышцы увеличивают образование лактата. Повышение его концентрации связано с ответом печени и усилением FGF21. Жировая ткань одновременно становится более восприимчивой к FGF21, а в условиях самой физической нагрузки активируются механизмы мобилизации липидов.

Получается не линейная команда «лактат заставляет сжигать жир», а сеть обмена информацией между органами.

Именно это делает работу интереснее очередного исследования о «жиросжигании».

FGF21 тоже оказался лишь частью системы

Отдельное введение рекомбинантного FGF21 помогло проверить следующий участок цепочки.

Оно повысило концентрацию свободных жирных кислот и глицерина и активировало связанные с липолизом процессы преимущественно в подкожной жировой ткани.

Это согласуется с возможным участием FGF21 в мобилизации липидов.

Но авторы подчёркивают принципиальную разницу между введённым извне гормоном и FGF21, который организм вырабатывает во время физической нагрузки. Их концентрации во времени, распределение между тканями и окружающий набор других метаболических сигналов различаются.

Поэтому даже этот эксперимент нельзя читать как доказательство простой цепочки, где одной молекулы достаточно для воспроизведения эффекта упражнения.

Почему из этой работы нельзя делать фитнес-рецепт

У исследования есть несколько важных границ.

Во-первых, эксперимент проводился на самцах крыс. Мы не знаем, насколько точно обнаруженная цепочка работает у людей и насколько она зависит от пола, возраста, тренированности и метаболического состояния.

Во-вторых, исследовали реакцию на одну острую нагрузку, а не долгосрочные последствия регулярных тренировок.

В-третьих, авторы изучали липолиз и его молекулярные маркеры, но непосредственно не измеряли окисление жирных кислот. Высвободить жирную кислоту из жировой клетки и действительно использовать её как топливо — не одно и то же.

Наконец, вмешательство с DCA не позволяет изолировать лактат абсолютно чисто, поскольку препарат сам влияет на энергетический обмен.

Поэтому исследование не показывает, что человеку нужно специально добиваться максимально высокого лактата, тренироваться до сильного жжения в мышцах или пытаться повышать лактат какими-либо препаратами или добавками.

Таких выводов из этой работы сделать нельзя.

Главный результат — не про похудение, а про связь органов

Самая интересная идея исследования находится уровнем глубже.

Мы привыкли рассматривать работающую мышцу как потребителя энергии. Но во время нагрузки она одновременно становится источником метаболических сигналов, которые могут менять поведение других органов.

Лактат в этой модели — потенциальный элемент такого сообщения.

Печень воспринимает изменившуюся метаболическую ситуацию и увеличивает FGF21. Жировая ткань меняет чувствительность к этому сигналу. А вместе с другими процессами, запускаемыми физической нагрузкой, организм перестраивает доступность энергетических ресурсов.

Это хороший пример того, почему современная физиология всё реже описывает метаболизм как набор независимых органов.

Мышцы, печень и жировая ткань постоянно «разговаривают» друг с другом молекулярным языком.

И некоторые молекулы, которые раньше считались отходами обмена, могут оказаться частью этого языка.