Ученые из Северо-Западного Университета (Northwestern University), Иллинойс, США, в ходе нового исследования пришли к выводу, что циркадные ритмы мышечной ткани контролируют уровень мышечного метаболизма в зависимости от времени суток. Они отметили, что мышечные клетки наиболее активны в течение нормального времени бодрствования организма, и подчеркнули, что полученные результаты проливают свет на суточные колебания выраженности способностей адаптации мышечной ткани к спортивным нагрузкам, а также к использованию кислорода и энергии. Результаты исследования были представлены в журнале «Cell Metabolism».
Известно, что активность всех клеток организма, включая клетки мышечной ткани, регулируется циркадными ритмами, определяющими адаптационные способности тканей к изменяющимся условиям среды. Автор данной работы доктор Джозеф Басс (Joseph Bass) отметил, что именно слаженная работа внутренних часов организма и кислорода способствует синтезированию достаточного количества энергии клетками мышечной ткани, однако их синхронизация во многом зависит от времени суток, как и способность клеток к выполнению своих основных функций.
В исследовании на лабораторных мышах, которые бегали на специальных тренажерах в различное время суток, изучали активность изолированных мышечных волокон, анализируя экспрессию генов, имеющих большое значение для выполнения физических упражнений. Кроме того, ученые оценивали влияние дерегуляции циркадных ритмов на способность мышечных волокон к синтезу энергии в условиях низкого уровня кислорода.
Авторы исследования отметили, что генетические изменения, приводившие к нарушению циркадных ритмов, сопровождались развитием глубоких нарушений в мышцах. Это позволило им утверждать, что внутренние часы играют важную роль в регуляции образования и накопления энергии. В частности, когда лабораторные мыши, являющиеся ночными животными, выполняли физические упражнения ночью, их мышцы лучше адаптировались к изменениям, что сопровождалось повышенной экспрессией определенных генов. Специалисты отметили, что данные гены присутствуют и у человека, однако они, по всей видимости, с большей интенсивностью экспрессируются в дневное время.
Анализируя результаты, ученые отметили, что внутренние часы контролируют метаболический ответ на реакции с белками HIF, изменяющими отдельные показатели обмена веществ при снижении концентрации кислорода, что позволяет мышцам продолжать синтез энергии. В норме, во время отдыха или при неинтенсивном выполнении упражнений мышцы потребляют кислород для выработки энергии. При повышении физической нагрузки потребление кислорода ускоряется, и он быстро расходуется. В таких условиях белки HIF являются триггерами, сигнализирующими о необходимости использования углеводов для синтеза энергии, что сопровождается накоплением молочной кислоты в мышцах. Нарушение в работе внутренних часов изменяет нормальную адаптацию к физическим упражнениям и повышает уровень молочной кислоты, что свидетельствует о том, что высокая эффективность при занятиях спортом может зависеть от времени суток.
Ученые отметили, что для составления рекомендаций по проведению индивидуальных тренировок на основании полученных результатов необходимо проведение дополнительных исследований. На сегодняшний день ученые не могут с уверенностью рекомендовать спортсменам оптимальное время суток для занятий, но они надеются, что в будущем смогут воспользоваться этими знаниями для оптимизации работы мышц. Изучение процессов, приводящих к дефициту кислорода в органах и тканях, имеет важное прикладное значение, поскольку такое состояние является ключевым фактором в развитии сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний.
Доктор Дж. Басс надеется, что в будущем исследователи откроют новые способы изменения кислорода в клетках, влияя на циркадные ритмы. Он заявил, что оптимизация функции мышц будет важным шагом для понимания влияния измененного метаболизма глюкозы на состояние пациентов с сахарным диабетом, который характеризуется нарушением способности мышц потреблять углеводы. Регуляция внутренних часов может рассматриваться в качестве нового направления для поддержания гликемического контроля и лечения сахарного диабета.
- Northwestern University (2016) Muscles have circadian clocks that control exercise response: The time of day determines a muscle’s energy efficiency and metabolic response. ScienceDaily, Oct. 20 (http://www.sciencedaily.com/releases/2016/10/161020144129.htm).
- Peek C.P., Levine D.C., Cedernaes J. et al. (2016) Circadian clock interaction with HIF1α mediates oxygenic metabolism and anaerobic glycolysis in skeletal muscle. Cell Metabolism, Oct. 20 [Epub. ahead of print].
Юлия Котикович
