З моменту відкриття в 1780 році молочна кислота та її похідне – лактат, тривалий час неправильно сприймалися як побічні продукти анаеробного гліколізу, що мають чисельні шкідливі ефекти для організму людини.

Так, у 1807 році Дж. Берцеліус повідомив, що м’язи впольованого оленя містять молочну кислоту, пов’язуючи знахідку із накопиченням втоми у тварини, яку тривалий час переслідували мисливці. На початку ХХ ст. (1907р.) В. Флетчкр і Ф. Хопкінс змогли показати, що: м’яз у стані спокою містить низький лактат, лактат накопичується до високих рівнів під час стимуляції м’язів до втоми і якщо втомлені м’язи поміщаються в середовище, багате кисень, лактат − зникає. Пізніше, у 20-м роках ХХ ст. (1924р.) А. Хілл постулював, що лактат збільшується під час м’язових вправ через брак кисню (гіпоксію), який потрібен для його видалення. Спостереження Хілла було підтверджено низкою інших досліджень і запропонована ним гіпотеза – міцно закріпилися в науковій літературі на наступні десятиріччя. Дуже докладно історію розвитку досліджень пов’язаних з лактатом описано у цьому огляді.

Однак, на початку 80-х років ХХ, після появи концепції “лактатного шатлінгу“, запропонованої Дж. Бруксом сприйняття лактату та його ролі в організмі у наукових колах докорінно змінилося. Зокрема, вченим, а потім багатьма іншими дослідниками було показано, що молекули лактату після утворення в цитоплазмі міоцита (клітина м’язів) не просто накопичуються там, а по-перше, транспортуються до мітохондрій, де можуть бути використані як джерело “палива”, а крім того – можуть тренспортуватися до інших м’язів (із “швидких” м’язових волокон у повільні) та, навіть, до інших тканин і органів (серце, печінка, мозок тощо).

Лактатний шатлінг, джерело

Лактат сьогодні – це не тільки легкодоступне джерело енергії, яке переноситься по всьому тілу. Це також і метаболічний буфер, багатофункціональна сигнальна молекула, що регулює ліполіз, імунітет, розвиток запальних реакцій, загоєння ран і, навіть, молекула, яка впливає на експресію низки генів.

Втім, в середовищі тих, хто активно тренується, а також в багатьох (!) науково-популярних виданнях, не кажучи про чисельні блоги, ютюб, тік-токи міфи про лактат, а ще більше про молочну кислоту – продовжують ширитися. Немов й не було всих тих досліджень та відкриттів. Тож ця публікація та супутнє відео на “НаукаАжБігом”, спроба ситуацію принаймні трохи виправити.

Міф 1: Під час інтенсивних вправ, у м’язах накопичується “молочна кислота”

Під час фізичних вправ, а особливо високоінтенсивних, – потреби м’язових клітин в енергії (у вигляді молекул АТФ) зростають у 100 і більше разів. Але чим вища інтенсивність вправ, тим важче клітинам забезпечувати цю потребу через продукцію АТФ в мітохондріях шляхом окисного фосфорилювання, оскільки для цього потрібен кисень, який просто не встигає надходити. Саме в цей момент у клітинах посилюється продукція АТФ шляхом анаеробного метаболізму (без участі кисню). Такий спосіб менш ефективний з точки зору кількості молекул АТФ, які утворюються, втім – дуже швидкий. І, якраз в результаті анаеробного розщеплення молекули глюкози утворюється лактат:

Anaerobic Glycolysis System (mavink.com)

У науковій латературі й досі точаться дебати чи взагалі утворюється “молочна кислота” в м’язах чи ні. І це має принципове значення з точки зору “біохімії” протікання самої реакції та її наслідків для клітини. На думку багатьох вчених сьогодні, саме лактат, а не молочна кислота утворюється шляхом відновлення пірувату ферментом лактатдегідрогеназою під час гліколізу (чому це важливо – в наступних частинах тексту). Втім, часто в науковій та навчальній літературі можна зустріти твердження, що “молочна кислота” все ж утворюється але за “фізіологічних значень” рН, практично одразу, розпадається до лактату.
Звісно, це викликає плутанину і терміни “молочна кислота” та “лактат” вживаються як синоніми при описі процесів, які відбуваються у м’язах. В той же час є консенсус, що молочна кислота у наших м’язах аж ніяк не може накопичуватися (!).

Міф 2: Лактат утворюється тільки тоді, коли клітинам бракує кисню

Насправді, лактат продукується постійно – як за анаеробних (відсутність кисню), так і аеробних умов (коли кисню достатньо), особливо під час фізичного навантаження.

Однак, дійсно під час інтенсивних вправ, наприклад, спринту, інтервального тренування, м’язам бракує кисню аби забезпечувати потреби енергією через дуже ефективний але повільний аеробний гліколіз, розщеплюючи жири та глюкозу в мітохондріях. Відповідно, вони переходять на переважно анаеробний шлях розщеплення глюкози – гліколіз. Він менш ефективний з точки зору кількості молекул АТФ, які утворюються але значно швидший, а тому може краще забезпечувати м’язи енергією, принаймні протягом певного, не дуже тривалого часу.

Концентрація лактату в крові може коливатися від 0,3-1,3 мМ у стані спокою, до 15-25 мМ протягом кількох хвилин після інтенсивного бігу (“на всі гроші”). У деяких ракових тканинах вона сягає близько 30 мМ . У дорослих із середньою масою тіла 70 кг приблизно 1400 ммоль лактату виробляється щодня: клітинами м’язів (25%), шкіри (25%), мозку (20%), еритроцитами (20%) і клітинами кишечника (10%).

3. Лактат викликає “закислення” у м’язах під час інтенсивних вправ

В обговоренні Міфу 1, ми згадували, що багато вчених схиляються до думки, що молочна кислота взагалі не утворюється в м’язах. Натомість з молекули пірувату одразу утворюється – лактат. При цьому, у самій реакції два електрони та протон видаляються з молекули НАДФ, а додатковий протон отримується з розчину. Таким чином, на думку вчених, реакція за участі лактатдегідрогенази не закислює (знижує рН), а навпаки, підлужнює клітину (підвищує рН), забираючи протон водню.

Реакція утворення лактату https://journals.physiology.org/doi/full/10.1152/ajpregu.00114.2004

Крім того, утворений лактат далі в більшості випадків видаляється з клітини монокарбоксилатним транспортером (МКТ). Цей транспортер є симпортом і, водночас із видаленням лактату, видаляє протон водню (що знов-таки зміщює баланс із закислення до залужнення). Тому, лактат – не є причиною закислення (ацидозу) м’язів, а навпаки – впливає на зменшення рівня закислення.

Однак, й досі походження іонів водню (H+) та ацидозу все ще дискутується. І попри те, що значна частина вчених вважає джерелом Н+ гідроліз АТФ у цитоплазмі міоцита, частина продовжує стверджувати, що у походженні іонів H+ винна саме “молочна кислота”. Втім, важливо ще зауважити, що на стан “закислення” та неприємні відчуття, якими цей процес супроводжується, впливає, насправді не тільки Н+. Адже кислотно-основний стан визначається незалежними ефектами слабких кислотних буферів (у плазмі головним чином амінокислоти) і різницею сильних іонів = ([Na+] + [K+] + [Ca2+]) − ([Cl−] + [La−]) (Ковальчук та ін. 1988). А тому, навіть якщо в процесі утворення лактату дійсно утворюється якась кількість іонів водню, що впливає на підвищення H+, це точно не єдиний фактор, який призводить до зміщення pH в бік закислення.

Що стосується відчуття печії у м’язах, то воно пов’язане не з лактатом, а з накопиченням іонів водню (H+), які як вважають утворюються в основному при гідролізі АТФ. Крім того, певну роль у цих неприємних відчуттях і зниженні рН відіграє неорганічний фосфор (утворюється при розпаді АТФ).

Міф 4: Лактат викликає втому м’язів

На світанку ери спортивної фізіології дослідники й справді спостерігали підвищення рівня лактату в інтактному м’язі жаби при стимулюванні електричним струмом. Відповідно, було зроблено висновок, що саме ця молекула є причиною неможливості м’язу продовжувати роботу – а отже є причиною появи втоми. Втім, кореляція між певними явищами – ще не означає наявність причинно-наслідкових зв’язків між ними.

Рівень лактату дійсно підвищується під час інтенсивних фізичних навантажень. Але сама молекула не є причиною втоми, як було показано в роботі вчених з Данії ще в 2004 році. І той же час, іони водню, які утворюються під час гідролізу АТФ та неорганічний фосфор, можуть знижувати рН (підвищувати кислотність) в м’язах, що впливає на їхню здатність скорочуватися.

Однак, втома – дуже комплексний феномен загалом. І, навіть, якщо накопичення Н+ (за сприяння лактату чи без) та інших метаболітів відіграє певну роль – це не єдина її причина. А тому обвинувачувати у втомі лактат – точно не коректно.

Міф 5: Накопичення лактату викликає “крєпатуру”

Напевно й досі чи не найбільш поширеним є міф про те, що лактат викликає синдром відтермінованого м’язового болю (англ. DOMS – delayed onset muscle soreness), більш відомий як “крєпатура”. Цей той біль у м’язах, який починає відчуватися після кількох годин, сягає максимуму через 24-48 години і може тривати аж до 3-7 діб після тренування .

Найчастішими причинами відтермінованого м’язового болю є незвичні фізичні вправи, ексцентричні скорочення (як при бігові згори вниз), пліометричні вправи (стрибки в довжину з місця, наприклад), а також деякі інші типи навантажень. Однак, ця теорія була відкинута ще на початку 2000-х років. По-перше, рівень молочної кислоти повертається до передтренувального рівня протягом 1 години після тренування. По-друге, біг вгору (при якому відбуваються концентричні скорочення м’язів) і при якому суттєво зростає концентрація лактату, не викликає таких сильних DOMS, як біг згори-вниз (ексцентричні м’язові скорочення), хоча рівень лактату при збіганні вниз мало не змінюється. І, нарешті, хоча введення лактату безпосередньо у м’яз призводить до появи больових відчуттів – їхня інтенсивність ніяк не корелює з концентрацією лактату.

Сьогодні, природа DOMS до кінця не розкрита. Але основними причинами вважають: пошкодження самих м’язів, пошкодження сполучної тканини навколо м’язів, розвиток запальних реакцій через структурні пошкодження. Лактат, можливо, відіграє певну роль у появі больових відчуттів безпосередньо під час виконання інтенсивних вправ. Втім, лактат точно не у викликає “крєпатуру”.

Міф 6: Лактат є непотрібним побічним продуктом, який треба щонайшвидше видалити

Лактат насправді є важливим джерелом енергії для багатьох тканин. У 1985 році вчений з університету Берклі (США) Джордж Брукс запропонував гіпотезу “лактатного шатлінгу” або ж транспорту. Згідно неї, молекула лактата може транспортуватися як всередині м’язового волокна, так і на зовні – до інших оргінів. На сьогодні підтверджено транспорт лактату із цитоплазми м’язової клітини до мітохондрій (де після перетворення у піруват вони можуть включатися у цикл Кребса), від швидких м’язових волокон до повільних, а також до серця, нирок, печінки та, навіть, мозку. Під час фізичного навантаження лактат може забезпечувати до 60% енергетичних потреб у міокарді (серцевий м’яз) та до 25% у мозку! Він також використовується в печінці для виробництва глюкози шляхом глюконеогенезу (цикл Корі).

Тобто лактат – дуже цінна для організму молекула! Вона не тільки забезпечує енергією різні тканини, а й виконує сигнальні функції, повідомляючи органи і тканини про фізичні навантаження, як було сказано вище.

***

Зміна парадигми сприйняття лактату в науковому середовищі відбулася ще у 80-90х роках ХХ століття. Однак, у середовищі любителів бігу (та інших видів спорту:) й досі побутує чимало міфів навколо цієї молекули.

Пам’ятаймо, що лактат – багатофункціональна молекула, що є джерелом енергії, відіграє важливу роль в підтримці окисно-відновного гомеостазу та у комунікації між клітинами та тканинами.

Відео присвячене міфам, які стосуються лактату:

Запис 6 міфів про лактат спершу з'явиться на Time2trail.