Чрезмерные физические нагрузки вызывают функциональные нарушения митохондрий и снижают толерантность к глюкозе у здоровых добровольцев

Excessive exercise training causes mitochondrial functional impairment and decreases glucose tolerance in healthy volunteers

Физические упражнения положительно влияют на метаболическое здоровье за счет увеличения окислительной способности митохондрий и улучшения регуляции глюкозы и являются первой линией лечения ряда метаболических заболеваний. Однако верхний предел количества физических упражнений, связанных с благоприятными терапевтическими эффектами, четко не определен. Здесь мы использовали тренировочную модель с постепенно увеличивающейся физической нагрузкой во время вмешательства в течение 4 недель.

Мы внимательно следили за изменениями толерантности к глюкозе, функцией и динамикой митохондрий, способностью к физическим упражнениям и метаболизмом всего тела. После недели с самой высокой физической нагрузкой мы обнаружили поразительное снижение внутренней функции митохондрий, что совпало с нарушением толерантности к глюкозе и секреции инсулина. Мы также оценили непрерывные профили глюкозы в крови у спортсменов мирового класса на выносливость и обнаружили, что у них был нарушен контроль глюкозы по сравнению с аналогичной контрольной группой.

Здесь мы показываем, что существует верхний предел количества интенсивных упражнений, которые можно выполнять без нарушения метаболического гомеостаза. За пределами этого предела начинают проявляться негативные эффекты на метаболическое здоровье и адаптацию физической работоспособности, по-видимому, вызванные частичным отключением митохондриями как дыхания, так и выработки H2O2. Результаты этого исследования также дают ценную информацию о продолжающемся споре о том, является ли дисфункция митохондрий причиной или возникает вторично по отношению к инсулинорезистентности (Goodpaster, 2013; Holloszy, 2013). Снижение IMR и непереносимости глюкозы совпало с неожиданной потерей белка Nrf2.

Используемый здесь протокол упражнений с постепенно увеличивающейся тренировочной нагрузкой является уникальной моделью, позволяющей нам изучить взаимосвязь между митохондриальной дисфункцией, метаболическим здоровьем и непереносимостью глюкозы у одних и тех же здоровых субъектов в течение короткого периода времени. Мы обнаружили, что изменения IMR тесно связаны с изменениями толерантности к глюкозе (рис. 3C). Эти результаты подтверждают гипотезу о том, что дисфункция митохондрий действительно вызывает нарушения метаболизма глюкозы.

Мы предположили, что во время чрезмерных физических нагрузок производство АФК должно увеличиваться и подавлять эндогенные антиоксидантные системы. К удивлению, мы обнаружили, что количество карбонилированных белков и TBARS оставалось неизменным на протяжении всего исследования, что указывает на то, что общий уровень продукции ROS был постоянным. В фазе ЕТ продукция митохондриальной H2O2 была снижена более чем на 50% по сравнению с МТ. Мы интерпретируем это открытие как компенсаторное частичное отключение митохондриального метаболизма с целью снижения общего производства АФК и поддержания сбалансированной окислительно-восстановительной среды.