Клинические аспекты

В этой главе мы обсуждали различное влияние двигательной активности на действие инсулина в скелетной мышце. Двигательная активность, вне всяких сомнений, способна стимулировать транспорт глюкозы, синтез гликогена и метаболизм белка, а также вызвать адаптивные изменения благодаря воздействию на транскрипцию генов. Несмотря на то что в большинстве исследований, рассматривавшихся в этой главе, принимали участие лица с нормальным состоянием здоровья, влияние двигательной активности на промежуточный обмен также распространяется на людей с нарушениями метаболизма. Давно признано, что физические упражнения приносят значительную пользу лицам с ожирением и диабетом (Trovati et al., 1984; Helmrich et al., 1991). Вместе с тем положительные эффекты двигательной активности здесь ограничиваются кратковременным характером изменений чувствительности к инсулину в период восстановления после физической нагрузки. Однако регулярная физическая нагрузка вызывает разнообразные физические и метаболические адаптации. Физические тренировки повышают толерантность к глюкозе и усиливают действие инсулина у инсулинрезистентных больных (Hughes et al., 1993) и пациентов с диабетом II типа (Dela et al., 1994). Изменения чувствительности к инсулину, очевидно, имеют многообразные последствия, включая изменения в составе тела, липидном составе плазмы крови, регуляции внутриклеточных сигнальных путей и белковом синтезе. Более того, эпидемиологические исследования показали, что регулярные физические упражнения позволяют снизить риск развития диабета II типа (Helmrich et al., 1991; Manson et al., 1992).

Заключение

В последние годы удалось добиться значительных успехов в выяснении механизмов влияния двигательной активности на действие инсулина в скелетных мышцах. Были сделаны открытия, показывающие, что и физическая нагрузка, и инсулин стимулируют усиление транспорта глюкозы, метаболизма гликогена, синтеза белка и долговременных адаптаций (таких, как гипертрофия). Интересно, что эти эффекты могут быть реализованы с помощью общих и различных сигнальных путей. Более того, аддитивное воздействие двигательной активности и инсулина на регуляцию промежуточного обмена и адаптивные реакции оказывает различное воздействие па организм здоровых и больных людей. Наряду с тем, что физические тренировки способны стимулировать адаптационные изменения в организме, которые повышают работоспособность, хронические физические нагрузки позволяют также предотвратить или приостановить развитие нарушений метаболизма, характерные для таких заболеваний, как диабет II типа.

Литература

• Arad, М., Benson, D.W., Perez-Atayde, A.R. et al. (2002) Consti-tutively active AMP kinase mutations cause glycogen storage disease mimicking hypertrophic cardiomyopathy. Journal of Clinical Investigation 109, 357-362.

• Aronson, D., Fielding, R.A., Violan, A., Dufresne, S.D. & Goodyear, L.J. (1996) Exercise activates the MAP kinase signaling cascade in human skeletal muscle. Diabetes 45, 103A.

• Aronson, D., Dufresne, S.D. & Goodyear, L.J. (1997a) Contractile activity stimulates the c-Jun NH2-terminal kinase pathway in rat skeletal muscle. Journal of Biological Chemistry 272, 25 636—25 640.

• Aronson, D., Violan, M.A., Dufresne, S.D. et al. (1997b) Exercise stimulates the mitogen-activated protein kinase pathway in human skeletal muscle. Journal of Clinical Investigation 99, 1251-1257.

• Aronson, D., Boppart, M.D., Dufresne, S.D., Fielding, R.A. & Goodyear, LJ. (1998) Exercise stimulates c-Jun NH2 kinase activity and c-Jun transcriptional activity in human skeletal muscle. Biochemical and Biophysical Research Communications 251, 106-110.

• Aschenbach, W.G., Suzuki, Y., Breeden, K. et al. (2001) The muscle-specific protein phosphatase PP1G/RGL(GM) is essential for activation of glycogen synthase by exercise. Journal of Biological Chemistry 276, 39 959-39 967.

• Aschenbach, W.G., Hirshman, M.F., Fujii, N. et al. (2002) Effect of AICAR treatment on glycogen metabolism in skeletal muscle. Diabetes 51, 567-573.

• Asp, S. & Richter, E.A. (1996) Decreased insulin action on muscle glucose transport after eccentric exercise in rats. Journal of Applied Physiology 81, 1924-1928.

• Asp, S., Daugaard, J.R. & Richter, E.A. (1995) Eccentric exercise decreases glucose transporter GLUT4 protein in human skeletal muscle. Journal of Physiology 482, 705-712.

• Asp, S., Watkinson, A., Oakes, N.D. & Kraegen, E.W. (1997) Prior eccentric contractions impair maximal insulin action on muscle glucose uptake in the conscious rat. Journal of Applied Physiology 82, 1327-1332.

• Baar, K. & Esser, K. (1999) Phosphorylation of p70(S6k) correlates with increased skeletal muscle mass following resistance exercise. American Journal of Physiology 276, C120-C127.

• Balon, T.W., Zorzano, A., Treadway, J.L., Goodman, M.N. & Ruderman, N.B. (1990) Effect of insulin on protein synthesis and degradation in skeletal muscle after exercise. American Journal of Physiology 258, E92-E97.

• Barger, P.M., Browning, A.C., Garner, A.N. & Kelly, D.P. (2001) p38 mitogen-activated protein kinase activates peroxisomeproliferator-activated receptor a. A potential role in the cardiac metabolic stress response. Journal of Biological Chemistry 276, 44 495-44 501. Bergstrom, J. & Hultman, E. (1966) Muscle glycogen synthesis after exercise: an enhancing factor localized to the muscle cells in man. Nature 210, 309-310.

• Bergstrom, J., Hultman, E. & Roch-Norlund, A.E. (1972) Muscle glycogen synthetase in normal subjects. Basal values, effect of glycogen depletion by exercise and of a carbohydrate-rich diet following exercise. Scandinavian Journal of Clinical Laboratory Investigation 29, 231-236.

• Beyer, A., Kitzerow, A., Crute, B. et al. (2000) Muscle phosphorylase kinase is not a substrate of AMP-activated protein kinase. Biological Chemistry 381, 457-461.

• Bjomtorp, P., Fahlen, М., Grimby, G. et al. (1972) Carbohydrate and lipid metabolism in middle-aged physically well trained men. Metabolism 21, 1037-1044.

• Black, P.R., Brooks, D.C., Bessey, P.Q., Wolfe, R.R. & Wilmore, D.W. (1982) Mechanisms of insulin resistance following injury. Annals of Surgery 196, 420-435.

• Bogardus, C, Thuillex, P., Ravussin, E. et al. (1983) Effect of muscle glycogen depletion on in vivo insulin action in man. Journal of Clinical Investigation 72, 1605-1610.

• Bolster, D.R., Crazier, S.J., Kimball, S.R. & Jefferson, L.S. (2002) AMP-activated protein kinase suppresses protein synthesis in rat skeletal muscle through down-regulated mammalian target of rapamycin (mTOR) signaling. Journal of Biological Chemistry 277, 23 977-23 980.

• Bonen, A., Tan, M.H. & Watson-Wright, W.M. (1984) Effects of exercise on insulin binding and glucose metabolism in muscle. Canadian Journal of Physiology and Pharmacology 62, 1500-1504.

• Booth, F.W. & Thomason, R.B. (1991) Molecular and cellular adaptation in response to exercise: perspectives of various models. Physiology Reviews 71, 541-585.

• Boppart, M.D., Aronson, D., Gibson, L. et al. (1999) Eccentric exercise markedly increases c-Jun NTH(2)-terminal kinase activity in human skeletal muscle. Journal of Applied Physiology 87, 1668-1673.

• Boppart, M.D., Asp, S., Wojtaszewski, J.F. et al. (2000) Marathon running transiently increases c-Jun NH2-terminal kinase and p38 activities in human skeletal muscle. Journal of Physiology 526, 663-669. *Boppart, M.D., Hirshman, M.F., Sakamoto, K., Fielding, R.A. & Goodyear, LJ. (2001) Static stretch increases c-Jun NH2-terminal kinase activity and p38 phosphorylation in rat skeletal muscle. American Journal of Physiology 280, C352-C358.

• Brady, M.J., Bourbonais, F.J. & Saltiel, A.R. (1998) The activation of glycogen synthase by insulin switches from kinase inhibition to phosphatase activation during adipogenesis in 3T3-L1 cells. Journal of Biological Chemistry 273, 14 063—14 066.

• Brozinick, J.T., Jr. & Birnbaum, M.J. (1998) Insulin, but not contraction, activates Akt/PKB in isolated rat skeletal muscle. Journal of Biological Chemistry 273, 14679-14682.

• Buhl, E.S., Jessen, N.. Schmitz, O. et al. (2001) Chronic treatment with 5-aminoimidazole-4-carboxamide-l-b-d-ribofuranoside increases insulin-stimulated glucose uptake and GLUT4 translocation in rat skeletal muscles in a fiber type-specific manner. Diabetes 50, 12-17. Burstein, R., Polychronakos, C, Toews, C.J. et al. (1985) Acute reversal of the enhanced insulin action in trained athletes. Diabetes 34, 756-760.

• Carling, D. & Hardie, D.G. (1989) The substrate and sequence specificity of the AMP-activated protein kinase. Phosphorylation of glycogen synthase and phosphorylase kinase. Biochimica et Bio-physica Acta 1012, 81-86.

• Carlson, C.J., Fan, Z., Gordon, S.E. & Booth, F.W. (2001) Time course of the МАРК and PI3-kinase response within 24 h of skeletal muscle overload. Journal of Applied Physiology 91, 2079-2087.

• Chibalin, A.V., Yu, М., Ryder, J.W. et al. (2000) Exercise-induced changes in expression and activity of proteins involved in insulin signal transduction in skeletal muscle: differential effects on insulin-receptor substrates 1 and 2. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 97, 38-43.

• Conlee, R.K., Hickson, R.C., Winder, W.W., Hagberg, J.M. & Holloszy, J.O. (1978) Regulation of glycogen resynthesis in muscles of rats following exercise. American Journal of Physiology 235, R145-R150.

• Cross, D.A.E., Alessi, D.R., Cohen, P., Andjelkovich, M. & Hemmings, B.A. (1995) Inhibition of glycogen synthase kinase-3 by insulin mediated by protein kinase B. Nature 378, 785-789.

• Cross, D.A.E., Watt, P.W., Shaw, M. et al. (1997) Insulin activates protein kinase B, inhibits glycogen synthase kinase-3 and activates glycogen synthase by rapamycin-insensitive pathways in skeletal muscle and adipose tissue. FEBS Letters 406, 211-215.

• Dela, F.j; Ploug, Т., Handberg, A. et al. (1994) Physical training increases muscle GLUT4 protein and mRNA in patients with NIDDM. Diabetes 43, 862-865.

• Dent, P., Lavoinne, A., Nakielny, S. et al. (1990) The molecular mechanism by which insulin stimulates glycogen synthesis in mammalian skeletal muscle. Nature 348, 302-308.

• Devlin, J.T. & Horton, E.S. (1985) Effects of prior high-intensity exercise on glucose metabolism in normal and insulin-resistant men. Diabetes 34, 973-979.

• Devlin, J.T., Hirshman, M.F., Horton, E.S. & Horton, E.D. (1987) Enhanced peripheral and splanchnic insulin sensitivity in NIDDM men after single bout of exercise. Diabetes 36, 434-439.

• Dohm, G.L., Kasperek, G.J., Tapscott, E.B. & Beecher, G.R. (1980) Effect of exercise on synthesis and degradation of muscle protein. Biochemical Journal 188, 255-262.

• Donsmark, М., Langfort, J., Holm, C, Ploug, T. & Galbo, H. (2003) Contractions activate hormone-sensitive lipase in rat muscle by protein kinase С and mitogen-activated protein kinase. Journal of Physiology 550, 845-854.

• Dufresne, S.D., Bjorbaek, C, El Haschimi, K. et al. (2001) Altered extracellular signal-regulated kinase signaling and glycogen metabolism in skeletal muscle from p90 ribosomal S6 kinase 2 knockout mice. Molecular and Cellular Biology 21, 81-87.

• Elbrink, J. & Phipps, B.A. (1980) Studies on the persistence of enhanced monosaccharide transport in rat skeletal muscle following the cessation of the initial stimulus. Cell Calcium 1, 349-358.

• Farrell, P.A., Fedele, M.J., Vary, T.C. et al. (1999) Regulation of protein synthesis after acute resistance exercise in diabetic rats. American Journal of Physiology 276, E721-E727.

• Farrell, P.A., Hernandez, J.M., Fedele, M.J. et al. (2000) Eukaryotic initiation factors and protein synthesis after resistance exercise in rats. Journal of Applied Physiology 88, 1036-1042.

• Fedele, M.J., Hernandez, J.M., Lang, C.H. et al. (2000) Severe diabetes prohibits elevations in muscle protein synthesis after acute resistance exercise in rats. Journal of Applied Physiology 88, 102-108.

• Fell, R.D., Terblanche, S.E., Ivy, J.L., Young, J.C. & Holloszy, J.O. (1982) Effect of muscle glycogen content on glucose uptake following exercise. Journal of Applied Physiology 52, 434-437.

• Fluckey, J.D., Vary, T.C., Jefferson, L.S. & Farrell, P.A. (1996) Augmented insulin action on rates of protein synthesis after resistance exercise in rats. American Journal of Physiology 270, E313-E319.

• Fluckey, J.D., Ploug, T. & Galbo, H. (1999) Attenuated insulin action on glucose uptake and transport in muscle following resistance exercise in rats. Acta Physiologica Scandinavica 167, 77-82.

• Force, T. & Bonventre, J.V. (1998) Growth factors and mitogen-activated protein kinases. Hypertension 31, 152-161.

• Fujii, N.. Boppart, M.D., Dufresne, S.D. et al. (2001) Overexpression of JNK in skeletal muscle does not alter glycogen synthase activity. Diabetes 50, A276.

• Garcia-Roves, P.M., Han, D.H., Song, Z. et al. (2003) Prevention of glycogen supercompensation prolongs the increase in muscle GLUT4 after exercise. American Journal of Physiology 285, E729-E736.

• Gomez, D.A., Martinez-Martinez, S., Maldonado, J.L., Ortega-Perez, I. & Redondo, J.M. (2000) A role for the p38 MAP kinase pathway in tlie nuclear shuttling of NFATp. Journal of Biological Chemistry 275, 13 872-13 878.

• Goodyear, L.J., Giorgino, F., Balon, T.W., Condorelli, G. & Smith, R.J. (1995) Effects of contractile activity on tyrosine phophoproteins and PI 3-kinase activity in rat skeletal muscle. American Journal of Physiology 268, E987-E995.