Что такое молочная кислота и лактат

Во время тяжёлой тренировки или на гонке, вероятно, вы чувствовали что-то наподобие ожога в ваших мышцах. Многие считают, что именно молочная кислота – причина мышечной боли и усталости. Но часто спортсмены-любители путаются, от чего именно болят их мышцы. Цель этой статьи – доступно рассказать о данном природном соединении и его влиянии на организм человека

Существует разница между молочной кислотой и лактатом. Лактат – это составная часть молочной кислоты. Молочная кислота состоит из, собственно, кислоты и молекулы лактата. Она является результатом распада глюкозы, которая выступает главным источником углеводов в организме человека, а значит – энергии для мышц во время физической нагрузки.

Вывод такой: молочная кислота нам очень нужна, это топливо для мышц. Кроме того, молочная кислота – это естественный защитный механизм, который не даёт спортсмену переусердствовать и нанести себе непоправимый ущерб.

О пользе молочной кислоты было написано в статье Университета Нью-Мексико «Биохимия метаболического ацидоза, вызванного физической нагрузкой». Профессор Роберт Робергс приводит убедительные аргументы, говоря, что если мышцы не будут продуцировать лактат, ацидоз и мышечная усталость наступят быстрее.

Почему и при каких тренировках образуется молочная кислота

Молочная кислота в мышцах человека вырабатывается постоянно, но организм в спокойном состоянии успевает её удалить. Характерная же боль в мышцах свидетельствует об избытке кислоты, который, в свою очередь, появляется при интенсивной нагрузке, когда продуктов распада поступает гораздо больше того, что организм способен удалить. Если точнее, она начнёт накапливаться в мышцах, когда спортсмен работает выше анаэробного порога (он обычно считается равным 80-90% от максимальной ЧСС).

Во время такой интенсивной нагрузки молочная кислота распадается на «хороший» лактат, который превращается в топливо для организма, и «плохие» ионы водорода. Ионы водорода вредны, потому что они понижают кислотность мышц, снижая мышечную эффективность и вызывая жжение.

Однако боль на протяжении нескольких дней от молочной кислоты – это миф. Она исчезает из организма спустя несколько часов после физической нагрузки.

Процесс выработки молочной кислоты со временем, при последовательных тренировках, остаётся тем же, что и без физнагрузок, просто мышцы спортсмена, становясь выносливее и сильнее, проходя адаптацию к нагрузкам, используют топливо гораздо эффективнее. Именно для этого нужны тренировки ниже лактатного порога.

Лактатный порог

Лактатный порог означает переход от аэробной нагрузки к анаэробной. Аэробные тренировки не улучшают способность эффективно удалять лактат, потому что в таком состоянии ваше тело получает достаточно кислорода для его переработки. Для улучшения спортивных результатов необходимо включение в программу анаэробных упражнений, а  тренироваться нужно на уровне или чуть ниже лактатного порога.

У каждого человека индивидуальное значение максимального пульса. Если это 205 ударов в минуту, то порог лактата будет примерно на 185 ударах в минуту, то есть аэробные тренировки окажутся в зоне между 125 и 185 ударами. Всё, что выше, – анаэробная зона.

Так каков же будет темп бега на лактатном пороге? Это можно определить в лаборатории, сделав лактатный тест, в рамках которого вы будете постепенно увеличивать темп, а лаборант на каждой отсечке будет брать у вас кровь, из которой и определит уровень лактата при данной нагрузке.

Но если возможности точно узнать свой порог нет, то для «лактатных» тренировок считается наиболее подходящим ваш гоночный темп на 5 км + 8-15 секунд на километр или же соревновательный темп на 10 км + 5-10 секунд. Большинство ведущих тренеров считает, что нужно регулярно совершать от 20 до 40 минут бега в темпе лактатного порога. К слову, именно такие тренировки называют темповыми.

Однако важно понимать, что выполнение лишь одних темповых работ не поможет вам достичь успеха в наращивании лактатного потенциала. Гораздо лучше и продуктивнее пробовать различные скоростные тренировки. Например, в одни дни бегайте темп в течение 20-40 минут, в другие дни бегайте короткие быстрые отрезки. Лишь вкупе эти тренировки увеличат вашу способность переносить лактат.

Связаны ли молочная кислота и боль в мышцах после бега

Еще в 1980-х годах было проведено исследование, чтобы преднамеренно вызвать боль в мышцах испытуемых. Ученые пытались ответить на вопрос, связана ли молочная кислота с болезненностью мышц.

Концентрацию молочной кислоты в крови измеряли до тренировки и в течение 45 минут бега на беговой дорожке: один раз на ровной дорожке и один раз при наклоне -10%. Концентрация молочной кислоты в крови и субъективные ощущения мышечной болезненности оценивались с интервалами в течение 72 часов после занятия.

Концентрация молочной кислоты была значительно увеличена во время бега по ровной дороге, но сами испытуемые не ощущали сильных мышечных болей после тренировки. У группы бегунов, которые бегали при отрицательном уклоне, не было повышено содержание молочной кислоты, но они испытывали значительную отсроченную болезненность мышц.

Откуда появлялась эта боль, возникающая через 24-48 часов после тренировки? Не от повреждений и микроразрывов мышц, а от восстановления. Да, мышцы повреждены, но боль возникает из-за того, что в организме идет удаление повреждённых мышц. Как это происходит?

У мышечной клетки повреждается внешняя мембрана, после чего клетка лопается, а выходящая из неё жидкость приводит к отёку мышцы. В течение 2-3 дней после тренировки нервные окончания более чувствительны, именно поэтому мы чувствуем сильный дискомфорт во время движения повреждённых мышц.

Но такая боль – это нормально, она не является травмой. После того, как мышцы восстановятся, вы станете сильнее и улучшите свои спортивные результаты, только не забывайте о регулярности занятий.

Другими словами, после одной тренировки бега по холмам вы не станете сильнее, если следующая подобная работа случится через месяц и более. Впрочем, если боль всё такая же сильная даже спустя 48 часов, это сигнал о том, что с нагрузкой вы зашли слишком далеко.

Как вывести молочную кислоту из мышц

• Первое – это питание. Бег, велоспорт, триатлон – всё это виды спорта на выносливость, а потому спортсмены должны придерживаться диеты, богатой углеводами, ведь все эти виды активности истощают запасы гликогена в мышцах и печени.
• Пятиминутная растяжка после тренировки на мышцы, которые были задействованы в работе. Обязательно прокатите валиком по рабочей зоне. Такой массаж увеличивает местный кровоток и выводит молочную кислоту из мышц. Иглоукалывание также может способствовать быстрому восстановлению.
• Когда боль уже есть, её нельзя устранить мазями и гелями.
• Для профилактики, чтобы после каждой тренировки ваше тело не изнывало от боли, включайте в программу интервальные работы высокой интенсивности. Производство лактата во время интенсивных упражнений стимулирует увеличение концентрации митохондрий внутри мышечных клеток, а значит, способствует росту производительности и улучшению выносливости.

Мифы и заблуждения о молочной кислоте

1. Мышцы болят из-за молочной кислоты

Про первый миф мы уже написали выше. Молочная кислота всегда рассматривалась как побочный продукт метаболизма глюкозы для производства энергии и ненужный продукт, который вызывал жжение в мышцах. Что бы ни говорили, а молочная кислота – это не источник боли в ваших мышцах на 2-3 день после занятий спортом. Но почему миф о том, что молочная кислота и есть главный злодей, настолько устойчив и распространён?

Источник такого неверного толкования – эксперимент, проведённый в 1907 году на извлечённом из организма сердце лягушки. Ученые обнаружили, что сердце, которое не получало кислорода, при разряде током вырабатывало лактат. Когда же кислород поступал, то и лактат исчезал.

Был сделан вывод, что если мышца получает недостаточно кислорода, работая в условиях кислородного долга, в организме повышается кислотность из-за выделения лактата, что и вызывает мышечную усталость, но это оказалось ошибкой на основе связанных событий.

А вот то, что молочная кислота является топливом для мышц, станет известно позже – в 1970 году. Тогда учёные Калифорнийского Университета смогли доказать, что выработка молочной кислоты у человека происходит нон-стоп.

К примеру, вы же чувствуете боль не только после гонки, но и после длительных, малоинтенсивных упражнений, когда вырабатывается очень мало лактата. Мышечная болезненность на самом деле вызвана простым механическим повреждением мышечных волокон и воспалением.

2. Молочная кислота «закисляет» мышцы

Второй миф: молочную кислоту винят в «закислении» мышц, но вины её в этом нет. На работу мышц влияние оказывает повышенная кислотность тканей, однако это настолько сложное явление, в котором задействовано множество процессов, что мы не будем нагружать читателя такой информацией.

3. У элитных спортсменов меньше молочной кислоты

Третий миф: лучшие в своем классе спортсмены производят меньше молочной кислоты. Это могло бы быть правдой, если бы лактат являлся отходом, вызывающим усталость и никак не влияющим на физическую работоспособность.

По всей вероятности, причина того, что во время интенсивных упражнений в крови элитных, лучших, спортсменов меньше лактата, заключается не в том, что их мышцы производят его мало, а в том, что они более эффективно его используют. Если у среднего спортсмена 75% лактата сгорает в митохондриях как прямое топливо для сокращения мышц, а 25% выходит в кровоток, то у спортсменов мирового ТОП-уровня 85% лактата сжигается и только 15% просачивается в кровоток.

Что же делать со всей этой отсроченной болью, если за неё ответственна не молочная кислота? Ответ прост: дайте своему организму время, и он сам залечит раны. А чтобы избежать такой боли, нужно лишь осторожно подходить к выполнению новых упражнений. Исследования, кстати, говорят, что растяжка ни до, ни после тренировки никак тут не поможет.

Лактат – это продукт клеточного метаболизма, производная молочной кислоты. Может находиться в клетках в виде самой молочной кислоты либо в виде ее солей.

Синонимы русские

Молочная кислота, соли молочной кислоты.

Синонимы английские

Lactate, lactic acid.

Метод исследования

Кинетический колориметрический метод.

Единицы измерения

Ммоль/л (миллимоль на литр).

Какой биоматериал можно использовать для исследования?

Венозную кровь.

Как правильно подготовиться к исследованию?

• Не принимать пищу в течение 12 часов до исследования.
• Исключить физическое и эмоциональное перенапряжение в течение 30 минут до исследования.
• Не курить в течение 30 минут до исследования.

Общая информация об исследовании

В ходе анализа измеряется количество лактатов в крови. Они являются продуктом клеточного метаболизма и в зависимости от рН (кислотности) могут присутствовать в клетках в виде молочной кислоты или при нейтральной рН в форме солей молочной кислоты.

В норме концентрация лактатов в крови очень низкая. В мышцах, эритроцитах, клетках мозга и в других тканях она повышается при недостатке кислорода в клетке либо если первичный путь производства энергии в клетках нарушен.

Основные запасы клеточной энергии производятся в митохондриях, крошечных «энергетических станциях» внутри клеток организма. Митохондрии используют глюкозу и кислород для производства АТФ (аденозинтрифосфата), главного энергетического источника в организме. Это называется аэробным образованием энергии.

При падении уровня кислорода в клетке либо при нарушении нормального функционирования митохондрий организм переключается на менее эффективное производство энергии (анаэробное) путем расщепления глюкозы с образованием АТФ. Лактат является основным побочным продуктом этого анаэробного процесса. Молочная кислота может накапливаться в случае, если она производится быстрее, чем печень успевает ее утилизировать. Когда ее содержание в крови значительно повышается, наступает гиперлактатацидемия, которая может далее развиться в лактацидоз, если молочная кислота будет продолжать накапливаться. Организму часто удается компенсировать эффект лактацидоза, однако в тяжелых случаях нарушается кислотно-щелочной баланс, что сопровождается слабостью, учащенным дыханием, тошнотой, рвотой, потливостью и даже комой.

Причины повышения уровня лактатов подразделяются на две группы в соответствии с механизмом, который вызывает лактацидоз.

Лактацидоз А-типа наиболее распространен и ассоциирован с факторами, вызывающими недостаточный захват кислорода легкими либо замедленное кровообращение, что приводит к уменьшению снабжения тканей кислородом. Примеры лактацидоза А-типа:

• шок в результате полученной травмы или сильной кровопотери,
• сепсис,
• инфаркт,
• застойная сердечная недостаточность,
• тяжелые легочные либо респираторные заболевания,
• отек легких,
• тяжелые формы анемии.

Лактацидоз Б-типа не связан с поступлением кислорода к тканям, он является причиной повышенной потребности в кислороде из-за проблем обмена веществ. Примеры лактацидоза Б-типа:

• болезни печени,
• почечные заболевания,
• сахарный диабет,
• лейкемия,
• СПИД,
• болезни, связанные с сохранением гликогена (например, глюкозо-6-фосфатазная недостаточность),
• лекарства и токсины, такие как салицилаты, цианиды, метанол, метформин,
• различные наследственные митохондриальные и метаболические заболевания, являющиеся формами мышечной дистрофии и затрагивающие синтез АТФ,
• состояние при интенсивных физических нагрузках.

Для чего используется исследование?

• Для выявления лактацидоза, то есть высокого содержания лактатов.
• Чтобы определить гипоксию и лактацидоз и оценить их тяжесть, если есть факторы, понижающие снабжение кислородом клеток и тканей (лактацидоз чаще всего возникает именно из-за этого), например шок или застойная сердечная недостаточность.
• Для оценки кислотно-щелочного баланса и оксигенации (вместе с анализом на газы в крови).
• При диагностике болезней, которые способны привести к повышенному содержанию лактатов, а также при симптомах ацидоза, поскольку лактацидоз может вызываться факторами, не связанными с уровнем кислорода в тканях.
• Чтобы выяснить, не являются ли сопутствующие заболевания, например болезни печени или почек, причиной лактацидоза (вместе с другими исследованиями, такими как клинический анализ крови или мочи, некоторые биохимические тесты).
• Для обследования больных с подозрением на сепсис. Если уровень лактатов у них падает ниже нормы, лечение им назначается незамедлительно. При своевременной диагностике и безотлагательном лечении сепсиса шансы на успешное выздоровление увеличиваются во много раз.
• Для наблюдения за течением гипоксии и контроля за эффективностью ее лечения в случае обострения таких болезней, как сепсис, инфаркт и застойная сердечная недостаточность.

Когда назначается исследование?

• При симптомах недостатка кислорода (одышка, учащенное дыхание, бледность, потливость, тошнота, слабость в мышцах).
• При подозрении на сепсис, шок, инфаркт, сердечную недостаточность, почечную недостаточность или сахарный диабет.
• При острых головных болях, лихорадке, расстройстве и потере сознания, а также признаках менингита.

Что означают результаты?

Референсные значения: 0,5 — 2,2 ммоль/л.

Клиническое значение имеет лишь повышение концентрации лактата в крови.

• Высокая концентрация лактата указывает на болезнь (либо иные  факторы), которая является причиной накопления лактатов в тканях. В целом чем выше уровень лактатов, тем острее протекает заболевание. Если накопление лактатов связано с гипоксией, то их повышение означает, что организм не способен ее компенсировать. В то же время сама по себе избыточная концентрация лактатов не является прямым указанием на диагноз, она лишь помогает подтвердить либо исключить возможные причины наблюдаемых симптомов.
• Если есть подозрение на состояние, ведущее к кислородной недостаточности, например на шок, полученный в результате травмы или сильной кровопотери, сепсис, инфаркт, застойную сердечную недостаточность, острые респираторные или легочные заболевания, отек легких, острую анемию, то повышенный уровень лактатов может быть признаком гипоксии и/или дисфункции органов.
• Иногда лактацидоз является осложнением болезней печени, почек, диабета, лейкемии, СПИДа, болезней, связанных с сохранением гликогена (например, глюкозо-6-фосфатазной недостаточностью), различных наследственных митохондриальных и метаболических заболеваний (форм мышечной дистрофии и тех, которые затрагивают синтез АТФ).
• Увеличивать концентрацию лактатов способны лекарства и токсины (салицилаты, цианиды, метанол, метформин) и интенсивные физические нагрузки.
• При симптомах менингита значительно повышенный уровень лактатов в цереброспинальной жидкости указывает на вероятность бактериального менингита, в то время как слегка повышенный – на его вирусную разновидность.
• Нормальный уровень лактатов свидетельствует о том, что у пациента нет лактацидоза, а также о достаточном снабжении кислородом на клеточном уровне.
• При лечении лактацидоза или гипоксии уменьшение концентрации лактатов со временем отражает реакцию организма на процесс лечения.

Важные замечания

• Уровень лактатов может повышаться при дефиците витамина В₁.

Также рекомендуется

• Мочевина в сыворотке
• Креатинин в сыворотке

Кто назначает исследование?

Хирург, реаниматолог, инфекционист, терапевт.

Молочная кислота в организме человека и животных

Молочная кислота формируется при распаде глюкозы. Иногда называемая «кровяным сахаром» глюкоза является главным источником углеводов в нашем организме. Это основной источник энергии для мозга и нервной системы, так же как и для мышц во время физической нагрузки. Когда расщепляется глюкоза, клетки производят АТФ (аденозинтрифосфат), который обеспечивает энергией большинство химических реакций в организме. Уровень АТФ определяет, как быстро и как долго мышцы смогут сокращаться при физической нагрузке.

Производство молочной кислоты не требует присутствия кислорода, поэтому этот процесс её синтеза часто называют «анаэробным метаболизмом» (см. Анаэробная тренировка). Ранее считалось, что мышцы производят молочную кислоту при нехватке кислорода в крови. Другими словами, организм находится в анаэробном состоянии. Однако современные исследования показывают, что молочная кислота образуется и в мышцах, получающих достаточно кислорода. Увеличение количества молочной кислоты в кровотоке свидетельствует лишь о том, что уровень её поступления превышает уровень удаления. Резкое увеличение (в 2—3 раза) уровня лактата в сыворотке крови наблюдается при тяжёлых расстройствах кровообращения, таких как геморрагический шок, острая левожелудочковая недостаточность и др., когда одновременно страдает и поступление кислорода в ткани, и печёночный кровоток.

Зависимое от лактата производство АТФ очень незначительно, но имеет большую скорость. Это обстоятельство делает идеальным его использование в качестве источника энергии, когда нагрузка превышает 50 % от максимальной. При отдыхе и умеренной нагрузке организм предпочитает расщеплять жиры для получения энергии. При нагрузках в 50 % от максимума (порог интенсивности для большинства тренировочных программ) организм перестраивается на преимущественное потребление углеводов. Чем больше углеводов человек использует в качестве топлива, тем больше производство молочной кислоты.

Исследования показали, что у престарелых людей в головном мозге количество солей кислоты (лактатов) имеет повышенный уровень.

Регулятор обмена

Чтобы глюкоза могла проходить через клеточные мембраны, ей необходим инсулин. Молекула же молочной кислоты в два раза меньше молекулы глюкозы, и гормональная поддержка ей не нужна — она с лёгкостью сама проходит через клеточные мембраны.

Анализ

Количественный анализ молочной кислоты обычно проводят титрованием гидроксидом натрия в присутствии фенолфталеина. Этот способ не подходит для концентрированных растворов, потому что в них молочная кислота частично находится в виде лактоилмолочной кислоты. Если такой раствор нужно оттитровать, используют приём обратного титрования: молочную кислоту обрабатывают избытком щёлочи (лактоилмолочная кислота при этом гидролизуется), а затем остаток щёлочи оттитровывают соляной кислотой.

В промышленности и исследовательских лабораториях молочную кислоту анализируют методом ВЭЖХ. Содержание энантиомерных форм в молочной кислоте можно определить ферментативным методом либо ВЭЖХ на хиральной колонке. Такие колонки, как и образцы высокочистых энантиомеров молочной кислоты коммерчески доступны.

Молочную кислоту можно обнаружить по следующим качественным реакциям:

• Взаимодействие с n-оксидифенилом и серной кислотой:

При осторожном нагревании молочной кислоты с концентрированной серной кислотой она вначале образует уксусный альдегид и муравьиную кислоту; последняя немедленно разлагается: CH₃CH(OH)COOH → CH₃CHO + HCOOH (→ H₂O + CO) Уксусный альдегид взаимодействует с n-оксидифенилом, причём, по-видимому, происходит конденсация в o-положении к OH-группе с образованием 1,1-ди(оксидифенил)этана:

В растворе серной кислоты медленно окисляется в фиолетовый продукт неизвестного состава. Поэтому, как и при обнаружении гликолевой кислоты с помощью 2,7-диоксинафталина, в данном случае происходит взаимодействие альдегида с фенолом, при котором концентрированная серная кислота действует как конденсирующий агент и окислитель. Такую же цветную реакцию дают α-оксимасляная и пировиноградная кислоты.

Выполнение реакции: В сухой пробирке нагревают в течение 2 минут на водяной бане при 85 °C каплю исследуемого раствора с 1 мл концентрированной серной кислоты. После этого охлаждают под краном до 28 °C, добавляют небольшое количество твёрдого n-оксидифенила и, перемешав несколько раз, дают постоять 10-30 минут. Фиолетовое окрашивание появляется постепенно и через некоторое время становится более глубоким. Открываемый минимум: 1,5⋅10⁻⁶ г молочной кислоты.

Выполнение реакции: В пробирку прилить 1 мл молочной кислоты, а затем немного подкисленного серной кислотой раствора перманганата калия. Нагревать в течение 2 минут на слабом огне. Ощущается запах уксусной кислоты. C₃H₆O₃ + [O] = C₃H₄O₃ + H₂O↑ Продуктом данной реакции может быть пировиноградная кислота C₃H₄O₃, которая тоже имеет запах уксусной кислоты. C ₃H₆O₃ + [O] = C₃H₄O₃ + H₂O↑ Однако пировиноградная кислота при обычных условиях неустойчива и быстро окисляется до уксусной кислоты, поэтому реакция протекает согласно суммарному уравнению: C ₃H₆O₃ + 2[O] = CH₃COOH + CO₂↑ + H₂O

• Взаимодействие с фенолятом железа

Описание реакции: Эта реакция называется реакцией Уффельмана и используется, например, в клинической медицине для определения присутствия молочной кислоты в желудочном соке, открыта Юлиусом Уффельманом в 1880-х гг. Для проведения реакции нужно растворить одну каплю хлорида железа и 0,4 грамма фенола в 50 см³ воды. Затем добавить тестируемую жидкость, если в ней есть молочная кислота, то синий цвет раствора сменится жёлтым, поскольку образуется лактат железа.

Применение

Молочная кислота используется преимущественно в трёх сферах: пищевой промышленности, производстве полимеров и других промышленных целях.

В пищевой промышленности молочная кислота используется как консервант и подкислитель. Благодаря тому, что её соли хорошо растворимы в воде, их также можно использовать в тех продуктах, где важно значение pH. Молочная кислота и её соли используются в напитках, конфетах, мясных изделиях и соусах. Лактат кальция добавляется в продукты как источник кальция.

В полимерной промышленности из молочной кислоты получают полилактид. Производится он из лактида полимеризацией с раскрытием цикла. Сам же лактид получают конденсацией молочной кислоты.

Также молочная кислота используется в покрытии металлов, косметике, текстильной и кожевенной промышленности. Её эфиры находят применение в производстве красок и чернил, электроники и чистке металлов.

Безопасность

Молочная кислота — это органическая карбоновая кислота, которая присутствует во многих организмах и является безопасной для окружающей среды. Увеличение производства молочной кислоты и, соответственно, полилактида оказывает положительное влияние тем, что вытесняет использование полимеров, производимых из нефти, снижает выбросы углекислого газа и предоставляет более широкие возможности по утилизации отходов.

Молочная кислота также используется в пищевой промышленности и не является токсичной. Тем не менее при попадании в глаза или на повреждённую кожу она вызывает раздражение. Полулетальная доза для крыс при оральном приёме составляет 3,73 г/кг.