по Биохимии

отдыха во время тренировки образовавшийся лактат может частично выходить из мышечных клеток в лимфу и кровь, что делает возможным повторное включение гликолиза.

Зоны относительной мощности мышечной работы

В настоящее время приняты различные классификации мощности мышечной деятельности. Одна из них – классификация по В.С.Фарфелю, базирующаяся на положении о том, что мощность выполняемой физической нагрузки обусловлена соотношением между тремя основными путями ресинтеза АТФ, функционирующими в мышцах во время работы. Согласно этой классификации выделяют четыре зоны относительной мощности мышечной работы: максимальной, субмаксимальной, большой и умеренной.

Работа в зоне максимальной мощности может продолжаться в течение 15-20 с. Основной источник АТФ в этих условиях – креатин-фосфат. Только в конце работы креатинфосфатная реакция замещается гликолизом.

Работа в зоне субмаксимальной мощности имеет продолжительность до 5 мин. Ведущий механизм ресинтенза АТФ – гликолитический. В начале работы, пока гликолиз не достиг максимальной скорости, образование АТФ идет за счет креатинфосфата, а в конце работы гликолиз начинает заменяться тканевым дыханием. Работа в зоне субмаксимальной мощности характеризуется самым большим кислородным долгом.

При беге на длинные дистанции (5 и 10 км) аэробное окисление угле­водов является основным механизмом энергообеспечения работы, так как на его долю приходится до 87 % общих затрат энергии на дистанции 5 км и около 97 % — на дистанции 10 км (рис. 136). На этих дистанциях вклад анаэробных источников энергии также еще достаточно большой. Он может достигать 15 % общих затрат энергии и играет важную роль при финишном ускорении, приносящем победу при беге на длинные дистанции. Наиболее значительным фактором, влияющим на работу на выносливость, является кислородное снабжение работающих мышц, поскольку потребление кисло- зда во время бега поддерживает максимальную скорость о^игле^ия угле­водов. Порог анаэробного обмена у стайеров при работе ^ ся при 75—90 % МПК.

При марафонском беге затраты энергии восполняются исключительно за счет аэробного процесса. Погашение этих затрат невозможно только за счет окисления углеводов из-за недостаточности запасов гликогена в ра­ботающих мышцах спортсмена, поэтому значительная часть энергии обра- .ется за счет окисления жиров, на долю которых может приходиться от 10 до 50 % общих затрат энергии (рис. 137). Вклад жиров в энергообес­печение при мышечной работе на длинных и сверхдлинных дистанциях у -юокотренированных бегунов с большими запасами гликогена в работащих мышцах составляет 12—20%, у нетренированных бегунов — более 60 %. Всего на дистанции марафонского бега окисляется около 300 г жи-гов, Использование жиров в качестве источника энергии менее эффектив­но сравнению с окислением углеводов, так как происходит оно с более экой скоростью и с большим потреблением кислорода. Увеличивающа­яся концентрация жирных кислот в крови при мобилизации жиров и высокая скорость их окисления в работающих мышцах тормозят окисление в
них углеводов, в основном глюкозы крови, что влечет за собой снижение
скорости бега. Увеличение доли окисляемых жиров при работе способ-
ствует также развитию центрального торможения. Мобилизация жиров при физической работе активизируется рядом гормонов.

При длительной работе наряду с увеличением использования в энерге-
тическом обмене жиров может происходить новообразование углеводов и?
веществ неуглеводной природы (глюконеогенез), активируемое гормонов
кортизолом. Основным субстратом глюконеогенеза являются аминокислоты
часть которых накапливается в мышцах при работе в результате распад
тканевых белков. Они могут быть использованы для образования глюкозы.

Данные об участии различных источников энергии в обеспечении ре
синтеза АТФ при беге на разные дистанции приведены в табл. 26. Вклз,
отдельных энергетических источников в обеспечение работы имеет важ
ное значение при выборе оптимальной стратегии подготовки в избранном
виде спорта, в том числе близких по интенсивности и продолжительности
к рассмотренным физическим беговым нагрузкам.

3) Описать биохимические изменения в мышцах под влиянием тренировки скоростно-силовой направленности.

В процессе мышечной деятельности изменяется скорость энергетического обмена в сердечной мышце (миокарде). Сердечная мышца пронизана гус­той сетью кровеносных капилляров, доставляющих большое количество кислорода, и имеет высокую активность ферментов аэробного обмена, по­этому в ней преобладают аэробные энергетические реакции. В состоянии относительного покоя основными источниками энергии для сердечной мышцы являются жирные кислоты, кетоновые тела и глюкоза, доставляе­мые кровью. При напряженной мышечной деятельности миокард усиленно поглощает из крови и окисляет молочную кислоту, поэтому запас гликоге­на в нем почти не расходуется.

В головном мозгу во время мышечной деятельности усиливается энергетический обмен, что выражается в увеличении потребления мозгом глюкозы и кислорода из крови, повышении скорости обновления гликоге­на и фосфолипидов, усилении распада белков и накоплении аммиака. Мозг, как и сердце, снабжается энергией за счет аэробных процессов. При работе большой мощности либо при очень продолжительной работе может снижаться запас макроэргических фосфатов в нервных клетках, что является одним из факторов развития утомления.

Биохимические изменения, происходящие в скелетных мышцах во время работы, обычно определяют по содержанию продуктов метаболиз­ма мышц в крови, моче, выдыхаемом воздухе либо непосредственно в :ышцах (см. главу 24).

В качестве показателя интенсивности и емкости аэробных механизмов энергообеспечения часто используется величина максимального потреб­ления кислорода. Степень вовлечения гликолиза в энергетическое обеспе­чение мышц можно оценить путем измерения в первые минуты восстанов- ения после работы содержания молочной кислоты в крови, а креатинфос­фокиназной реакции — по содержанию в крови продуктов распада КрФ — креатина и креатинина. О включении жиров в энергетические реакции можно судить по содержанию в крови свободных жирных кислот и кетоно­вых тел. По показателям кислотно-щелочного равновесия можно сделать вывод о способности организма противостоять неблагоприятному дей­ствию кислотных продуктов анаэробного обмена и т. п.

Однако содержание промежуточных продуктов обмена в крови зависит т скорости их образования в клетках, диффузии через клеточные мембра- з1, а также от потребления их различными тканями. Поэтому один и тот же указатель изменения в мышечных клетках, измеренный в крови или •эчени, будет отражать изменения в тканях с разной степенью точности, ак, о скорости мобилизации углеводных запасов печени свидетельствует

содержание глюкозы в крови. В начале работы, а также пр^Пфатковремен- ной мощной работе концентрация глюкозы в крови, как правило, повыша­ется, что свидетельствует о повышении скорости мобилизации гликогена и незначительном использовании глюкозы мышцами. При работе в условиях устойчивого состояния ее содержание в крови близко к уровню покоя, так как скорость поступления в кровь и скорость ее использования мышцами примерно одинаковы. При длительной работе концентрация глюкозы в кро­ви может быть ниже уровня покоя, поскольку снижаются запасы гликогена печени и скорость его мобилизации, а потребность тканей в глюкозе про­должает оставаться высокой.

При интенсивной гликолитической работе в мышцах резко увеличива­ется содержание молочной кислоты. Она способна быстро диффундиро­вать из работающих мышц в кровь, где ее уровень резко повышается, а окисление во время напряженной работы протекает с относительно малой скоростью, поэтому содержание молочной кислоты в крови в определен­ной степени отражает скорость образования ее в скелетных мышцах. В состоянии покоя концентрация молочной кислоты в крови составляет 1,1— 2,2 ммоль ■ л^-1 (0,1—0,2 г • л^-1 ).

При выполнении легкой и умеренно тяжелой работы (с уровнем кисло­родного запроса около 50 % МПК) прирост концентрации молочной кисло­ты в крови невелик (до 0,4—0,5 г ■ л"¹ ), а при выполнении продолжитель­ных упражнений (с уровнем кислородного запроса 50—85 % МПК) — воз­растает до 1—1,5 г ■ л^-1 . Концентрация молочной кислоты значительно воз­растает в первые 2—10 мин работы, а затем либо остается на прежнем уровне, либо снижается. Таким образом, максимальная концентрация мо­лочной кислоты в крови наблюдается до тех пор, пока не установилось ус­тойчивое состояние, создающее условия для аэробного ее окисления.

При выполнении упражнений с уровнем кислородного запроса более 85 % МПК концентрация молочной кислоты в крови постоянно увеличива­ется до максимальных значений. Концентрация молочной кислоты, которая не причиняет вреда организму хорошо тренированного человека, состав­ляет 2—2,5 г ■ л^-1 в крови. Дальнейшее увеличение концентрации молоч­ной кислоты оказывает неблагоприятное воздействие на организм и тор­мозит процесс гликолиза.

Молочная кислота — сильная кислота, образующая при диссоциации значительное количество водородных ионов. Часть их может быть связана буферными системами клеток и крови, при этом в крови главную роль иг­рает бикарбонатный, а в клетках — белковый буфер. Когда емкость буфер­ных систем исчерпывается, происходит сдвиг активной среды в кислую сторону. В закислении среды участвуют и такие кислоты, как угольная фосфорная, пировиноградная и др. Однако роль молочной кислоты в этог.' процессе наиболее значительна. Между концентрацией молочной кислоть и величиной рН крови существует выраженная обратно пропорциональная зависимость. Как видно из рис. 147, максимальное значение концентрации молочной кислоты в крови в условиях напряженной мышечной деятельнос­ти достигает 20—25 ммоль ■ л'¹ и более, а значение рН снижается от 7,4 в состоянии покоя до 6,9—6,8.

Снижение величины рН более чем на 0,2 по сравнению с уровнем по­коя вызывает уменьшение активности многих ферментов, и в первую очередь фосфофруктокиназы, контролирующей ключевую реакцию глико-

Рис. 147

Взаимосвязь между
изменениями
значения рН
и концентрации
лактата в крови при
напряженной
мышечной работе

лиза, поэтому общая скорость гликолиза снижается. Закисление среды
организма приводит также к нарушению деятельности нервных клеток и
развитию в них охранительного торможения, ухудшению передачи возбуж-
дения с нерва на мышцу, снижению АТФ-азной активности миозина и па-
дению скорости расщепления АТФ. Высокая концентрация молочной кис-
лоты в мышечных волокнах вызывает повышение в них осмотического дав-
ления, ведущего к набуханию их, сдавливанию нервных окончаний, в ре-
зультате чего могут возникать боли в мышцах. Многие спортсмены могут
вынести снижение рН крови до 6,8 и даже 6,5 (при изнеможении), однако
при этом наблюдаются тошнота, головокружение и сильные боли в мыш-
цах. Сдвиг величины рН крови в щелочную сторону возможен до 7,6, что
организм переносит без резких нарушений обменных процессов.

Избыток молочной кислоты в крови связывается бикарбонатным буфе-
ром, в частности его щелочным компонентом (ЫаНС0₃ ):

+ НСОз + СНОНСОО" + Н⁺ -------- + СНзСНОНСОО" + НгСОз

XX

со₂ + н₂ о

В результате такого взаимодействия образуется так называемый из-
быток неметаболической углекислоты, которая не связана с процессами
биологического окисления. Она быстро распадается на С0₂ и Н₂ 0. Опре-
деляя долю неметаболического С0₂ в выдыхаемом воздухе, можно доста-
точно точно оценить степень усиления гликолитического процесса в рабо-
тающих мышцах.

Существует определенное соотношение между количеством выделен-
ного углекислого газа (УС0₂ ) и потребляемого кислорода (1/0₂ ), что назы-
вают дыхательным коэффициентом (ДК = 1/С0₂ / У0₂ ), который зависит от природы окисляемого энергетического субстрата. При окислении углево­дов дыхательный коэффициент равен 1,0 (6С0₂ / 60₂ = 1,0), при окислении жиров — 0,70, при окислении белков — 0,80, а при сбалансированной бел- ково-углеводно-жировой диете — около 0,75. Таким образом, по величине дыхательного коэффициента можно судить о характере окисляемых ве­ществ и протекании окислительного процесса. Однако при напряженной мышечной работе дыхательный коэффициент может быть выше 1, что свя­зано с появлением избытка молочной кислоты, увеличивающей образова­ние и выделение С0₂ .

Мышечная работа вызывает изменение содержания в крови белков и продуктов их распада. Отмечается увеличение содержания белков в плаз­ме крови (в частности, белков-ферментов) за счет их выхода из работаю­щих мышц, а также изменяется соотношение между различными белками крови, увеличивается количество продуктов белкового распада — амино­кислот, поступающих из мышечных клеток и печени, аммиака, мочевины. Изменения белкового обмена зависят от длительности работы. Так, при кратковременной работе выход белков из тканей в кровь незначителен, а при длительной работе, когда проницаемость клеточных мембран сильно изменяется, белок может проникать через клеточные мембраны почек и появляться в моче. Уровень аммиака особенно возрастает в случае, когда не устанавливается устойчивое состояние метаболизма, а также при дли­тельной утомительной мышечной нагрузке. Длительная работа приводит также к увеличению содержания в крови мочевины.

4) Показать значение экспресс-методов биохимическом контроле в оценке функционального состояния спортсмена

Немаловажное значение в биохимическом обследовании имеют используемые методы определения показателей метаболизма, их точность и достоверность.

В настоящее время в практике спорта широко применяются лабораторные экспресс-методы определения многих (около 60) различных биохимических

показателей в плазме крови с использованием портативного прибора

швейцарской фирмы «Доктор Ланге» или других фирм. К экспресс-методам определения функционального состояния спортсменов относится также предложенный академиком В.Г. Шахба-зовым новый метод определения

энергетического состояния человека, в основу которого положены изменения

биоэлектрических свойств ядер эпителиальных клеток в зависимости от

физиологического состояния организма. Данный метод позволяет выявить нарушение гомеостаза организма, состояние утомления и другие изменения при мышечной деятельности.

Контроль за функциональным состоянием организма в условиях учебно-

тренировочного сбора можно осуществлять с помощью специальных

диагностических экспресс-наборов для биохимического анализа мочи и крови.

Основаны они на способности определенного вещества (глюкозы, белка,

витамина С, кетоновых тел, мочевины, гемоглобина, нитратов и др.)

реагировать с нанесенными на индикаторную полоску реактивами и изменять

окраску. Обычно наносится капля исследуемой мочи на индикаторную полоску

«Глюкотеста», «Пентафана», «Меди-теста» или других диагностических тестов

и через 1 мин ее окраска сравнивается с индикаторной шкалой, прилагаемой

к набору.

Одни и те же биохимические методы и показатели могут быть использованы

для решения различных задач. Так, например, определение содержания

лактата в крови используется при оценке уровня тренированности,

направленности и эффективности применяемого упражнения, а также при

отборе лиц для занятий отдельными видами спорта.

В зависимости от решаемых задач изменяются условия проведения

биохимических исследований. Поскольку многие биохимические показатели у

тренированного и не тренированного организма в состоянии относительного

покоя существенно не различаются, для выявления их особенностей проводят

обследование в состоянии покоя утром натощак (физиологическая норма), в

динамике физической нагрузки либо сразу после нее, а также в разные

При обследовании спортсменов применяются различные типы тестирующих

физических нагрузок, которые могут быть стандартными и максимальными

(предельными).

5. Дать биохимическую характеристику заллинга

Заллинг – это подвид спортивного туризма (дист. - пешеходные), проводящийся исключительно в закрытых помещениях, подписанный отдельным документом Росспорта.

Эти дистанции находятся примерно в таком промежуточном интервале 1,5-4 мин. Анаэробный процесс.

Гликоген

Глюкоза Креатин

К анаэробным механизмам относятся:

• креатинфосфокиназный (фосфогенный или алактатный) механизм, обеспечивающий ресинтез АТФ за счет перефосфорилирования между креатинфосфатом и АДФ;

• гликолитический (лактатный) механизм, обеспечивающий ресинтез АТФ в процессе ферментативного анаэробного расщепления гликогена мышц или глюкозы крови, заканчивающегося образованием молочной кис­лоты, поэтому и называется лактатным;

• миокиназный механизм, осуществляющий ресинтез АТФ за счет ре­акции перефосфорилирования между двумя молекулами АДФ с участием фермента миокиназы (аденилаткиназы).

Анаэробные механизмы являются основными в энергообеспечении кратковременных упражнений высокой интенсивности, а аэробные — при длительной работе умеренной интенсивности.

Преобладают гликолитический механизм ресинтеза АТФ.

Энергетическое обеспечение работы в зоне субмаксимальной мощ­ности осуществляется в основном за счет анаэробного гликолиза, что приводит к большому накоплению молочной кислоты в крови (концентра­ция ее может достигать 2,5 г ■ л¹ и более). Кислородный запрос при такой работе может достигать 20—40 л, а уровень энергетических затрат может в 4—5 раз превышать максимум аэробного механизма энергообра­зования. К концу работы возрастает доля аэробных реакций в ее энерго­обеспечении. Кислородный долг в этой зоне мощности наиболее значите­лен по абсолютным значениям (до 20 л) и составляет 50—90 % кислород­ного запроса. Усиливается мобилизация гликогена печени, уровень глюко­зы в крови может


8-09-2015, 19:52