 |
Биохимический контроль развития систем энергообеспечения организма при мышечной деятельности.
|
|
|
|
Биохимический контроль развития систем энергообеспечения организма при мышечной деятельности.
Спортивный результат в определенной степени лимитируется уровнем развития механизмов энергообеспечения организма, поэтому в практике спорта проводится контроль мощности, емкости и эффективности анаэробных и аэробных механизмов энергообразования в процессе тренировки, что можно осуществлять и по биохимическим показателям.
Для оценки мощности и емкости креатинфосфокиназного механизма энергообразования используются показатели общего алактатного кислородного долга, количество креатинфосфата и активность креатинфосфокиназы в мышцах. В тренированном организме эти показатели значительно выше, что свидетельствует о повышении возможностей креатинфосфокиназного (алактатного) механизма энергообразования.
Степень подключения креатинфосфокиназного механизма при выполнении физических нагрузок можно оценить также по увеличению в крови содержания продуктов обмена КрФ в мышцах (креатина, креатинина и неорганического фосфата) или изменению их содержания в моче.
Для характеристики гликолитического механизма энергообразования часто используют величину максимального накопления лактата в артериальной крови при максимальных физических нагрузках, а также величину общего и лактатного кислородного долга, значение рН крови и показатели КОС, содержание глюкозы в крови и гликогена в мышцах, активность ферментов лактат-дегидрогеназы, фосфорилазы и др.
О повышении возможностей гликолитического (лактатного) энергообразования у спортсменов свидетельствует более поздний выход на максимальное количество лактата в крови при предельных физических нагрузках, а также более высокий его уровень. У спортсменов высокой квалификации, специализирующихся в скоростных видах спорта, количество лактата в крови при интенсивных физических нагрузках может возрастать до 26 ммоль-л-1 и более, тогда как у нетренированных лиц максимально переносимое количество лактата составляет 5—6 ммоль-л-1, а 10 ммоль-л-1 может привести к летальному исходу при функциональной норме 1—1, 5 ммоль л-1. Увеличение емкости гликолиза сопровождается увеличением запасов гликогена в скелетных мышцах, особенно в быстросокрашающихся волокнах, а также повышением активности гликолитических ферментов.
|
|
|
Для оценки мощности аэробного механизма энергообразования чаще всего используются уровень максимального потребления кислорода (МПК или VO, max), время наступления ПАНО, а также показатель кислородтранспортной системы крови — концентрация гемоглобина. Повышение уровня V02max свидетельствует об увеличении мощности аэробного механизма энергообразования. Максимальное потребление кислорода у взрослых людей, не занимающихся спортом, составляет у мужчин 3, 5 л-мин-1, у женщин — 3, 0 л-мин-1 и зависит от массы тела. У спортсменов высокой квалификации абсолютная величина V02max у мужчин может достигать 6—7 л-мин-1, у женщин — 4—5 л-мин-1.
По длительности работы на уровне ПАНО судят о повышении емкости механизма энергообразования. Нетренированные лица не могут выполнять физическую работу на уровне ПАНО более 5—6 мин. У спортсменов, специализирующихся на выносливость, длительность работы на уровне ПАНО может достигать 1—2 ч.
Эффективность аэробного механизма энергообразования зависит от скорости утилизации кислорода митохондриями, что связано прежде всего с активностью и количеством ферментов окислительного фосфорилирования, количеством митохондрий, а также от доли жиров при энергообразовании. Под влиянием интенсивной тренировки аэробной направленности увеличивается эффективность аэробного механизма за счет увеличения скорости окисления жиров и увеличения их роли в энергообеспечении работы.
|
|
|
[править]Биохимический контроль за уровнем тренированности, утомления и восстановления организма спортсмена.
Уровень тренированности в практике биохимического контроля за функциональным состоянием спортсмена оценивается по изменению концентрации лактата в крови при выполнении стандартной либо предельной физической нагрузки для данного контингента спортсменов. О более высоком уровне тренированности свидетельствует:
§ меньшее накопление лактата (по сравнению с нетренированными лицами) при выполнении стандартной нагрузки, что связано с увеличением доли аэробных механизмов в энергообеспечении этой работы;
§ большее накопление молочной кислоты при выполнении предельной работы, что связано с увеличением емкости гликолитического механизма энергообеспечения;
§ повышение ПАНО (мощность работы, при которой резко возрастает уровень лактата в крови) у тренированных лиц по сравнению с нетренированными;
§ более длительная работа на уровне ПАНО;
§ меньшее увеличение содержания лактата в крови при возрастании мощности работы, что объясняется совершенствованием анаэробных процессов и экономичностью энерготрат организма;
§ увеличение скорости утилизации лактата в период восстановления после физических нагрузок.
§ с увеличением уровня тренированности спортсменов в видах спорта на выносливость увеличивается общая масса крови: у мужчин — от 5—6 до 7—8 л, у женщин — от 4, 0—4, 5 до 5, 5— 6, 0 л, что приводит к увеличению концентрации гемоглобина до 160—180 г-л-1— у мужчин и до 130—150 гл-1 — у женщин.
Контроль за процессами утомления и восстановления, которые являются неотъемлемыми компонентами спортивной деятельности, необходим для оценки переносимости физической нагрузки и выявления перетренированности, достаточности времени отдыха после физических нагрузок, эффективности средств повышения работоспособности, а также для решения других задач.
Утомление, вызванное физическими нагрузками максимальной и субмаксимальной мощности, связано с истощением запасов энергетических субстратов (АТФ, КрФ, гликогена) в тканях, обеспечивающих этот вид работы, и накоплением продуктов их обмена в крови (молочной кислоты, креатина, неорганических фосфатов), поэтому оно и контролируется данными показателями. При выполнении продолжительной напряженной работы развитие утомления может выявляться в виде длительного повышения уровня мочевины в крови после окончания работы, изменения компонентов иммунной системы крови, а также снижения содержания гормонов в крови и моче.
|
|
|
В спортивной диагностике для выявления утомления обычно определяют содержание гормонов симпатоадреналовой системы (адреналина и продуктов его обмена) в крови и моче. Эти гормоны отвечают за степень напряжения адаптационных изменений в организме. При неадекватных функциональному состоянию организма физических нагрузках наблюдается снижение уровня не только гормонов, но и предшественников их синтеза в моче, что связано с исчерпанием биосинтетических резервов эндокринных желез и указывает на перенапряжение регуляторных функций организма, контролирующих адаптационные процессы.
Для ранней диагностики перетренированности, скрытой фазы утомления используется контроль за функциональной активностью иммунной системы. Для этого определяют количество и функциональную активность клеток Т- и В-лимфоцитов: Т-лимфоциты обеспечивают процессы клеточного иммунитета и регулируют функцию В-лимфоцитов; В-лимфоциты отвечают за процессы гуморального иммунитета, их функциональная активность определяется по количеству иммуноглобулинов в сыворотке крови.
Определение компонентов иммунной системы требует специальных условий и аппаратуры. При подключении иммунологического контроля за функциональным состоянием спортсмена необходимо знать его исходный иммунологический статус с последующим контролем в различные периоды тренировочного цикла. Такой контроль позволит предотвратить срыв адаптационных механизмов, исчерпание иммунной системы и развитие инфекционных заболеваний спортсменов высокой квалификации в периоды тренировки и подготовки к ответственным соревнованиям (особенно при резкой смене климатических зон).
|
|
|
Восстановление организма связано с возобновлением количества израсходованных во время работы энергетических субстратов и других веществ. Их восстановление, а также скорость обменных процессов происходят не одновременно. Знание времени восстановления в организме различных энергетических субстратов играет большую роль в правильном построении тренировочного процесса. Восстановление организма оценивается по изменению количества метаболитов углеводного, липидного и белкового обменов в крови или моче, которые существенно изменяются под влиянием тренировочных нагрузок. Из всех показателей углеводного обмена чаще всего исследуется скорость утилизации молочной кислоты во время отдыха, а также липидного обмена — нарастание содержания жирных кислот и кетоновых тел в крови, которые в период отдыха являются главным субстратом аэробного окисления, о чем свидетельствует снижение дыхательного коэффициента. Однако наиболее информативный показатель восстановления организма после мышечной работы — продукт белкового обмена — мочевина. При мышечной деятельности усиливается катаболизм тканевых белков, способствующий повышению уровня мочевины в крови, поэтому нормализация ее содержания в крови свидетельствует о восстановлении синтеза белков в мышцах, а следовательно, и восстановлении организма.
Что касается методологических аспектов клинико-биохимического контроля, то сегодня наиболее распространены стандартизированные лабораторные процедуры, осуществляемые на специализированных компьютерных стендах, включающих газоаналитическую компьютерную систему с велоэргометром и тредбаном, лактатный автоматический анализатор для определения количества молочной кислоты в крови, аппарат для регистрации изменений кислотно-основного состояния в организме спортсмена. Оценивается содержание в сыворотке периферической крови глюкозы, холестерола, общего белка, мочевины, триацилглицеролов, креатинина, активность АЛТ, ACT, ЛДГ. Полученные результаты оцениваются путем их сравнения с таблицами стандартов, на основании которых строится предположение о восстановительных способностях спортсменов. Для воздействия на физическую работоспособность необходимо выявить факторы, лимитирующие физическую работоспособность, и скоригировать их с помощью лекарственных средств и биологически активных веществ (в табл. 1. 16 сопоставляются выполняемая работа, длительность и интенсивность физической нагрузки, а также основные биохимические реакции).
|
|
|
Таким образом, в настоящее время существует достаточно методов оценки фармакодинамики биологически активных веществ, используемых в спортивной медицине, с целью повышения адаптации к физической нагрузке (восстановление и повышение работоспособности). Общим итогом проведенных исследований должна стать не только оценка влияния препарата на основные качества спортсмена, такие, как выносливость, сила, физическая работоспособность, но и метаболическая " цена" повышения уровня этих показателей. Выбор конкретного метода является задачей исследователя, исходя из вида деятельности, пола, возраста и др.
Биохимические изменения в организме при выполнении данной физической нагрузки, а также в период отдыха. Изменения обмена углеводов, липидов, белков в мышцах, во внутренних органах, изменения содержания различных метаболитов в крови
Биохимические изменения в организме при физической работе в основном обусловлены тем, какие механизмы принимают участие в ее энергообеспечении. Данная работа – бег на 800 м. в течение 2 минут – выполняется в зоне субмаксимальной мощности. Значит ведущий механизм энергообеспечения – гликолиз. В начале также происходит небольшой вклад анаэробного алактатного механизма.
1. Биохимические изменения в скелетных мышцах
КрФ (креатинфосфат) уже к 45 секунде затрачивается до минимума (ок. 5 ммоль. кг-1сырой ткани).
Концентрация гликогена в мышцах уменьшается примерно на 15-20% на 1-2 минуте физической работы.
Потребление кислорода уже на 2 минуте максимально – до 100%.
Незначительно тратится белок. Увеличивается поступление в мышцы аммиака, свободных аминокислот и пептидов.
2. Биохимические изменения в крови
В крови накапливается продукт распада КрФ – Кр (креатин).
Концентрация продукта распада гликогена – лактата – в крови на 1-2 минуте достигает 20 ммоль. л-1, что приводит к увеличению кислотности и снижению рН.
На 1-2 начинает повышаться количество ионов водорода Н+ примерно до 6. 10-7 ммоль. Следовательно, происходит сдвиг кислотно-щелочного равновесия (рН) максимально до 7. 0.
Накапливается в плазме крови продукт распада белка – мочевина.
3. Биохимические изменения в головном мозге
Во время работы в головном мозге за счет процессов возбуждения активно используется энергия АТФ. Восстановление АТФ обеспечивается путем окислительного фосфорилирования. Основным источником энергии является глюкоза, поступающая с кровью.
4. Биохимические изменения в миокарде
При работе резко учащается частота сердечных сокращений, что требует усиленного образования АТФ, которая обеспечивается за счет аэробного окисления глюкозы. Энергетическими субстратами при данной работе является глюкоза.
5. Биохимические изменения в моче
В моче может появиться белок, а также увеличивается содержание лактата.
Вышеизложенные изменения представлены на графике сравнительного расходования и восстановления различных энергетических субстратов.
Восстановление после окончания нагрузки
После окончания работы содержание различных метаболитов возвращается к исходному уровню. При этом происходит не только восстановление затраченных энергетических ресурсов, но и их сверхвосстановление.
Прежде всего, восстанавливается содержание КрФ в мышцах. На 90% КрФ восстанавливается за 2-6 минут. А полное восстановление происходит за 0, 5 – 4-6 часов. Кр устраняется быстро за 0, 5 часа. Суперкомпенсаторная фаза (сверхвосстановление содержания КрФ в мышцах) происходит на 6-8 часу.
Затем восстанавливается гликоген мышц, для которого необходимо достаточное количество глюкозы. Восстановление гликогена мышц происходит за 12-20 часов. Фаза суперкомпенсации длится 24-48 часов. Лактат ликвидируется следующим путем. На 3-4 минуте после окончания работы уровень лактата в крови увеличивается, так как происходит его выход из работавших мышц. Затем начинается его устранений различными путями. 60% лактата окисляется до СО2 и Н2О. 20% превращается в пировиноградную кислоту, а затем в гликоген печени – происходит процесс глюконеогенез. Некоторая часть выделяется с потом и мочой. Полная нормализация лактата происходит за 0, 5-3 часа. При перегрузке это время увеличивается.
Примерно за 0, 5-1 час идет нормализация кислотно-щелочного равновесия (рН).
Процесс восстановления белка начинается сразу после нагрузки и ускоряется к 3-4 часу. Продолжается этот процесс около 2-3 суток, фаза суперкомпенсации – 3-4 сутки. Мочевина устраняется из крови примерно за 12-24 часа, причем сразу после окончания работы уровень мочевины в крови повышен.
Динамика биохимических изменений при работе и в период отдыха в большей степени зависит от активности эндокринной системы.
Содержание в плазме кортизола около 5 мг. дл-1.
Свободные жирные кислоты – около 4 ммоль. л-1.
Содержание адреналина и норадреналина слегка увеличивается…………………………………………………..
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
|
|
|
