close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

2945.Биохимические основы физической работоспособности

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ И СПОРТА
КАФЕДРА МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИХ ОСНОВ
ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ И СПОРТА
БИОХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФИЗИЧЕСКОЙ
РАБОТОСПОСОБНОСТИ
Омск 2003
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Биохимические основы физической работоспособности. Учебное
пособие. - Омск: СибГУФК, 2003.
Пособие содержит сведения по биохимии спорта, предусмотренные
программой физкультурного вуза, для изучения студентами третьего
курса, уже знакомыми с разделами статическая и динамическая
биохимия.
В настоящем издании последовательно рассматриваются биохимия
мышц и мышечного сокращения, биоэнергетика мышечной деятельности,
влияние на организм мышечной работы различной мощности, биохимия
утомления и восстановления, адаптация к физическим нагрузкам и
возможность коррекции этих состояний с помощью факторов питания.
Материал пособия может быть использован студентами очной и
заочной форм обучения для самостоятельного изучения биохимии, при
написании контрольныхработ и подготовке к экзамену.
Составители: канд. биол. наук, доцент Л.Н.Тюрина,
Рецензенты: доктор биол. наук, профессор Л.Г.Харитонова
канд. пед. наук, профессор Г.М.Грузных.
© Сибирский государственный университет физической культуры и спорта, 2003
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Подготовка специалистов в области физической культуры и
спорта требует понимания процессов жизнедеятельности,
происходящих в организме человека как в покое, так и при
выполнении мышечной работы. Основу этих процессов составляют
превращения, происходящие в клетках различных тканей и органов,
что является предметом изучения биохимии.
В данном пособии рассматриваются узловые вопросы биохимии
спорта, предусмотренные программой физкультурных вузов. При
подготовке пособия учитывались знания, полученные студентами по
биологии, химии анатомии, физиологии и общей химии. Материал
пособия изложен в форме избранных лекций, что позволяет студентам
легче ориентироваться при изучении базовых тем. В лекциях последовательно рассматриваются:
- специфические особенности строения и химического состава клеток
скелетной мускулатуры;
- химизм мышечного сокращения;
- особенности энергообеспечения мышечной работы, выполняемой
в различных кислородных режимах;
- ответная реакция организма на физические нагрузки различной
мощности, а также особенности утомления и восстановления,
вызванные этой работой;
- закономерности биохимической адаптации организма спортсмена
в процессе спортивной тренировки;
- коррекция биохимических изменений, вызванных мышечной работой различной мощности с помощью факторов питания.
Изложенные лекции учитывают ответную реакцию на мышечную
работу организма человека в возрасте 20-35 лет.
3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
К началу этого возрастного периода заканчиваются рост и
развитие организма, формируется физическая и психологическая
зрелость. Увели-чиваются метаболизирующая масса тела, количество
ферментов аэробного и анаэробного окисления, повышается их
активность и устойчивость при выполнении мышечной работы.
Совершенствуется нервно-мышечный аппарат, в мышцах и в
организме, в целом, возрастает количество энергетических веществ.
Достигает оптимальных значений работа восстановительных систем,
отвечающих за доставку к мышцам кислорода и субстратов
окисления и удаления метаболитов из клеток тканей. В обмене
веществ в покое сохраняется равновесие между анаболическими и
катаболическими реакциями. Сказанное выше позволяет заключить,
что период жизни человека с 20 до 35 лет благоприятен для
достижения высоких результатов при выполнении мышечной работы.
Материал пособия позволит студентам получить знания по
разделу биохимия спорта, а также в дальнейшем создаст предпосылки
для успешного освоения учебных предметов медико-биологического
цикла, теории и методики физического воспитания, специальных
курсов по спортивно-педагогическим дисциплинам.
Пособие может быть использовано не только студентами высших
учебных заведений, но и учащимися колледжей, которые должны
стать специалистами в области физической культуры и спорта.
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Лекция 1. БИОХИМИЯ МЫШЦ И МЫШЕЧНОГО СОКРАЩЕНИЯ
1. Строение мышечной клетки.
2. Химический состав мышц.
3. Механохимия мышечного сокращения.
Движение является одним из основных свойств живого. Выполнение
этой функции у большинства живых организмов природа поручила мышечной ткани, на долю которой у человека приходится 40-42% от массы
тела. Принято различать три типа мышечной ткани: гладкую, поперечнополосатую и сердечную.
Гладкие мышцы построены из одноядерных клеток и покрывают
стенки кровеносных сосудов, полых внутренних органов, входят в состав
дермы. Сокращаются они медленно и несильно, но долго могут находиться в тонусе.
Поперечно-полосатые мышцы имеют многоядерные, сильно вытянутые в длину клетки и образуют скелетную мускулатуру. Они быстро
и мощно сокращаются, но не могут долго находиться в тонусе.
Сердечная мышца построена из поперечно-полосатой мышечной
ткани и трудится в течение всего периода онтогенеза.
Работа гладких мышц и сердечной мышцы не подчиняется
нашему сознанию, и их называют "непроизвольными", работа
поперечно-полосатых мышц контролируется сознанием, и их
называют "произволь-ными".
Выполнение физических упражнений, как правило, связано с перемещением тела в пространстве или фиксацией определенной позы и обеспечивается работой скелетной мускулатуры. Каждая мышца состоит из нескольких тысяч мышечных волокон (клеток), имеющих длину от 0,1 до
2-Зсм (в портняжной мышце до 12 см) и толщину от 0,01 до 0,2 мм.
Мышечное волокно содержит полный набор органоидов,
характерных для любой живой клетки, и, кроме того, имеет органоиды
специального назначения - миофибриллы (сократительные волоконца).
Рассмотрим строение органелл, принимающих участие в
мышечном сокращении.
Сарколемма ограничивает мышечную клетку и представляет собой
двухслойную белково-липидную мембрану, на поверхности которой
расположены эластичные коллагеновые волокна, обеспечивающие
эластичность и прочность, и окончания двигательных нервов,
передающие клетке нервный импульс из центральной нервной системы.
Сарколемма обладает свойством избирательной проницаемости для
различных веществ. Через нее легко проходят низкомолекулярные
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
вещества: вода, глюкоза, молочная и пировиноградная кислоты,
кетоновые тела, аминокислоты, короткие пептиды различные ионы,
и не проходят высокомолекулярные вещества: белки, сложные
углеводы, жиры, липоиды, молекулы ДНК. Перенос веществ и ионов
через сарколемму идет по типу активного транспорта, что позволяет
накапливать внутри мышечной клетки ионы калия и органические
анионы, а ионы натрия удалять в межклеточное пространство.
Разность концентрации различных ионов внутри и вне мышечного
волокна способствует формированию электрических зарядов на
сарколемме. Изнутри она в покое заряжена отрицательно, а с наружи положительно. Такое распределение зарядов называется "потенциал
покоя" и составляет до 100 мв.
Саркоплазма заполняет внутреннее пространство мышечной
клетки и представляет собой коллоидный раствор белков, гликогена,
жиров и других органических соединений. Здесь расположены ядра,
митохондрии, рибосомы, саркоплазматический ретикулум (SR),
лизосомы, миофибриллы и др., включения: глыбки гликогена,
жировые капли, кристаллы органических солей.
Саркоплазматический ретикулум (SR) образует систему трубочек,
мембран и пузырьков. Трубочки соединяют все органоиды клетки и
могут участвовать как в транспорте веществ, так и в распространении
волны возбуждения от сарколеммы внутрь мышечного волокна. В покое
SR является депо ионов кальция (Са2+), необходимых при мышечном
сокращении.
Кроме того, снаружи к части SR прикреплены рибосомы, на которых
и при участии их идет синтез белка, в той же части ретикулума, где нет
рибосом, происходит сборка молекул жиров, липидов, гликогена важнейших энергетических ресурсов мышци.
Миофибриллы являются сократительными элементами мышцы. Их
длина равна длине мышечного волокна, а диаметр составляет около 100200 мкм. В нетренированных мышцах миофибриллы расположены
диффузно, а в тренированных собраны в пучки - поля Конгейма.
Каждая миофибрилла имеет поперечную исчерченность из правильно
чередующихся темных и светлых дисков, хорошо видных под
микроскопом. Темные диски образованы толстыми, а светлые тонкими протофибриллами.
Митохондрии называют энергетическими станциями, т.к. в них вырабатывается 80-90% всей энергии клетки (в виде АТФ).
По химическому составу мышечное волокно, как и всякая живая
клетка, является белковым образованием и содержит 72-80% воды,
16-21% белка и только 3-4% небелковых веществ.
6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Белковый состав мышц можно изобразить следующей схемой:
Белки сарколеммы: липопротеиды, коллаген, эластин. Они не растворимы в воде, обеспечивают сарколемме избирательную
проницаемость для ионов и веществ, а также эластичность и прочность.
При мышечном сокращении эластин и коллаген участвуют в
формировании в сарколемме упругих сил, которые при расслаблении
возвращают мышечную клетку к прежней форме и размерами.
Белки саркоплазмы делят на альбумины и глобулины. Альбумины
представлены, в основном, ферментами, регулирующими процессы
анаэробного ресинтеза АТФ (ферменты гликолиза, креатинфосфокиназа)
и миоглобином-хромпротеидом, окрашенным в красный цвет, который
связывает и депонирует кислород в мышечной ткани. К глобулинам
относятся ферменты и запасные белки, способные при тренировке
преобразовываться в сократительные белки миофибрилл.
Белки ядер извлекаются из мышечной ткани щелочными растворами
и относятся к нуклеопротеидам, простетическая группа которых
включает остатки молекул Д Н К и РНК. Основное значение этих
белков - хранение и передача наследственной информации.
Белки митохондрий представлены сложными ферментами цикла
Кребса, дыхательной цепи и цикла Р-окисления жирных карбоновых
кислот, т.е. они регулируют процессы аэробного окисления углеводов,
липидов и белков.
Белки миофибрилл объединяют миозин, актин, тропомиозин,
тропонин, актинины. Это сократительные белки, основными из
которых являются миозин и актин.
Миозин - фибриллярный белок с молекулярной массой 470000 у.е.,
образует толстые протофибриллы. В его составе, наряду с другими
аминокислотами, содержится много цистина, глаутаминовой
кислоты, лизина, лейцина.
7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Цистеин является поставщиком свободных сульфгидрильных
групп ( S H ) , которые участвуют в формировании головок миозина.
В пространстве между головками к молекуле миозина с помощью
ионов Mg прикреплены ионы АТФ, которые в покое имеют
отрицательный заряд (АТФ 2 ).
Сульфгидрильные группы позволяют миозину при мышечном сокращении выполнять две функции:
1. Сократительную - т.к. они образуют с молекулами актина актомиозиновый комплекс, способный выполнять механическую работу.
2. Регуляторную - т.к. в качестве фермента, который называется миозиновая АТФ-аза, регулируют реакцию расщепления АТФ,
протекающую по схеме:
А ТФ—ЛТФ~™ > АДФ + Н3Р04 + 8-10 ккал(~ 40 кДж)
Химическая энергия АТФ при этом без потерь превращается в механическую работу мышцы.
Актин имеет молекулярную массу 46.000 у.е. и образует тонкие
протофибриллы. Он существует в двух, способных переходить друг в друга,
формах: глобулярный (Г - актин) и фибриллярный (Ф - актин). Активные
центры актина в покое содержат отрицательно заряженные ионы АДФ.
При мышечной деятельности в присутствии ионов К+ и Mg2+ Г-актин
переходит в Ф-актин, который легко объединяется с миозином. В покое
молекулы миозина и актина между собой не взаимодействуют (рис 1).
Рис. 1. Состояние актиновых и миозиновых нитей в расслабленной мышце
Расположение молекул миозина и актина внутри миофибриллы
подчиняется закономерности, рассмотренной ниже.
Толстые протофибриллы упорядоченно и свободно лежат в
матриксе миофибриллы, многократно повторяясь по ее длине. В
середине толстых нитей имеется небольшое вздутие, а в обе стороны
от него расположены головки миозина, содержащие сульфгидрильные
группы. Концы толстых нитей с обеих сторон заходят в зону тонких
нитей на 1/3 их длины. Тонкие нити также лежат упорядоченно,
многократно повторяясь по длине миофибриллы, но посередине они
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
пересечены мембраной (Z), которая соединяет их между собой и
прикреплена с обеих сторон к оболочке миофибриллы (рис.2).
Расстояние между двумя ближайшими мембранами называется саокомеп
Рис.2. Фрагмент миофибриллы: А - актин; М - миозин; С - саркомер
Длина саркомера обусловлена генетически и в ходе спортивной
тренировки любой направленности не изменяется.
Тропонин и тропомиозин - водорастворимые фибриллярные белки,
которых особенно много в гладких мышцах. В отсутствие ионов
кальция они блокируют связывание миозина с актином.
Биологическое значение мышечных белков многообразно, но основными их функциями являются: строительная, регуляторная (белки
ферменты) и сократительная. Из небелковых веществ следует отметить
азотсодержащие, фосфорные соединения, углеводы, липиды, минеральные соли.
Азотсодержащие соединения растворимы в воде и представлены
креатином, участвующим в образовании креатинфосфата;
дипептидами ансерином и карнозином, увеличивающими амплитуду
мышечного
сокращения
и способными
восстанавливать
работоспособность утомленных мышц; трипептидом глутатионом,
глутамином и свободной глутаминовой кислотой, которые участвуют
в связывании и транспорте аммиака. Кроме того, в мышце содержится
мочевая кислота и мочевина.
Фосфорные соединения. Основную массу их составляет аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) - главный источник мышечного
сокращения, креатинфосфат, используемый для ресинтеза АТФ.
Кроме того, в мышце содержатся макроэрги АДФ, АМФ, ГТФ, УТФ,
а также коферменты, - например, НАД и ФАД, кокарбоксилаза и
др., участвующие в процессах тканевого дыхания и обмена веществ.
К фосфорным соединениям относятся ДНК и различные РНК.
Углеводы представлены гликогеном, составляющим от 0,3 до
0,9% веса мышцы, свободной глюкозой и промежуточными
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
продуктами углеводного обмена: пировиноградной (ПВК) и молочной
кислотами, фосфорными эфирами глюкозы и фруктозы (глюкозо-6фосфат, фруктозо-6-фосфат).
Внутримышечные углеводы обеспечивают работоспособность
организма при дефиците в нем кислорода.
Липиды. В мышечной ткани обнаружены нейтральные жиры, глицерин, свободные жирные карбоновые кислоты, фосфолипиды, холестерин.
В совокупности на их долю приходится около 1% мышечной массы. Основные функции мышечных липидов: строительная и энергетическая.
Окисляются они только при достаточном обеспечении организма
кислородом.
Минеральные соли составляют от 0,1 до 1,5% от веса мышцы и представлены различными ионами. Основными катионами являются N a \ К+,
Са2+, Mg2+, а анионами РО^" , Н Р О ^ , Н 2 РО; , Cl% SO*+ , НСО; .
Кроме того, имеются анионы органических кислот (молочной,
лимонной, уксусной и др.).
Для мышечного волокна характерна разница (градиент)
концентрации основных неорганических ионов внутри и вне клетки.
Например, ионы К + преобладают внутри клетки, составляя 75%, а
ионы Na + - в межклеточной жидкости, достигая 90% от общей
концентрации катионов. Градиент концентрации ионов создает
заряды по обе стороны сарколеммы.
Неорганические ионы используют при построении макроэргов
(РО^), регулируют осмотическое давление (К + , Na + ), регулируют
скорость химческих реакций (активаторы и ингибиторы), формируют
разность потенциалов на сарколемме и определяют ее проницаемость
(К+, Na + , Са2+,С1"), участвуют в мышечном сокращении (K+,Mg2+, Na + ,
Са2+,С1~) и др.
Мышцы человека неоднородны и состоят в основном из волокон
двух типов:
1. Белые, быстрые, гликолитические. Они быстро возбуждаются,
мощно сокращаются, но находиться в тонусе долго не могут. В них много
креатинфосфата и гликогена, хорошо развит саркоплазматический
ретикулум, который богат ионами кальция; активны ферменты
гликолиза, креатинфосфокиназа, АТФ-аза. Пути ресинтеза АТФ анаэробные. Источниками энергии являются: креатинфосфат,
гликоген мышц и глюкоза, приносимая в мышечные клетки кровью.
Эти волокна подключаются в основном к кратковременной
мышечной работе взрывного характера (бег на 60, 100 м, плавание
на 50 м).
10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2. Красные, медленные оксидативные. Они менее возбудимы,
медленнее сокращаются, но долго могут находиться в тонусе. В них
мало углеводов, креатинфосфат не используется как энергетический
материал, много митохондрий и в последних отмечена высокая
активность ферментов цикла Кебса, (3-окисления жирных карбоновых
кислот и дыхательной цепи. Основной путь ресинтеза АТФ окислительное фосфорилирование. Источниками энергии являются
жирные карбоновые кислоты и глюкоза, приносимые кровью. Эти
волокна в основном обеспечивают выполнение длительной работы
на выносливость (бег на 10000 м и более, лыжные гонки на 30, 50 км,
велогонки на шоссе и т.д.).
Кроме рассмотренных выше двух типов мышечных волокон,
существуют еще волокна, в которых активно работают анаэробные
и аэробные механизмы ресинтеза АТФ. Их называют оксидативногликолитические. По строению они близки к белым волокнам, но
содержат больше митохондрий. Они берут на себя основную
нагрузку при интенсивной работе на выносливость (бег на 1000 м,
плавание на 400 м). Часто оксидативно-гликолитические волокна
рассматривают как разновидность белых волокон.
Содержание волокон разного типа в организме человека
неодинаково (табл.1) и определяется, прежде всего, его генотипом.
Поэтому в спортивной практике большое значение имеет отбор, в
результате которого решается вопрос о предрасположенности организма
ребенка к занятиям тем или иным видом спорта.
Таблица 1
Соотношение определенных типов волокон
в мышцах нижних конечностей человека, %
Организм человека
Типы волокон
ОксидативноОксидативные Гликолитические
гликолитические
(белые)
(красные)
10
55
35
1 .Нетренированного
2.Бегуна-марафонца
14
5
80
28
48
23
3 .Бегуна-спринтера
Экспериментальные данные последних лет свидетельствуют о возможности превращения одних типов волокон в другие. Например, при
многолетних тренировках аэробной направленности гликолитические
волокна частично превращаются в оксидативно-гликолитические или
даже оксидативные.
Мышечное сокращение наступает в ответ на нервный импульс,
который формируется в мотонейронах спинного мозга и передается
11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
на концевую пластину двигательного окончания, что приводит к
образованию ацетилхолина в нервно-мышечном синапсе. Ацетилхолин
взаимодействует с белками сарколеммы и изменяет ее проницаемость.
Ионы натрия устремляются в мышечное волокно и их концентрация в
саркоплазме резко увеличивается, ионы калия, наоборот,
эвакуируются в межклеточное пространство. В результате этого
происходит изменение зарядов на сарколемме: внутренняя ее сторона
заряжается положительно, а внешняя - отрицательно. Формируется
потенциал действия, и электрический импульс распространяется на
все саркомеры. Деполяризация сарколеммы вызывает деполяризацию
саркоплазматического ретикулума, и из его цистерн начинается
активное освобождение ионов кальция, которые устремляются к
миофибриллам и там нейтрализуют отрицательный заряд
сульфгидрильных групп (SH") на головках миозина. Комплекс
Mg АТФ2 в присутствии ионов кальция начинает взаимодействовать
с сульфгидрильными группами миозина, и АТФ расщепляется, т.е.
миозин проявляет АТФ-азную активность. Реакция идет по схеме:
миозин + А ТФ
» миозин ~фосфат + АДФ
Миозин приобретает эластические свойства и взаимодействует с
актином, перешедшим в фибриллярную форму. Суть этого процесса формирование спаек между головками миозина и активными центрами
актина. Образуется новая структура - актомиозиновый комплекс:
миозин ~фосфат + актин
» акто~миозин + Н3Р04
Внутри этого комплекса развивается напряжение, приводящее к
продвижению актиновых нитей между миозиновыми, длина всех
саркомеров миофибрилл одновременно уменьшается, происходит
сокращение мышцы.
Скольжение актиновых нитей обеспечивается энергией АТФ, переданной ею в макроэргическую связь актомиозина:
Акто~миозин
» Акто-миозин + работа
Мышечное волокно становится короче и толще. Сарколемма, не
имеющая сократительных элементов, деформируется, и в ней развиваются упругие силы.
Если новый нервный импульс не поступает, один из белков сарколеммы - холинэстераза, действует как фермент, расщепляя ацетилхолин. Отсутствие последнего приводит к восстановлению на сарколемме и
мембранах саркоплазматического ретикулума потенциала покоя.
Включается K/Na насос, нагнетающий ионы калия в клетку и
убирающий избыток ионов Na, и кальциевый насос, убирающий
ионы кальция в пузырьки SR. Оба насоса работают по типу активного
транспорта, т.е. с затратой АТФ. Упругие силы деформированной
12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
сарколеммы в о з в р а щ а ю т мышечной клетке прежние размеры.
Актомиозиновый комплекс распадается:
Акто-миозин + H f i
> актин + миозин
Освобожденный миозин вновь образует с А Т Ф фермент субстратный комплекс.
Таким образом, и сокращение, и расслабление мышцы связаны с
затратой энергии. Если же в организме (или в мышечных группах,
отвечающих за выполнение упражнения) возникает дефицит АТФ, то
миозин теряет эластические свойства, но в расслабленное состояние
мышца не переходит, а находится в состоянии окоченения (контрактура).
При этом невозможно ни сокращение, ни расслабление.
Одиночный нервный импульс вызывает одиночное сокращение, а
чтобы мышца долго работала, необходимо чередование в ней процессов
сокращения (в них преобладает расщепление АТФ) и процессов расслабления (преобладает процесс восстановления АТФ).
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какие виды мышечной ткани есть в организме человека? Их
особенности.
2. Перечислить органоиды животной клетки.
3. Строение и функции органелл, принимающих участие в мышечном
сокращении.
4. Что такое миофибрилла?
5. Строение миофибриллы и саркомера.
6. Назвать белки мышечной клетки.
7. Какие функции выполняет миозин и актин в мышечном сокращении?
8. Какие группы веществ, кроме белков, присутствуют в мышечной
клетке?
9. Типы волокон, находящихся в поперечно-полосатой мышечной ткани.
10. Назвать последовательно процессы, происходящие в мышечной
клет-ке в ответ на нервный импульс.
11. Какие процессы при мышечном сокращении требуют затраты АТФ?
12. Какова последовательность процессов при расслаблении
мышечной клетки?
13. Какие процессы при мышечном расслаблении требуют затраты
АТФ?
14. Какие изменения претерпевает сарколемма при сокращении и расслаблении мышечной клетки?
15. Какое состояние возникает в мышечных волокнах при расслаблении,
если в них возникает дефицит АТФ?
13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Лекция 2. БИОЭНЕРГЕТИКА МЫШЕЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
1. Обмен АТФ при мышечной деятельности.
2. Пути ресинтеза АТФ.
3. Соотношение различных путей ресинтеза в зависимости от
интенсивности и длительности (мощности) физической работы.
Непосредственным источником энергии при мышечном сокращении
являются молекулы АТФ. Поэтому переход от состояния покоя к
движению сопровождается гидролизом АТФ, протекающим по схеме:
лТф
АТФ + Н20
-°» > АДФ + Н/04 + 8-10 ккал. (» 40 кДж)
Высвобождаемая в данной реакции энергия при мышечном
сокращении без потерь преобразуется в механическую работу, а при
расслаблении обеспечивает работу Na/K насоса и возвращение
ионов Са в саркоплазматическую сеть.
Содержание АТФ в мышцах относительно постоянно и
составляет около 5 мм на 1 кг сырого веса мышц или около 0,25%.
Накапливать большее количество АТФ мышца не может, т.к. при
этом возникает угнетение миозиновой АТФ-азы и мышца теряет
способность сокращаться. При снижении концентрации АТФ в
мышце ниже 2 мм на 1 кг сырого веса ткани перестает действовать
"кальциевый насос" в пузырьках SR, и мышца теряет способность
расслабляться. Запасов АТФ обычно хватает на 3-4 одиночных
сокращения максимальной силы. В то же время в процессе мышечной
работы не наблюдается значительного снижения концентрации АТФ,
т.к. одновременно с ее распадом наблюдается и ее восстановление в
процессе следующей реакции:
АДФ + Н3Р04 + 8 -10 ккал
> АТФ + Н20
Создание новых молекул АТФ из АДФ и фосфорной кислоты,
которые всегда имеются в мышечной клетке, с использованием
химической энергии, заключенной в молекулах энергетических
веществ (креатинфосфата, углеводов, липидов, белков), называется
ресинтез АТФ. Основным условием успешного выполнения
мышечной работы является равенство скорости реакций распада и
ресинтеза АТФ, которое далеко не всегда может иметь место.
Разность между количеством распавшихся и ресинтезируемых
молекул АТФ в единицу времени называется баланс АТФ. Он может иметь следующие значения:
- баланс АТФ отрицательный,
- баланс АТФ стремится к равновеликому,
- баланс АТФ относительно равновеликий.
Факторами, регулирующими баланс А Т Ф являются
интенсивность работы, обеспеченность организма кислородом,
14
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
активность ферментов, регулирующих катаболические процессы, и
наличие субстратов окисления.
Работа высокой интенсивности (скоростно-силовые нагрузки)
протекает в анаэробных условиях и требует расщепления большого
количества молекул АТФ в единицу времени. Запасы субстратов
(креатинфосфата и гликогена мышц), обеспечивающих энергией эту
работу в организме человека, невелики, а активность ферментов быстро
снижается из-за накопления агрессивных метаболитов (например,
молочной кислоты). Расходование молекул АТФ в единицу времени
при таком характере работы будет значительно преобладать над их
ресинтезом, поэтому будет складываться отрицательный баланс АТФ.
Работа невысокой интенсивности
(аэробные нагрузки)
происходит в условиях достаточного обеспечения организма
кислородом. Запасы субстратов окисления (гликогена, липидов и
частично белков) достаточны для выполнение мышечной работы в
течение нескольких часов. Образующиеся метаболиты (углекислый
газ, вода, мочевина) не оказывают негативного воздействия на
активность ферментов. Количество молекул АТФ, израсходованных
и ресинтезируемых в единицу времени, будет примерно, одинаковым.
Баланс АТФ в этом случае стремится к равновеликому.
В состоянии покоя, а также при полном восстановлении после
мышечной работы, когда организм человека полностью обеспечен
кислородом, баланс АТФ можно характеризовать как относительно
равновеликий.
Выделение энергии из молекул энергетических веществ обеспечивают катаболические реакции, которые могут протекать как с
участием кислорода, так и без него. В связи с этим организм человека
в зависимости от особенностей мышечной работы может использовать для ее энергообеспечения как аэробные, так и анаэробные
пути ресинтеза АТФ. В скелетных мышцах человека в анаэробных
условиях выявлены три пути ресинтеза АТФ:
- креатинфосфокинезный (алактатный),
- гликолитический (лактатный),
- миокиназный (аварийный).
В аэробных условиях ресинтез А Т Ф происходит в реакции
окислительного фосфорелирования, или иначе эту реакцию называют
"тканевое дыхание".
Для количественной оценки процессов энергообразования
используются следующие основные критерии: мощность, емкость,
подвижность и эффективность (табл. 1)
Мощность отражает скорость освобождения энергии в метаболических процессах. Мощность - количество энергии, выделенное за
единицу времени (кДж/кг/мин).
15
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Метаболическая емкость отражает размеры доступных для использования субстратных фондов или общий объем метаболических
изменений в организме, происшедших за время выполнения упражнений.
Метаболическую емкость можно охарактеризовать "временем", в
течение которого обеспечивается ресинтез АТФ за счет данной реакции.
Подвижность отражает максимальную степень высвобождения
энергии в метаболических процессах при мышечной деятельности.
Подвижность - это время достижения максимальной активности, т.е
скорость, с к о т о р о й процесс меняет свою интенсивность при
изменении характера работы.
Эффективность определяет, в какой степени высвобождаемая в
метаболических процессах энергия используется для выполнения
специфической мышечной работы. Эффективность - это отношение
количества энергии, затраченной на выполнение работы, к общему
количеству освободившейся энергии и выражается в процентах (%).
Таблица 1
Показатели, характеризующие пути ресинтеза АТФ в организме
нетренированного человека зрелого возраста (20 - 35 лет)
Пути ресинтеза
Креатинфосфокиназный путь
Гликолиз
Дыхательное
фосфорилирование
Мощность,
ккал/кг мин
900
Метаболия, емкость
6-8 сек
Подвижность
2 сек
Эффективность,
%
70-80
750
300 - 400
40 сек
практич. неограничена
10-20 сек
3-5 мин
4
>50
Далее последовательно рассмотрим названные выше пути
ресинтеза АТФ.
Креатинфосфокиназный (алактатный) механизм - первый и самый
подвижный путь ресинтеза АТФ. Он развивается за 2 сек от начала
работы и протекает по схеме:
Креатин ~ фосфат + АДФ
А ТФ + креатин.
АТФ и креатинфосфат расположены в мышечном волокне недалеко
друг от друга и вблизи от сократительных элементов мышечного
волокна. Креатинфосфат связан с актином и мембранами SR. С
актином связан и фермент, регулирующий данную реакцию креатинфосфокиназа, который чувствителен к изменениям рН среды.
Максимум активности он проявляет при слабощелочной среде и
угнетается в кислой; активируется ионами Са2+ и креатином, последнее
особенно важно, т.к. предупреждает падение скорости реакции по ходу
работы. Наивысшей скорости креатинфосфокиназная реакция
16
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
достигает уже через 2 секунды после начала работы. Пусковым
сигналом является повышение концентрации АДФ в клетке.
Этот путь ресинтеза АТФ максимально эффективен, т.к. до 80%
выделенной энергии может быть использовано на выполнение
мышечной работы. Однако запасы креатинфосфата в мышцах невелики
(примерно 15 мм/кг сырой ткани мышц или около 0, 75%) и их хватает у
нетренированного человека на 10-15 сек работы. Замечено, что с
помощью скоростных упражнений можно увеличить количество
креатинфосфата в мышцах, примерно в 1,5-2,0 раза от исходного.
Креатинфосфокиназная реакция - биохимическая основа
локальной мышечной выносливости, она играет ведущую роль в
энергообеспечении кратковременных упражнений максимальной
мощности, а также при переходе от состояния покоя к работе.
Необходимо отметить, что креатинфосфат при скоростносиловых нагрузках обеспечивает креатинкиназный ресинтез АТФ в
саркоплазме мышечной клетки, а при выполнении работы умеренной
мощности является переносчиком богатых энергией фосфатных групп
из митохондрий к миофибриллам. Ресинтез АТФ из креатинфосфата реакция обратимая, обратный ее ход наблюдается в аэробных
условиях при достаточно высоком содержании АТФ в мышце. Это
происходит в период отдыха, а также, возможно при выполнении
длительной аэробной работы.
Анаэробное окисление углеводов, т.е. происходящее без участия кислорода окисление глюкозы (гликолиз) и гликогена мышц
(гликогенолиз). При этом образуется молочная кислота (лактат).
Метаболические пути этих процессов в основном совпадают, поэтому
для их характеристики чаще используются один термин - гликолиз,
протекающий по схеме:
С6Н120б-*2С3Н603
+ 2АТФ
глюкоза молочная кислота
Гликолиз представляет собой сложный метаболический цикл, включающий более десяти реакций. Большинство ферментов, катализирующих отдельные реакции гликолиза, локализованы на мембранах
SR или распределены в саркоплазме. В процессе гликолиза образуются
два макроэргических соединения 1,3- дифосфоглицериновая и
фосфоэнопировиноградная кислоты, которые вступают в реакцию с
АДФ, в результате чего образуются 4 молекулы АТФ (чистый
энергетический эффект меньше, всего 2 АТФ).
Максимальная мощность гликолиза составляет около 750 кДж/
кг мин, что в 2-3 раза выше мощности аэробного процесса. Наибольшей скорости гликолиз достигает уже на 20-30 сек после начала работы,
а к концу 1-й минуты работы становится у спортсменов высокой
квалификации основным путем ресинтеза АТФ. Метаболическая
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
емкость гликолиза определяется интервалом от 30 сек до 2-6 мин и
зависит от запасов внутримышечных углеводов и резервов буферных
систем, стабилизирующих значения внутриклеточного рН. Запасы
гликогена в мышцах невелики и составляют около 350 г. Молочная
кислота, которая при гликолизе быстро накапливается в мышцах,
вызывает резкое уменьшение внутриклеточных значений рН. Это
снижает активность ключевых ферментов гликолиза и приводит к
падению его скорости с увеличением продолжительности упражнения.
Накапливаясь в больших количествах, молочная кислота вызывает
ацидоз, который характеризуется значительными сдвигами рН во
внутриклеточной и других средах организма, резким угнетением
активности различных ферментов, изменением осмотического давления
в клетках работающих мышц. Накопление умеренного количества
молочной кислоты в организме провоцирует усиление тканевого дыхания,
так как активирует ферменты дыхательной цепи в митохондриях.
Гликолиз отличается относительно невысокой эффективностью,
так как не более 4% энергии, содержащейся в молекуле глюкозы,
используется для ресинтеза АТФ, большая же часть энергии остается
законсервированной в молекуле молочной кислоты.
Вместе с тем, гликолиз играет важную роль при напряженной
мышечной деятельности в условиях неадекватного снабжения тканей
кислородом: он служит биохимической основой скоростной
выносливости, является основным путем ресинтеза АТФ в упражнениях,
предельная продолжительность которых составляет от 30 до 2,5 мин
(бег на средние дистанции, плавание 100, 200 м, велогонки на треке и
т.п.). За счет гликолиза совершаются длительные ускорения по ходу
упражнений и на на финише дистанции.
Миокиназный путь ресинтеза АТФ. Миокиназная реакция происходит в мышцах при значительном увеличении концентрации АДФ в саркоплазме по схеме:.
Такая ситуация возникает при выраженном утомлении, когда
скорость процессов, принимающих участие в ресинтезе АТФ, не
уравновешивает скорости расщепления АТФ (аварийный путь). Часть
образующейся при миокиназной реакции АМФ может необратимо
дезаминироваться, переходя в инозиновую кислоту, и, таким образом,
выводится из сферы энергетического обмена. Это крайне невыгодно
для организма. Необходимо отметить, что увеличение концентрации
АМФ в саркоплазме оказывает активирующее влияние на ферменты
гликолиза.
Миокиназная реакция обратима при наличии достаточной
концентрации АТФ в клетке.
18
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Окислительное (дыхательное) фосфорилирование. Ресинтез АТФ
в аэробных условиях обеспечивает около 90% всей энергии,
производимой организмом человека. Субстратами окисления являются
гликоген печени, липиды, белки, а также недоокисленные вещества:
молочная кислота, кетоновые тела и др. Катаболизм этих веществ
происходит в митохондриях клеток под контролем окислительновосстановительных ферментов из класса оксидоредуктаз и с
обязательным участием кислорода. Ферменты располагаются на кристах
митохондрий и образуют каталитические ансамбли: цикл Кребса, цикл
р-окисления жирных карбоновых кислот, дыхательную цепь.
Так как субстраты реакций аэробного ресинтеза АТФ находятся
вне мышечных клеток, то подготовка к окислению начинается с их
мобилизации. При этом полимеры превращаются в мономеры
(гликоген печени - в глюкозу, липиды - в глицерин и жирные
карбоновые кислоты, белки - в аминокислоты). Мономеры током
крови заносятся в основном в красные мышечные волокна и печень.
Основным промежуточным продуктом окисления вышеназванных
субстратов является Ацетил-Коэнзим А. Он поступает в цикл Кребса,
где от него с помощью НАД- и ФАД- дегидрогеназ отщепляются
атомы водорода. В митохондирях возникает поток восстановленных
форм Н А Д - Н 2 И Ф А Д Н г Далее дегидрогиназы передают водород
по цепи дыхательных ферментов на кислород, что заканчивается
образованием молекулы воды. Перенос двух атомов водорода на
кислород с помощью НАД - дегидрогиназ приводит к синтезу 3, а с
помощью ФАД - дегидрогиназ-2 АТФ. Участие кислорода и
окислительно-восстановительных ферментов в реакциях аэробного
ресинтеза АТФ во много раз увеличивает их энергетическую
эффективность по сравнению с анаэробными процессами.
Рассмотрим схемы окисления отдельных субстратов.
Углеводы.
глюкоза
Как видно из схемы, молекула глюкозы при окислении в аэробных
условиях поставляет в организм энергии в 19 раз больше чем при гликолизе.
Липиды. В энергетическом обмене участвуют в основном
нейтральные жиры. При мобилизации молекулы жира образуется
одна молекула глицерина и три молекулы жирных карбоновых
кислот. Пути окисления продуктов мобилизации липидов различны.
Глицерин окисляется по углеводному типу:
глицерин
19
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Жирные карбоновые кислоты окисляются в цикле (3-окисления,
при этом образуется много энергии и воды. Например, окисление
молекулы пальмитиновой кислоты приводит к синтезу 130 молекул
АТФ и 146 молекул воды.
пальмитиновая
кислота
Примечание. С увеличением количества атомов углерода в молекуле
жирной кислоты выход энергии при ее окислении будет возрастать.
Окисление молекулы нейтрального жира приводит к ресинтезу более
400 молекул АТФ. Например, энергетический эффект полного окисления
трипальмитинового глицерида равны 412 АТФ (глицерин-22 АТФ +
пальмитиновая кислота-130 АТФ х 3)
Белки. В энергетическом обеспечении мышечной работы
умеренной мощности, продолжающейся более 40 мин, могут быть
использованы свободные аминокислоты и отдельные пептиды плазмы
крови, клеток печени и мышц. Перед окислением пептиды
подвергаются гидролизу, а образовавшиеся при этом аминокислоты
обязательно дезаминируются.
аминокислота + 02 — >
С02 + II20 + мочевина +18 - 20А ТФ.
Энергетический эффект от окисления одной молекулы
аминокислоты невелик и составляет 15-20 АТФ. Различные пептиды,
в зависимости от количества входящих в состав аминокислот, могут
образовывать при окислении от нескольких сотен до нескольких тысяч
молекул АТФ. Вклад белков в процессы аэробного ресинтеза невелик
и составляет, примерно, 6% от общей энергопродукции.
К преимуществам дыхательного ресинтеза АТФ следует отнести:
1. Достаточное количество и разнообразие субстратов окисления.
2. Конечные продукты ( Н 2 0 , С 0 2 , мочевина), которые не
изменяют рН внутренних сред организма.
3. Баланс АТФ, стремящийся к равновеликому.
В тоже время процессы окислительного фосфорилирования лимитируют ряд факторов. Назовем основные из них:
- доступность субстратов;
- обеспеченность организма кислородом;
- количество митохондрий в мышечных клетках и их состояние.
Например, недостаток АТФ или сдвиг рН в кислую сторону вызывает
набухание митохондрий и приводит к разобщению дыхания с
фосфорилированием;
- активность окислительно-восстановительных ферментов;
- недостаток в клетке АДФ и фосфорной кислоты, которые
являются исходными веществами для ресинтеза АТФ;
20
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- концентрация регуляторов процессов аэробного катаболизма
(гормоны, ферменты , медиаторы, ионы кальция и др).
Окислительное фосфорилирование подключается к энергообеспечиванию мышечной работы на 2-4 мин у не спортсменов и на первой
минуте от начала работы у спортсменов-стайеров.
Метаболическая емкость аэробного механизма практически безгранична и обеспечивает выполнение спортивных нагрузок в течение нескольких часов.
Мощность аэробной работы оценивается по величине максимального
потребления кислорода (МПК) и составляет у спортсменов в среднем,
5,5 - 6,0 л/мин (не спортсмены 2,5 - 3,5 л/мин). Максимальная мощность
аэробного окисления может поддерживаться до 15-30 мин. При
увеличении продолжительности упражнения она снижается.
Эффективность окислительного фосфорилирования составляет
более 50%.
Ресинтез АТФ в аэробных условиях является основным путем
энергообеспечения при длительной работе большой и умеренной
мощности (легкоатлетический бег на 5000, 10000, 25000, марафон,
велогонки на шоссе, плавание на 800, 1500 м, бег на коньках на 5000,
10000 м)
Окислительное фосфорилирование является биохимической основой
общей выносливости.
Механизмы ресинтеза АТФ включаются в строго определенной последовательности (рис. 1), которая зависит от мощности и продолжительности работы.
Рис. 1. Участие различных источников энергии в энергообеспечении мышечной
деятельности
По оси абсцисс - длительность работы; по оси ординат - доля в энергообеспечении: 1 - расщепление АТФ, 2 - распад КФ, 3 - гликолиз,
4 - аэробное окисление.
Как видно на рисунке, переход от состояния покоя к мышечной
работе вызывает быстрое расщепление и исчерпание запасенной в
21
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
мышцах АТФ. Далее в организме начинается реакция ресинтеза
АТФ, сначала в анаэробных (подключаются последовательно
алактатный и лактатный механизмы), а затем в аэробных условиях.
Пусковая фаза любой работы протекает в анаэробных условиях, а
затем в зависимости от особенностей работы (продолжительности,
интенсивности) на отдельных ее этапах может доминировать тот
или иной путь ресинтеза АТФ.
Например, при мышечной деятельности малой интенсивности и
большой длительности после кратковременной пусковой фазы
преобладающее значение получает дыхательный путь ресинтеза
АТФ. При такой работе возможны ускорения, тогда снова ее
энергообеспечению подключаются анаэробные пути ресинтеза.
В аэробных условиях работоспособность - это совокупность
функциональных свойств организма, связанных с поступлением и
утилизацией кислорода, т.е. возможность выполнять работу в условиях максимального потребления кислорода и удовлетворения кислородного запроса.
В анаэробных условиях работоспособность - это совокупность
функциональных свойств человека, позволяющих совершать работу
в условиях неадекватного снабжения организма кислородом.
Анаэробная работа выполняется в кратковременных упражнениях
максимальной мощности. Она зависит от возможностей
креатинкиназного и гликолитических путей ресинтеза АТФ, от
количества креатинфосфата и гликогена в мышцах, а также от
способности организма компенсировать изменения происходящие во
внутренней среде, прежде всего, от мощности буферных систем
организма.
Показателем анаэробной работоспособности является величина кислородного долга.
Относительную долю процессов аэробного реситеза АТФ в
энергетике различных упражнений легко установить с помощью
диаграммы, приведенной в табл. 2.
Как видно из таблицы, упражнения, в которых доля участия
алактатного и гликолитического анаэробных процессов составляет
более 60% от энергетического запроса, называют упражнениями
анаэробного характера. Длительные упражнения, где относительная
доля участия аэробного процесса в затратах энергии превышает70%,
называют упражнениями аэробного характера. К промежуточным
относят упражнения смешанного типа энергообеспечения, где
аэробные и анаэробные процессы имеют примерно равные значения.
22
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 2
Относительный вклад аэробного и анаэробного процессов
в общий энергетический баланс
в легкоатлетических беговых упражнениях
% аэробного
образования
энергии
%анаэробного
образования
энергии
Предельное
время упражнения, мин
Дистанция
бега, м
Вид работы
100
90
80
70
60
50
40
0
10
20
30
40
50
60
135,0
29,0
14,0
42 195
10000
5000
Аэробная
работа
8,0
4,0
2,5
3000
1500
1000
30
20
10
0
70
80
90
100
1,75
0,75
0,35
0,15
800
400
200
100
Смешанная
аэробноанаэробная
работа
Анаэробная
работа
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Как расщепляется АТФ при мышечном сокращении?
2. Что такое ресинтез АТФ?
3. Что такое баланс АТФ и от чего он зависит?
4. Назвать показатели, используемые для количественной оценки различных путей ресинтеза АТФ.
5. Что является субстратами для ресинтеза АТФ в анаэробных
условиях?
6. Значение креатинфосфокиназной реакции в энергообеспечении мышечной работы.
7. Значение гликолиза в обеспечении мышечной работы.
8. Что такое миокиназная реакция ресинтеза АТФ? Почему она
невыгодна для организма?
9. Что является субстратами для ресинтеза А Т Ф в аэробных
условиях?
10. Значение окислительного фосфорилирования в энергообеспечении
мышечной работы?
11. Какова последовательность включения реакции ресинтеза АТФ
при мышечной работе и чем эта последовательность определяется?
23
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Лекция 3. БИОХИМИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ
В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ
МЫШЕЧНОЙ РАБОТЫ РАЗЛИЧНОЙ МОЩНОСТИ
1. Факторы, определяющие характер изменений.
2. Показатели кислородной обеспеченности работы.
3. Соотношение различных путей ресинтеза А Т Ф и порядок
использования энергетических веществ.
4. Характеристика работы различной мощности.
Мышечная работа вызывает перестройку обменных процессов в
организме: доля анаболических реакций уменьшается, а катаболических
увеличивается. Изменяется нервно гуморальная регуляция метаболизма,
ведущая роль переходит к симпатоадреналовой системе. В результате
этого возрастает частота дыхательных движений и количество сердечных
сокращений в единицу времени, большая часть крови направляется в
мышцы, в которых раскрываются капилляры, не функционирующие в
покое. В кровяное русло поступают дополнительные порции крови из
кровяных депо, активно начинается мобилизация энергетических
веществ. Определяющими в формировании биохимических сдвигов в
организме являются интенсивность (мощность) и продолжительность
мышечной работы, которые выводят организм на соответствующий им
уровень потребления кислорода. Последний, в свою очередь, зависит еще
от ряда факторов:
- от количества мышц, участвующих в работе, и в этой связи ее делят
на локальную, региональную, и глобальную. При локальной работе
включаются менее 1Л мышечных групп (стрельба, удары по мячу на месте
и др.). В работающей мышце возникают биохимические изменения, но в
целом в организме они незначительны; при этом, чем меньше мышц
участвует в работе, тем более для них она анаэробная. Региональная
работа активизирует около 3/4 мышечных групп (например, отдельные
гимнастические упражнения) и вызывает более значительные изменения
в организме. В выполнении глобальной работы участвуют практически
все мышцы (бег, плавание, лыжные гонки, ходьба), и биохимические
изменения наиболее выражены. Хорошо просматривается такая
закономерность: чем глобальнее работа, тем она аэробнее;
- от характера работы, которая может быть статической, требующей
фиксации позы, что приводит к пережиманию кровеносных капилляров
и ухудшению снабжения мышцы кислородом и питательными
веществами, или динамической, при которой сокращение и расслабление
мышц чередуется, ткани лучше снабжаются кислородом;
24
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- от числа повторов упражнений или их серий.
- от интервалов отдыха между упражнениями или сериями.
Уменьшающиеся интервалы делают работу более анаэробной, а
равномерные или увеличивающиеся - более аэробной.
Обеспеченность организма кислородом определяет последовательность и продолжительность различных путей ресинтеза АТФ,
которые, в свою очередь, вовлекают в энергообеспечение работы
различные энергетические вещества, формируют определенный спектр
метаболитов и баланс АТФ в организме. Метаболиты образуются
первоначально в мышцах, затем выделяются из них в кровь и разносятся
ею к различным органам, вызывая в них изменения. Метаболические
превращения в организме при мышечной работе идут с большой
интенсивностью, которая обеспечивается возросшей активностью
ферментов. Сказанное выше можно оформить в виде схемы (рис.1).
Рис. 1. Факторы, влияющие на характер биохимических изменений в организме
при мышечной работе
В покое количество потребляемого кислорода соответствует
потребности организма в нем. При переходе от покоя к выполнению
любой физической работы потребность в кислороде резко возрастает.
Например, ходьба с интенсивностью 4 км/час вызывает увеличение
потребления кислорода по сравнению с покоем в 4 раза, ходьба со
скоростью 8 км/час - в 10 раз, бег на короткие и средние дистанции 30-50
раз.
Однако возросшая потребность организма в кислороде не может
быть удовлетворена мгновенно и, главное, не всегда полностью по
нескольким причинам:
25
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1. Резервы кислорода в организме ограничены : 0,5-0,6 л его
связаны с миоглобином мышц, около 1,5 л находятся в соединении с
гемоглобином крови, около 0,3 л депонировано в легочных альвеолах и
примерно столько растворено в плазме крови. При напряженной
мышечной работе этих запасов хватает на несколько секунд.
2. Обогащенная кислородом в легких кровь, чтобы достигнуть
мышц, должна пройти У2 малого и 1А большого круга кровообращения,
на это необходимо несколько секунд.
3. Дыхательная и сердечно-сосудистая системы достигают своей
максимальной производительности только через 2-3 мин, следовательно,
в начале любой работы мышцы получают меньше кислорода, чем
требуется.
4. Производительность систем, обеспечивающих поглощение и
транспорт кислорода, может быть увеличена по сравнению с покоем
максимально только в 20 раз.
Сердце в покое перекачивает ежеминутно 5-6 л крови, содержащей
0,25-0,3 л кислорода. Во время работы минутный объем крови возрастает
до 30-40 л, а количество переносимого кислорода до 5-6 л/мин. Этот
уровень потребления кислорода получил название МПК (максимальное
потребление кислорода). У нетренированных лиц МПК составляет 2-3,5
л/мин (около 40 мл/кг/мин), у стайеров высокого класса может достигать
5-6 л/мин (80-90 мл/кг/мин).
Кислородная обеспеченность мышечной работы характеризуется
следующими показателями:
- кислородный запрос (0,-запрос) - количество кислорода,
необходимое для окисления всех метаболитов, образовавшихся при
данной работе в чисто аэробных условиях. Измеряется в л/мин;
- кислородное потребление (02-потребление) - количество кислорода
которое может потребить человек в покое или во время работы. В покое
0 2 -потребление зависит от генетических особенностей организма и
уровня тренированности. Определяется показателем относительной
жизненной емкости легких (ЖЕЛ). Во время работы 0,-потребление
описывается максимальным потреблением кислорода (МПК). Измерения
проводятся в л/мин (абсолютный) и в мл/кг/мин (относительный
показатель);
- кислородный дефицит (02-дефицит) формируется во время работы
и является разницей между кислородным запросом и кислородным
потреблением, 0 2 -запрос - 02-потребление = 0 2 -дефицит. Возникает он
в пусковой фазе работы, далее может оставаться примерно на одном
уровне, уменьшаться или увеличиваться. Измеряется в л/мин;
26
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- кислородный долг (0 2 -долг) - количество кислорода,
потребляемое после окончания работы сверх состояния покоя.
Измеряется в литрах или %.
В зависимости от интенсивности и продолжительности работы О запрос и 0 2 -потребление соотносятся следующим образом:
1. Кислородный запрос меньше или равен кислородному
потреблению. Это состояние наблюдается при выполнении
равномерной, не слишком интенсивной работы (ЧСС = 130-150 уд/
мин) и называется истинное устойчивое состояние метаболических
процессов. Работоспособность поддерживается в основном за счет
реакций окислительного фосфорилирования. По обеспечению
организма кислородом работа называется аэробной или может
продолжаться в течение нескольких часов.
2. Кислородный запрос больше кислородного потребления.
Формируется неустойчивое состояние метаболических процессов,
при котором возможны варианты, зависящие от интенсивности
мышечной работы:
а) при интенсивности мышечной работы, вызывающей ЧСС от 150
180 уд/мин, потребление кислорода может возрастать до конца работы
или достижения МПК и удерживаться на этом уровне 6-10 мин. Затем
нужно работу прекращать или снижать ее интенсивность. Это так
называемое «ложное» устойчивое состояние. Работоспособность
поддерживается как за счет аэробных реакций (окислительное
фосфорилирование), так и за счет анаэробных реакций (гликолиз).
Кислородное обеспечение такой работы характеризуется как смешанное
и в зависимости от интенсивности и продолжительности упражнения
т.е. может быть либо анаэробно-аэробное, либо аэробно-анаэробное.
Продолжительность работы составляет от 5 до 35 мин.
б) работу при пульсовом режиме более 180 уд/мин снабжают
энергией только анаэробные реакции (алактатный механизм и
анаэробный гликолиз). По обеспечению организма кислородом такая
работа характеризуется как анаэробная и продолжаться может до 5 мин.
Изучение динамики кислородного потребления с забором проб
«от вдоха к вдоху» показало, что при любых физических нагрузках
после небольшого предстартового увеличения потребления
кислорода, связанного с действием гормонов надпочечниковкатехоламинов, в начале работы имеет место задержка потребления
кислорода, называемая рабочим «лаг-периодом», длящимся 10-15 сек
при напряженной мышечной работе и несколько дольше при работе
невысокой интенсивности. Затем происходит быстрое нарастание
кислородного потребления.
27
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Кислородная обеспеченность работы определяет последовательность включения и преобладание различных путей ресинтеза
АТФ, первые 2-3 сек расщепляется только АТФ, затем начинается
ресинтез от 3 до 20 сек -преимущественно за счет креатинфосфата,
через 30-40 сек максимальной интенсивности достигает гликолиз, в
дальнейшем постепенно нарастает доля аэробного окисления.
Наконец, в «аварийных» ситуациях включается последний, самый
невыгодный для организма путь ресинтеза АТФ - миокиназный.
Для характеристики мощности выполняемой работы используются
следующие показатели:
- максимальная аэробная мощность (МАМ) - мощность работы на
уровне МПК. Измеряется в кгм/мин, м/с;
- порог анаэробного обмена (ПАНО) - мощность упражнения,
при которой впервые обнаруживается усиление анаэробных реакций.
У лиц, не занимающихся спортом, он составляет 45-50%, у
спортсменов - 60-75% от МАМ;
- мощность истощения составляет 60-85% от МАМ и характеризуется
полным развитием гликолиза;
- максимальная анаэробная мощность - мощность работы, при
которой предельных значений достигает образование энергии в
креатинфосфокиназной реакции.
Мощность и продолжительность работы связаны между собой
обратно пропорциональной зависимостью: чем выше интенсивность, тем
меньше продолжительность (рис.2). Эта зависимость была отмечена
А.В.Хиллом в конце 20-х годов прошлого столетия, а затем уточнена
и обоснована В.С.Фарфелем. Для анализа взаимосвязи интенсивности
и продолжительности мышечной работы удобно пользоваться
логарифмическим графиком, на котором откладываются десятичные
логарифмы изучаемых показателей.
На графике вычерчивается ломаная линия, четыре отрезка которой
называют зонами относительной мощности: максимальной,
субмаксимальной, большой и умеренной (табл.1). Наиболее четко
описанная закономерность прослеживается при работе циклического
характера.
28
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 2. Снижение средней скорости бега в зависимости от длины спортивной
дистанции
Зона максимальной мощности. Продолжительность работы 10-20 с,
интенсивность очень высокая и приводит к расходованию 4 ккал/с
(легкоатлетический бег со скоростью близкой к 10 м/с), кислородный
долг достигает 90-95% от кислородного запроса. Можно говорить,
что нагрузка выполняется на «одном дыхании». Состояние
метаболических процессов неустойчивое. Баланс А Т Ф резко
отрицательный. В энергообеспечении задействованы только
анаэробные механизмы: гидролиз АТФ, креатинфосфокиназная
реакция и частично гликолиз, который здесь также имеет место, но
максимально развиваться не успевает. Уровень молочной кислоты
по сравнению с покоем (1,0-2,5 мм/л или 0,1-0,25г/л) может увеличиться
до 10 мм/л (1,0-1,5г/л).
Физические нагрузки в этой зоне мощности кратковременны,
поэтому спектр биохимических сдвигов в организме спортсмена невелик.
В мышцах расщепляется АТФ, креатинфосфат, гликоген, накапливаются
неорганический фосфат (Фн), свободный креатин, АДФ, АМФ.
АДФ и АМФ практически не покидают клетку и оказывают в
основном, влияние на активность ферментов, катализирующих
различные реакции ресинтеза АТФ. Креатин выполняет несколько
функций:
- влияет (возбуждающе) на ДНК и, как следствие этого, стимулирует обмен белка, особенно в восстановительном периоде;
29
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
30
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- обладает щелочными свойствами и участвует в поддержании
постоянства активной среды в клетках;
- часть креатина теряет воду и превращается в креатинин, который
выходит из клетки и вместе с Фн оказывается в крови, моче;
- концентрации креатина, креатинина и фосфата неорганического в
крови являются информативными показателями при работе в зоне
максимальной мощности. Между расходованием креатинфосфата и
концентрацией Фн в крови существует прямопропорциональная
зависимость. Накопление креатина и АДФ активизируют тканевое
дыхание, что способствует ускорению процессов восстановления.
В крови может отмечаться также гипергликемия, связанная с
работой симпатоадреналовой системы, которая
вызывает
мобилизацию гликогена из печени. Глюкоза поступает в кровь, но не
успевает подключиться к энергообеспечению из-за кратковременности
работы. Основные причины утомления - исчерпание запасов
креатинфосфата и отрицательный баланс АТФ.
Зона субмаксимальной мощности. Продолжительность работы от 20
сек до 5 минут,интенсивность работы высокая и требует расхода 0,5-0,6
ккал/сек (легкоатлетический бег со скоростью 8 м/сек), кислородный долг
составляет 60-90%. Состояние метаболических процессов неустойчивое.
В энергообеспечении, в основном, задействованы анаэробные
механизмы, баланс АТФ отрицательный. Начальная фаза работы
обеспечивается за счет креатинфосфокиназной реакции, затем
подключается гликолиз, который в упражнениях субмаксимальной
интенсивности является ведущим, а к концу работы может подключиться
дыхательное фосфорилирование.
Работа в этой зоне мощности характеризуется глубокими биохимическими сдвигами в организме, т.к. во время анаэробного окисления
гликогена мышц образуется большое количество молочной кислоты. Ее
концентрация в крови может достигать предельных значений для данного
спортсмена. Так, у бегунов - мастеров спорта, после 400 м дистанции
было обнаружено в крови до 30-32 мм/л, а у спортсменов II-III разряда
до 23-25 мм/л.
Молочная кислота активно образуется в белых мышечных волокнах,
затем поступает в кровяное русло. При этом рН крови, который в покое
для артериальной крови составляет 7,4, а для венозной - 7,5, снижается
до 7,0-6,8. В организме спортсмена развивается ацидоз. Внутриклеточное
содержимое мышцы при этом несколько кислее крови. Накопление
молочной кислоты в организме вызывает целый ряд неблагоприятных
изменений в обмене веществ:
31
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- закисление внутренних сред организма, что снижает активность
всех ферментов (в том числе и миозиновой АТФ-азы), поэтому скорость
расщепления АТФ уменьшается;
- увеличение проницаемости оболочек клеток мышц и других тканей
для веществ белковой породы, в результате чего содержание белков в
мышцах уменьшается, а в моче появляется белок - низкомолекулярные
пептиды и отдельные аминокислоты, формирующие рабочую
протеинурию (концентрация белка достигает 1,5%);
- изменение осмотического давления в мышечных клетках, что
приводит к их набуханию, сдавливанию нервных окончаний на
сарколемме и направлению в ЦНС потока болевых импульсов;
- регидность мышц, участвующих в работе, обусловленную
нарушением иннервации и набуханием мышечных клеток.
Кроме вышесказанного,следует отметить, что содержание сахара
в крови значительно повышено и достигает 9-10 мм/л (до 2 г/л), а
концентрация жирных карбоновых кислот
практически не
изменяется. Это позволяет говорить о том, что главным источником
энергии при нагрузках субмаксимальной мощности являются
углеводы. Белки и жиры как энергетический материал не
используются. В их обмене из-за отрицательного баланса АТФ
преобладают катаболические реакции. В выдыхаемом спортсменом
воздухе после работы обнаруживается избыток углекислого газа,
который называют «неметаболический» излишек углекислоты (Excess С0 2 ), он характеризует работу бикарбонатной буферной
системы по устранению молочной кислоты. Основные причины
утомления: ацидоз, исчерпание запасов внутримышечных углеводов
и отрицательный баланс АТФ.
Зона большой мощности. Продолжительность работы от 5 до 35
минут, удельный расход энергии составляет около 0,4 ккал/сек
(легкоатлетический бег со скоростью 6,0 - 6,5 м/сек), кислородный долг
равен 60-20%.
Обеспечение организма спортсмена кислородом характеризуется как
смешанное: на долю окислительного фосфорилирования может
приходиться до 91-92%, а на долю гликолиза до 8-9%. Баланс АТФ
стремится к равновеликому. Источниками энергии являются углеводы
(гликоген мышц и печени) и липиды. О мобилизации последних
свидетельствует повышение в крови концентрации свободных жирных
кислот, глицерина и кетоновых тел, причем это повышение тем
выраженнее, чем длиннее дистанция. Таким образом, энергообеспечение
мышечной работы в зоне большой мощности можно характеризовать
как углеводно-липидное.
32
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Содержание молочной кислоты в начале работы увеличивается
до 10-15 мм/л, на дистанции может снижаться, т.к. создаются условия
для ее утилизации в присутствии кислорода. Ускорения на дистанции
усиливают анаэробные процессы и увеличивают концентрацию
молочной кислоты в крови.
Сахар в крови во время работы находится в пределах, близких к
физиологической норме (6,0-6,5 мм/л) или может незначительно
снижаться. Липиды и белки частично могут быть использованы в
энергообеспечении работы. Аминокислоты дезаминируются,
образующийся аммиак почти полностью устраняется, т.к. возможен
синтез мочевины. В моче отмечается небольшое количество белка (до
0,6%). Состояние метаболических процессов характеризуется как ложное
устойчивое. Главные причины утомления: высокое напряжение нервной
и гормональной систем, регулирующих мышечную работу, исчерпание
запасов гликогена, ацидоз, вызванный суммарным воздействием
молочной кислоты и кетоновых тел, нарушение гомеостаза (рН крови
снижается до 7,3).
Зона умеренной мощности. Продолжительность от 35-40 мин до
нескольких часов, удельный расход энергии составляет 0,3 ккал/сек
(легкоатлетический бег со скоростью 5,3-5,7 м/сек), кислородный долг
равен 20-30%.
Состояние метаболических процессов характеризуется как истинное
устойчивое состояние, которое наступает тем быстрее, чем ниже
интенсивность упражнения. Баланс АТФ стремится к равновеликому.
Ведущими в энергообеспечении работы являются аэробные
механизмы - дыхательное фосфорилирование. Источники образования
энергии: углеводы, липиды, белки. Анаэробные реакции имеют место
в пусковой фазе и ускорениях по ходу работы. Уровень молочной
кислоты в крови невысокий, и она может устраняться по ходу работы.
Содержание глюкозы в крови в начале работы повышается, а к концу
может снижаться (гипоглекимия), и в связи с этим в соревнованиях
на сверхдлинные дистанции применяется углеводное питание.
Энергообеспечение работы умеренной мощности характеризуется
как липидно-углеводное, но запасы гликогена печени являются
лимитирующим фактором. Поэтому по ходу выполнения работы
умеренной мощности наблюдается глюконеогенез - образование
глюкозы из веществ не углеводной природы (глицерина, отдельных
аминокислот).
Использование в качестве источника энергии липидов вызывает к
повышению в крови концентрации высших жирных кислот и кетоновых
тел. Активная реакция крови изменяется незначительно.
33
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Белки
расщепляются,
аминокислоты
подвергаются
окислительному дезаминированию, превращаясь в соответствующие
кетокислоты и аммиак. Кетокислоты окисляются до углекислого газа
и воды с образованием энергии в виде АТФ, а аммиак активно
включается в процессы образования мочевины. В крови и моче
концентрация мочевины повышается в несколько раз. Наблюдается
умеренная р а б о ч а я протеинурия, вызванная недостаточным
снабжением почек кислородом.
Характерной особенностью влияния длительных нагрузок на
организм является потеря с потом большого количества воды и солей,
что приводит к изменению осмотического давления в тканях, и этот факт
следует рассматривать как неблагоприятный.
Биохимические изменения, лимитирующие работоспособность в
условиях устойчивого состояния, выражаются в снижении активности
ферментов, набухании митохондрий, снижении запасов углеводов в
мышцах и печени, гипогликемии, ухудшении функций вегетативных и
угнетении гормональных систем. Отрицательное воздействие на
организм факторов, названных выше, усугубляется монотонностью
работы, приводящей к падению интереса к работе, депрессией,
усталостью, неадекватной степени утомления.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какие из факторов, определяющих характер биохимических
изменений при мышечной работе, являются наиболее важными?
2. Что такое кислородный запрос, кислородный дефицит, кислородный
долг? В каких единицах измеряются эти показатели?
3. Что такое истинное устойчивое состояние?
4. Дать характеристику вариантов неустойчивого состояния.
5. Что подразумевает понятие «зона относительной мощности»?
6. Какие зоны мощности используются для характеристики мышечной
работы по В.С.Фарфелю?
7. Назвать весь спектр используемых в каждой зоне мощности
энергетических веществ.
8. Назвать основные энергетические вещества, обеспечивающие работу'
в каждой зоне мощности.
9. Перечислить метаболиты, накапливающиеся в организме
спортсмена после работы различной мощности.
10. Назвать основные причины утомления, вызванные работой
различной мощности.
34
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Лекция 4. БИОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ УТОМЛЕНИЯ
И ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПРИ МЫШЕЧНОЙ РАБОТЕ
1. Понятие об утомлении и факторы, лимитирующие работоспособность при нагрузках различной относительной мощности.
2. Взаимосвязь процессов восстановления с характером предшествующей работы.
3. Изменения в организме в период восстановления после физических нагрузок.
Любая работа, выполняемая человеком, не может продолжаться
бесконечно, так как становится все труднее работать, хочется отдохнуть.
Субъективно такое состояние характеризуется термином «устал»,
объективно - как утомление. Усталость не всегда адекватна степени
утомления, оказывается, в стрессовых состояниях (радость, гнев, страх)
организм человека способен проявлять работоспособность, недоступную
в обычных условиях. Монотонная или непривычная работа быстро
вызывают усталость. Что же такое утомление? Физиологи труда
считают, что утомление - состояние организма, возникающее вследствие
длительной или напряженной деятельности и характеризующееся
снижением работоспособности. Это нормальное состояние, которое
сигнализирует о приближении неблагоприятных биохимических
сдвигов в организме и предотвращает их снижением интенсивности
работы. При выполнении длительной работы утомление развивается
медленно, при кратковременной напряженной работе - быстро. В
зависимости от вида работы механизмы утомления существенно
различаются, поэтому различают умственное утомление (умственная
работа), эмоциональное (психическая деятельность), сенсорное (работа
различных анализаторов) и физическое (мышечная работа). Далее речь
пойдет только о физическом утомлении, которое оказывается
неоднородно и зависит от количества мышц, участвующих в работе,
от вида и режима двигательной деятельности, от интенсивности и
продолжительности работы и других особенностей. По количеству
мышц, участвующих в работе, различают локальное (менее 1/3),
региональное (до 2/3) и глобальное (более 2/3) утомление. Первое
вызывает незначительное усиление дыхания и кровообращения,
второе и, особенно, третье приводят к значительному усилению
кровообращения и дыхания, кислородному дефициту, накоплению
широкого спектра метаболитов. Подавляющее количество упражнений
при занятиях физической культурой и спортом представляют собой
мышечную деятельность глобального характера.
35
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Внешне физическое утомление проявляется в снижении частоты
и силы мышечного сокращения, в нарушении координации движений.
Внутри организма наиболее важными биохимическими изменениями
являются:
- нарушение баланса АТФ;
- истощение энергетических запасов,
- изменения во внутренних средах,
- нарушение анаболических реакций,
- истощение ферментных и гормональных систем,
- потеря воды и минеральных веществ.
В XIX и XX веках было выдвинуто множество теорий, объясняющих
первопричину физического утомления, которые можно объединить в два
основных направления: гуморально-локалистическое и центральнонервное. Сторонники первого направления связывали утомление с
изменениями в самих работающих мышцах и в качестве первопричин
выдвигали: исчерпание источников энергии (теория истощения),
накопление молочной кислоты и сдвиг рН в кислую сторону (теория
засорения), формирование в организме дефицита кислорода (теория
удушения) и др. Сторонники второго направления усматривали
причину утомления исключительно в изменениях в соответствующих
нервных центрах, обеспечивающих выполнение данной работы. Так,
И.М.Сеченов еще в 1903 году писал: «Источник ощущения усталости
помещают обычно в работающие мышцы, я же помещаю его
исключительно в нервную систему». Эта теория имеет под собой
материальную основу, потому что эмоции, вызванные выстрелом
стартового пистолета, мышечной деятельностью, финишной лентой,
усиливают процессы возбуждения в нервных центрах и увеличивают
в них интенсивность обмена веществ. В результате этого в первую
очерёдь в клетках центральной нервной системы наблюдается
рассогласование процессов распада и ресинтеза АТФ, формируется
отрицательный баланс АТФ. Кроме того, изменяется метаболизм
глутаминовой кислоты, которая вместе с глюкозой обеспечивает
энергией клетки центральной нервной системы. Глутаминовая кислота
в период утомления превращается в у-аминомасляную кислоту
(ГАМК). Если работа была кратковременной, содержание ГАМК
заметно снижается, при длительной работе, напротив, заметно
повышается, что приводит к формированию процессов торможения в
нервных клетках и, как следствие этого, к выключению из работы
отдельных мышечных волокон, двигательных единиц и в итоге снижению
работоспособности. Возникшее торможение называют охранительным,
которое мы ощущаем как утомление. При этом поток энергии переключа36
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ется на пластические процессы. Накопившиеся в результате возбуждения АДФ и фосфорная кислоты раздражают тканевое дыхание, и возрастает генерирование АТФ. Это приводит к восстановлению баланса
АДФ/АТФ и возбудимости нервных клеток. Следовательно, при
охранительном торможении идут процессы восстановления биохимических соотношений, подготавливающих возможность нового возбуждения.
По мнению физиолога Л.Л.Васильева (1923), «утомление - и
следствие изменений, вызванных в организме интенсивной или
длительной мышечной деятельностью, и защитная реакция организма,
препятствующая переходу через грань функциональных и биохимических
нарушений, опасных для организма, угрожающих его существованию».
Многолетние исследования, проведенные в лаборатории
Н.Н.Яковлева, позволили выделить биохимические факторы,
лимитирующие работоспособность. К ним отнесены изменения в ЦНС,
скелетных мышцах и миокарде, во внутренних средах организма.
В клетках ЦНС при утомлении снижается концентрация АТФ,
креатинфосфата и гликогена, нарушается синтез ацетилхолина в
синаптических образованиях, замедляется скорость переработки
сигналов, поступающих от проприо- и хеморецепторов, в моторных
центрах развивается охранительное торможение, связанное с
накоплением ГАМК. Выше названные изменения нарушают
деятельность ЦНС по формированию двигательных импульсов и
передаче их к работающим мышцам.
В работающих мышцах при утомлении происходит исчерпание
энергетических веществ (креатинфосфата, гликогена), накапливаются
продукты распада (молочная кислота, кетоновые тела), отмечаются
резкие сдвиги рН, уменьшается активность ферментов (миозиновая АТФаза, ферменты цикла Кребса и дыхательной цепи), усиливается
катаболизм белков, сопровождающийся повышением уровня мочевины
в крови.
В организме в целом угнетается деятельность желез внутренней
секреции, приводящая к уменьшению выработки гормонов и нарушению
регуляции процессов обеспечения мышц энергией, и поддержания
деятельности систем легочного дыхания и кровообращения. В крови
повышается содержание продуктов мобилизации углеводов, липидов,
белков, а также возрастает концентрация метаболитов.
В большинстве случаев утомление рассматривается как комплексное явление, при котором причиной снижения работоспособности
может быть выход из строя какого-либо одного компонента в сложной
взаимосвязанной системе органов и функций, обеспечивающих
выполнение работы или нарушение взаимосвязи между ними. Вклад
37
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
отдельных факторов в формирование утомления зависит от
особенностей мышечной работы. Рассмотрим основные биохимические
изменения при утомлении, вызванном работой различной мощности.
Упражнения максимальной мощности через 6-10 сек вызывают
в клетках ЦНС охранительное торможение из-за отрицательного
баланса АТФ, а в мышцах уменьшают активность миозиновой АТФазы, концентрацию креатинфосфата и скорость креатинфосфокиназной
реакции. Особенно важную роль эти изменения играют в упражнениях,
связанных с проявлением скоростной выносливости. При повторном
выполнении подобных упражнений к вышеназванным причинам
присоединяются: усиление распада структурных белков и белковферментов; изменение гормональной деятельности и, в первую
очередь, мозгового слоя надпочечников, выделяющих адреналин.
Упражнения субмаксимальной мощности обеспечиваются энергией
за счет анаэробного гликолиза, приводящего к быстрому исчерпанию
запасов гликогена в мышцах и поставляющего в организм молочную
кислоту. За счет последней значительно снижается рН в мышцах, крови
и тканях различных органов. Значения рН при этом могут уменьшаться
в мышцах с 8,98 до 6,4, а в крови с 7,4 до 7,0-6,8. Молочная кислота
оказывает непосредственное влияние на сократительные белки, снижая
их сократительную способность, вызывает набухание мышечного
волокна и митохондрий, изменяет проницаемость сарколеммы.
Развивается ацидоз. В моче появляется белок, в митохондриях
происходит разобщение окисления с фосфорилированием, что затрудняет
энергетическое обеспечение организма. От хеморецепторов в ЦНС
поступает поток импульсов, провоцирующий охранительное
торможение. Наблюдается гипофункция эндокринной системы.
Упражнения большой мощности обеспечиваются энергией почти в
равной степени анаэробными и аэробными процессами. Поэтому
уменьшаются запасы гликогена в мышцах и печени, отмечается ацидоз,
но не такой глубокий, как при выполнении упражнений субмаксимальной
мощности. Снижается содержание структурных протеинов и белковферментов (вследствие усиления катаболизма белков), накапливаются
продукты белкового обмена (мочевина, мочевая кислота и др.)
Нарушается гомеостаз. Усиленное хеморецепторное влияние на ЦНС в
комплексе с перечисленными факторами приводит к формированию
утомления.
Упражнения умеренной мощности вызывают многообразные
изменения в организме, связанные с энергетическим, белковым и водносолевым обменом, гормональной деятельностью, с работой систем
поглощения и доставки кислорода к тканям. В течение 20-30 минут
38
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
работы запасы гликогена в печени уменьшаются, что в дальнейшем
приводит к гипогликемии, а так как глюкоза является основным
источником энергии для клеток мозга и некоторых других тканей,
работоспособность снижается. Избежать этого можно, предлагая
спортсменам напитки, содержащие, в частности, простые углеводы.
Активное использование липидов приводит к накоплению кетоновых
тел. Ацетоуксусная кислота является нормальным продуктом липидного
обмена и «охотно» используется мышцами и другими тканями как
источник энергии. Появление 3-оксимасляной кислоты и ацетона
указывает на нарушение липидного обмена. Кетонемия вызывает
ацидоз. Уменьшается содержание структурных белков, ферментов,
хромопротеидов (гемоглобина, миоглобина), нуклеопротеидов и др.
Значительно возрастают потери с потом воды и минеральных
веществ, уменьшается продукция гормонов. Изменяется работа
сердечно-сосудистой и дыхательной систем. Формируется глобальное
утомление.
Время наступления утомления можно отодвинуть рациональным
режимом тренировок, положительной эмоциональной окраской занятий.
Во время мышечной работы преобладают катаболические реакции,
направленные на ее энергетическое обеспечение, в периоде отдыха ведущее место принадлежит анаболическим процессам. Энергия
макроэргических связей АТФ используется теперь для обеспечения
различных биологических синтезов, направленных на восстановление
дорабочих биохимических соотношений.
Процессы восстановления имеют в основе принцип, открытый
В.А.Энгельгардом (1932). Он заключается в том, что «первичный процесс
расщепления всегда вызывает или усиливает реакцию, производящую
ресинтез». То есть особенности процессов восстановления полностью
предопределяются теми биохимическими изменениями, которые
происходят в мышцах и других органах и тканях во время работы.
Биохимические процессы в мышцах после завершения работы
напоминают то, что наблюдается в организме во время работы при
переходе к устойчивому состоянию: энергетический обмен приобретает
аэробный характер, в митохондриях наблюдается высокая степень
сопряжения дыхания с фосфорилированнем. Это создает условия для
повышенной продукции АТФ, которая обеспечивает пластический
обмен.
Отдельные химические вещества и функции организма
восстанавливаются в разное время, т.е. гетерохронно (табл.1).
39
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 1
Время, необходимое для завершения восстановления
различных биохимических процессов в период отдыха
после напряженной мышечной работы
Процесс
Время восстановления
Восстановление Ог- запасов в организме
Восстановление алактатных анаэробных
резервов в мышцах (АТФ + Кр ф)
Оплата алактатного О
Устранение молочной кислоты
Оплата лактатного Ог - долга
Ресинтез внутримышечных запасов
Восстановление запасов гликогена
в печени
Усиление индуктивного синтеза
ферментных и структурных белков
от 10 до 15 с
от 2 до 5 мин
отЗ до 5 мин
от 0,5 до 1,5 ч
от 0,5 до 1,5 ч
от 12 до 48 ч
от 12 до 48 ч
от 12 до 72 ч
Приведенные в таблице, данные свидетельствуют, что наибольшее
время организму требуется для восстановления белковых структур.
Биосинтез белков значительно усиливается, особенно после тяжелой
силовой работы, сопровождающейся их глубоким распадом.
Для ресинтеза энергетических веществ, распавшихся во время
работы, нужна не только энергия, но и вещества, которые служат
исходными субстратами в реакциях восстановления. Для ресинтеза
креатинфосфата и гликогена мышц используются внутренние фонды
организма (свободный креатин, молочная кислота и глюкоза,
образовавшаяся при глюконеогенезе), но для восстановления гликогена
печени, липидов и белков необходимо поступление питательных веществ
с пищей.
Если работа сопровождалась значительным потоотделением, то в
восстановительном периоде восполняются запасы воды и минеральных
солей. Источником последних являются продукты питания.
Возвращение к дорабочему уровню энергетических запасов и
пластических веществ происходит по типу «затухающей синусоиды»
(рис.1): в определенный момент отдыха происходит восстановление до
исходного уровня, затем наблюдается его превышение, далее следует
небольшое снижение, после чего повышение и снижение чередуются
40
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
с уменьшающейся амплитудой, пока не установится на дорабочем
уровне. Фаза, в которой химический и функциональный потенциалы
организма превышают дорабочий уровень, называется фазой
сверхвосстановления или суперкомпенсации.
Рис. 1 .Фазовый характер биохимических процессов при восстановлении после
мышечной работы
Как видно на рисунке, количество метаболитов энергетического
обмена в организме спортсмена нарастает до конца работы и является
причиной резкого снижения активности ферментов. По мере устранения
метаболитов активность ферментов повышается и даже превышает
значения, отмечаемые в начальной фазе работы.
Причины, вызывающие суперкомпенсацию, многообразны. Из них
выделим следующие:
1. Высокий уровень потребления кислорода, (связанный с ликвидацией
«кислородного долга»), обеспечивает аэробный ресинтез АТФ.
2. Повышенная скорость кровотока способствует активному
перераспределению веществ в организме, в частности, доставке
субстратов окисления и биосинтеза к тканям.
3. Высокая активность ферментов аэробного окисления, которая уже
с начала периода отдыха может быть выше, чем во время работы.
4. Повышенная секреция гормонов надпочечников, щитовидной,
поджелудочной и половых желез, которая мощно стимулирует
41
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
биосинтетические реакции. В частности, инсулин выступает как
индуктор образования гликоген-синтетазы; глюкокортикоиды
способствуют, с одной стороны, преобразованию ряда аминокислот в
глюкозу (глюконеогенез), а с другой - построению новых аминокислот
для синтеза функциональных белков; андрогены усиливают синтез
белков мышц, оказывая непосредственное влияние на генетический
аппарат клетки; тироксин стимулирует белковый синтез и мобилизацию
нейтрального жира с последующим окислением жирных карбоновых
кислот как основного источника энергии для процессов восстановления.
5. Обилие субстратов для биологических синтезов: используются
метаболиты (молочная кислота, кетоновые тела, Ацетил-КоА) и
питательные вещества, поступившие после работы в организм с пищей.
Длительность фазы суперкомпенсации связана с интенсивностью и
продолжительностью предшествовавшей работы. После очень мощной
кратковременной работы суперкомпенсация наступает быстро, но и
быстро проходит, после длительной - для ее появления нужен значительный
промежуток времени, но зато она сохраняется долго. Например, после
скоростно-силовых нагрузок суперкомпенсация креатинфосфата
наступает через 30-40 минут и сохраняется 4-6 часов, гликогена мышц через 3-4 часа и сохраняется 12 часов. После длительной работы умеренной
мощности суперкомпенсация гликогена наступает через 12 часов и
наблюдается 24-48 часов. Чрезмерное расходование энергетического
материала затрудняет процессы восстановления.
По характеру происходящих в организме биохимических и
физиологических процессов можно выделить:
1. «Текущее» восстановление, которое имеет место во время самой
работы. Заключается оно в частичном восполнении израсходованных
энергетических веществ (креатинфосфата и гликогена) за счет
перераспределения их в наиболее активно работающие органы;
поддержании гомеостаза, сохранении постоянства активной реакции
внутренней среды организма. Дорабочие биохимические и
физиологические показатели не достигаются, но обеспечивается
возможность продолжения работы без резких сдвигов. Причем
наблюдается такая зависимость: чем интенсивнее нагрузки, тем большее
несоответствие возникает между энергетическим запросом работы и
возможностями «текущего» восстановления.
2. «Срочное» восстановление начинается сразу после окончания
работы и продолжается до 1,5 часа. В это время происходит оплата 0 2 долга, прекращается избыточное выделение углекислого газа,
характеризующего работу бикарбонатной буферной системы по
устранению молочной кислоты, нормализуется активная реакция
42
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
внутренней среды организма. Последовательно в головном мозге,
сердечной и скелетных мышцах происходит ресинтез креатинфосфата
и гликогена. Для синтеза последнего активно используется молочная
кислота, накопившаяся при гликолизе во время работы. Частично
устраняется разобщение дыхания с фосфорилированием.
3. «Отставленное» восстановление распространяется на многие
часы отдыха после работы. Порой оно длится от 2-3 до 6-8 суток в
зависимости от характера мышечной деятельности. Суть
отставленного восстановления заключается в усилении процессов
пластического обмена, восстановлении ионного и эндокринного
равновесия. Израсходованные вещества не только восстанавливаются
до исходного уровня, но и превышают его. Суперкомпенсируется
гликоген в мышцах и печени, интенсивно синтезируются белки клеток
(после силовых упражнений - миофибриллярные, после длительных митохондриальные). После предельных нагрузок биосинтез белка
завершается на 7-8 сутки после работы, о чем свидетельствует
повышенный уровень мочевины в крови. Синтетические процессы
обеспечиваются энергией за счет мобилизации липидов из жировых
депо. Поэтому через 2-3 и более часов после работы концентрация
свободных жирных кислот и глицерина в крови продолжает нарастать,
причем скорость мобилизации липидов тем больше, чем меньше в крови
молочной кислоты и свободной глюкозы, которые стимулируют синтез,
а не расщепление жира. На стадии отставленного восстановления
может устанавливаться равновесие между скоростью мобилизации
нейтральных жиров из депо и скоростью биосинтеза различных
липидов в других органах.
Когда все процессы восстановления будут закончены, баланс
АТФ становится равновеликим.
Рассмотренные закономерности биохимической реституции в
период отдыха лежат в основе важного биологического свойства
организма - упражняемости, т.е. способности к повышению
функциональных возможностей под влиянием систематических
упражнений. Поэтому отдых - это продолжение тренировки.
Восстановительные процессы могут быть ускорены за счет
правильного режима тренировок, рационального питания,
витаминизации, приема фармакологических препаратов, использования
физиотерапевтических, педагогических и психологи-ческих средств.
Методы восстановления следует разнообразить, так как организм
спортсмена хорошо к ним адаптируется. В зависимости от характера
работы средства восстановления также меняются. Например, у
боксеров, фехтовальщиков, стрелков особое внимание нужно уделить
43
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
восстановлению нервной системы; у метателей, штангистов,
прыгунов - нервно-мышечного аппарата: у стайеров - дыхательной,
сердечно-сосудистой систем и обменных процессов.
При использовании средств восстановления применяется
контроль: функциональные пробы, ЭКГ, биохимические показатели,
записи в дневнике.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Дать определение состоянию организма, которое называется
«утомление».
2. Классификация утомления в зависимости от вида работы.
3. Признаки физического утомления.
4. Причины физического утомления.
5. Какие биохимические изменения происходят в ЦНС при утомлении?
6. Почему процессы торможения в клетках ДНС, возникающие при
выполнении мышечной работы, называются охранительными?
7. Назвать причины утомления при мышечной работе различной
мощности.
8. Какие педагогические приемы может использовать тренер для того,
чтобы отодвинуть наступление утомления при мышечной работе?
9. Существует ли взаимосвязь между процессами утомления и
восстановления?
10. Что такое суперкомпенсация и каковы основные причины ее
обуславливающие?
11. Пояснить термин «гетерохронность» процессов восстановления.
12. Понятие о текущем, срочном, отставленном восстановлении.
13. С помощью каких средств можно ускорить процессы
восстановления?
44
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Лекция 5. БИОХИМИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ
АДАПТАЦИИ ОРГАНИЗМА В ПРОЦЕССЕ СПОРТИВНОЙ
ТРЕНИРОВКИ И ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ КАЧЕСТВА
1. Спортивная тренировка, ее структура и биологические механизмы.
2. Основные физические качества и методы их воспитания.
Спортивная тренировка - педагогический процесс, в ходе которого
тренер использует свои умения и навыки для того, чтобы вызвать
активную адаптацию организма спортсмена к напряженной и
специфической мышечной деятельности все большей интенсивности и
длительности. С точки зрения биохимии адаптация представляет собой
совокупность процессов, обеспечивающих эффективную и экономичную
деятельность организма в условиях различных факторов среды с
сохранением относительного уровня гомеостаза. Под факторами
среды понимают и особенности методики тренировочного процесса.
В структуре отдельного тренировочного занятия выделяют
разминку, основную часть и заминку.
Разминка неоднородна и состоит из двух частей: разогревание и
настройка. Разогревание предусматривает выполнение упражнений
общего характера, направленных на повышение интенсивности
обмена веществ и продолжается до появления легкой испарины. Эта
часть разминки проходит в анаэробных условиях и приводит к
умеренному накоплению АДФ, креатина, неорганического фосфора,
молочной кислоты.
Кислые метаболиты вызывают разобщение дыхания с фосфорилированием, усиливают свободное окисление, энергия которого
рассеивается в виде тепла и разогревает организм. В результате этого
снижается вязкость цитоплазмы мышечных клеток, повышается
эластичность мышц и сила их сокращения, создаются условия для
активации аэробных путей ресинтеза АТФ, увеличивается интенсивность
обменных процессов, повышается возбудимость ЦНС.
Настройка включает специальные упражнения, которые активируют
нервные процессы и работу всех физиологических систем, отвечающих
за выполнение этой работы. Таким образом, настройка «освежает»
условно-рефлекторные связи, составляющие основу двигательного
навыка.
Иными словами, разминочные упражнения выполняют функции
«пусковой фазы работы», создают предпосылки для усиления
окислительных процессов во время отдыха между разминкой и
предстоящей физической нагрузкой. В итоге производительность
45
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
работы в основной части занятия повышается и сопровождается
меньшим расходом энергии.
Оптимальный интервал отдыха определяется временем,
достаточным для восстановления израсходованных во время разминки
макроэргов, но недостаточным для снижения активности аэробных
реакций, вызванных разминкой, и составляет от 3 до 15 минут. При
соблюдении этого интервала последующая мышечная работа приводит
к меньшему накоплению молочной кислоты в крови спортсмена.
В основной части тренировочного занятия используются различные
методы, направленные на исчерпание функциональных возможностей
организма и максимально приближенные к экстремальным
соревновательным условиям.
Заминка включает упражнения, которые активируют аэробные
процессы и способствуют нормализации кислотно-щелочного и
энергетического баланса организма, переключая его на анаболические
реакции в обмене веществ, т.е. ускоряют процессы восстановления.
Далее мы более подробно остановимся на основной части
тренировки. Адаптация биохимических механизмов организма человека
к воздействию физических нагрузок подчиняется общебиологическим
закономерностям и носит фазный характер. Во временном аспекте и по
особенностям изменений в обмене веществ ее делят на срочную и
долговременную. Под срочной адаптацией понимают ответную реакцию
организма на однократную нагрузку, которая реализуется на основе уже
готовых, т.е. ранее сформированных биохимических механизмов и
заключается, в основном, в изменении энергетического обмена и
связанных с ним функций вегетативного обслуживания. В частности,
усиливается расщепление энергетических веществ (АТФ, креатинфосфата, гликогена, жиров и липидов, структурных белков), тормозятся
биологические синтезы. Это приводит к накоплению продуктов обмена
(АДФ, креатина, пировиноградной, молочной, янтарной, жирных кислот,
кетоновых тел, С0 2 , аммиака, мочевины и других веществ), изменению
кислотно-щелочного и водно-солевого балансов, увеличению потребления
кислорода и т.д. Изменения в энергетическом обмене являются
следствием усиления регуляторных воздействий со стороны нервной и
эндокринной систем, повышения активности ферментов, В свою очередь,
метаболиты вносят определенную коррекцию в регуляцию биохимических
процессов, происходящих в различных тканях и органах. Если нагрузка
подобного характера не будет повторена, изменения, возникшие во время
ее выполнения и после окончания, исчезают полностью.
Долговременная адаптация наблюдается на более поздних фазах
восстановления после физических нагрузок и продолжается в течение
46
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
нескольких часов или суток. В это время происходит выведение
конечных продуктов обмена веществ, синтез израсходованных
углеводов, липидов и белков, их суперкомпенсация, восстановление
ионного и гормонального равновесия, создаются условия для
структурной и функциональной перестройки в организме.
Фазовому характеру процессов адаптации соответствуют три
разновидности тренировочного эффекта: срочный, отставленный и
кумулятивный.
Срочный тренировочный эффект определяется биохимическими
изменениями, происходящими во время выполнения работы и в
ближайшие 0,5-1 час после ее окончания, и выражается во время работы
в усилении катаболических реакций, более эффективном использовании
энергетических веществ, активном накоплении АДФ, свободного
креатина и молочной кислоты, а в период отдыха - в повышении
потребления кислорода, быстром устранении ацидоза, активном синтезе
креатинфосфата и др.
В срочном тренировочном эффекте проявляется воздействие на
организм отдельных средств и методов тренировки, среди которых
различают:
1. Нагрузки преимущественно «аэробного воздействия», выполняемые
в условиях истинного устойчивого состояния на фоне небольших
анаэробных сдвигов (ЧСС до 150 уд/мин, потребление кислорода
составляет 50% от МПК, молочная кислота повышается не более, чем в
2-3 раза, рН около 7,4).
2. Нагрузки «смешанного аэробно-анаэробного воздействия»,
интенсивность которых выше уровня ПАНО. В этом случае значительно
усиливаются аэробные и анаэробные процессы (ЧСС составляет от 150
до 180 уд/мин, потребление кислорода варьируется от 50 до 100% от
МПК, уровень молочной кислоты в крови возрастает в 5-10 раз, рН крови
снижается до 7,3-7,2, в моче появляется белок).
3. Нагрузки «анаэробно-гликолитического воздействия» (выше
критической мощности). При таких нагрузках наблюдаются наиболее
выраженные изменения в анаэробном обмене (ЧСС выше 180 уд/мин,
значительно возрастает дефицит кислорода в организме, молочная
кислота в крови повышается в 10-20 раз, рН снижается до 7,0-6,8,
содержание белка в моче достигает 1,5%). Такие сдвиги биохимических
процессов возможны лишь в организме тренированных спортсменов, для
людей нетренированных они несовместимы с жизнью.
4. Нагрузки «анаэробно-алактатного воздействия максимальной
мощности», выполняемые за счет креатинфосфокиназного механизма
ресинтеза АТФ. хотя вклад гликолитического фосфорилирования
47
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
может быть значительным (ЧСС достигает 190 уд/мин, относительные
величины кислородного долга очень велики, концентрация молочной
кислоты увеличивается до 5-10 мм/л, рН = 7,35-7,2).
5. Нагрузки «анаболитического воздействия». Эти упражнения
направлены на увеличение мышечной массы, их мощность составляет
60-70% от максимальной. При многократном повторении таких
упражнений происходит распад структурных белков, о чем
свидетельствует повышение в 5-6 раз количества мочевины в крови через
1,5-2 часа после работы. В период отдыха белки активно
суперкомпенсируются.
Отставленный тренировочный эффект возникает на базе
долговременной адаптации и является суммой результатов срочной
адаптации при многократном повторении физических нагрузок и
вызывает структурные и функциональные изменения. В частности, в
организме спортсмена увеличивается энергетический потенциал,
совершенствуется нервная и гуморальная регуляция обмена веществ,
увеличивается количество и активность ферментов, повышается
способность к поддержанию гомеостаза, активируется синтез
нуклеиновых кислот, происходит накопление сократительных,
соединительно-тканных, митохондриальных и других белков. Эти
изменения приводят к повышению функциональных возможностей
организма, к возрастанию мышечной силы и быстроты, а также
способности к продолжительному поддержанию нужной мощности
физических упражнений, т.е. к развитию выносливости.
Кумулятивный тренировочный эффект (накопительный) является
результатом последовательного суммирования большого числа срочных
и отставленных эффектов и выражается в приросте показателей
работоспособности и улучшении спортивных достижений.
Основу формирования адаптационных сдвигов в процессе
тренировки организма составляют следующие биологические
закономерности:
- принцип сверхотягощения;
- обратимость действия физической нагрузки;
- специфичность адаптации;
- последовательность биохимических изменений;
- цикличность адаптационных сдвигов.
Основой принципа сверхотягощения являются физические упражнения,
достигающие стрессового уровня и вызывающие в организме
генерализованную реакцию мобилизации, облегчающую возникновение
необходимых адаптационных изменений в тренируемых функциях. Такая
нагрузка находится в пределах 50-60% от индивидуальной величины
48
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
МПК, т.е. превышает порог анаэробного обмена. В этом случае в системах
и органах, отвечающих за мышечную работу, создаются необходимые
условия для усиления синтеза нуклеиновых кислот и белков, что приводит
к структурным и функциональным перестройкам в организме.
Положительный тренировочный эффект может быть достигнут только
при непрерывном повышении нагрузки за счет увеличения длительности
или интенсивности упражнений, числа повторений, проведения
следующей тренировки на фоне неполного восстановления с целью
получить более мощную суперкомпенсацию. Причем с увеличением силы
раздражителя (нагрузка выше предельного уровня) ответная реакция
организма снижается и возникает срыв адаптации (перетренировка).
Последняя возникает при длительном перенапряжении и приводит,
прежде всего, к нарушениям в азотистом обмене. Это проявляется в
преобладании реакции расщепления белков над их биосинтезом, о чем
свидетельствует высокий уровень мочевины и билирубина
(накапливается при распаде эритроцитов) в крови. В мышцах
уменьшается количество сократительных белков, белков - ферментов,
глутамина, витамина С, гликогена; в крови - количество эритроцитов.
В энергетическом обмене, в первую очередь, страдают аэробные
пути ресинтеза АТФ, и поэтому даже в покое доля гликолиза
увеличивается. Далее снижаются возможности анаэробных путей
ресинтеза АТФ, и среди них нарастает вклад миокиназной реакции.
Организм работает неэкономно, теряет вес, снижается сила и
выносливость. Повышается выделение гормонов с мочой.
Основу перетренировки все же составляют нарушения в деятельности
ЦНС, которые, постепенно увеличиваясь, вызывают апатию,
нежелание тренироваться.
Обратимость адаптации отчетливо проявляется на примере
биохимических сдвигов в период срочного и отставленного
восстановления. Процессы восстановления в организме после
однократной нагрузки проходят через фазу суперкомпенсации и
возвращаются к дорабочему уровню. Для достижения положительного
тренировочного эффекта необходимо, чтобы повторная нагрузка
совпала с этой фазой (рис. 1 а). В этом случае период отдыха позволяет
ликвидировать утомление, но сохраняет изменения, вызванные
работой, что приводит к постепенному, но неуклонному повышению
функциональных возможностей организма. Если повторную работу
начинать в фазе неполного восстановления (рис. 16), то будет
прогрессировать истощение и снижение функциональных
возможностей организма, а в случае повторной работы после угасания
фазы суперкомпенсации (рис. 1в) - функциональные возможности
спортсмена не угасают, но и не повышаются.
49
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 1. Суммирование тренировочных эффектов при повторном выполнении
нагрузок через различные интервалы отдыха
Рассмотренная закономерность получила название принцип
правильного соотношения работы и отдыха. Следует отметить, что это
приложимо, в основном, к большим циклам тренировки, формирующим
отставленный тренировочный эффект. В пределах отдельных
тренировочных занятий и микроциклов это правило не является
обязательным: в этих условиях главная задача заключается в том, чтобы
полнее загрузить доминирующую функцию и этим стимулировать
дальнейшее развертывание адаптационных изменений в организме для
достижения более выраженной фазы суперкомпенсации (рис. 2).
50
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 2. Один из в а р и а н т о в правильного чередования р а б о т ы и отдыха,
вызывающий положительный тренировочный эффект
Таким образом, в каждом микроцикле повторное занятие
проводится на фоне неполного восстановления, что приводит к
выраженному понижению показателей ведущей функции. Однако
достаточный период отдыха между отдельными микроциклами и
рациональная организация процессов восстановления приводят к тому,
что с каждым микроциклом наблюдается увеличение тренировочного
эффекта.
Адаптационные изменения в организме обратимы и наглядно
проявляются на примере кумулятивного тренировочного эффекта.
Количественные и качественные изменения в обмене веществ
регистрируются через 4-8 недель систематической тренировки, и для
отдельных биоэнергетических систем формирования и угасание
адаптаций выглядят следующим образом: сначала возрастают возможности тканевого дыхания за счет увеличения МПК и запасов гликогена
в организме, затем последовательно увеличиваются количество сократительных
белков, АТФ-азная активность миозина, интенсивность гликолиза и
содержание креатинфосфата в мышцах. После прекращения занятий
51
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
адаптационные изменения угасают в обратной последовательности.
Принцип обратимости адаптационных изменений заключается в том,
что биохимические изменения, вызванные тренировкой, проходящие
и ликвидируются, если тренировка прекращается. Возникает
состояние для данных функций, которое называют растренировка.
Обратимость адаптации - биологическое приспособление,
сформированное в процессе эволюции и позволяющее «стирать»
изменения, вызванные тренировочной нагрузкой и высвобождать
ресурсы организма для формирования новых адаптаций.
Специфичность адаптации проявляется в том, что наиболее активно
изменения происходят в системах и органах, на которые падает основная
физическая нагрузка. Адаптационные сдвиги зависят от характера
мышечной работы. Так, скоростно-силовые упражнения вызывают
изменения в белых мышечных волокнах (увеличивается количество
сократительных белков и саркоплазматического ретикулума,
креатинфосфата, повышается производительность анаэробных путей
рерсинтеза АТФ), возрастает буферная емкость тканей и возможность
организма противостоять ацидозу. Рост тренированности
сопровождается увеличением кислородного долга при выполнении
соревновательных нагрузок.
Длительная работа в аэробных условиях приводит к значительным
изменениям в красных мышечных волокнах (увеличивается количество
белков саркоплазмы, митохондрий, миоглобина, увеличивается
производительность аэробных путей ресинтеза АТФ), легких, сердца,
печени, крови, эндокринных желез. Рост тренированности
сопровождается снижением величины кислородного долга при
выполнении соревновательных нагрузок. Специфичность адаптации
подтверждена в опытах на животных (табл.1).
Как видно из таблицы, упражнения на выносливость почти не
увеличивают мышечную массу и совсем не изменяют толщину
мышечного волокна. То же можно сказать и о мышечных белках:
существенно возрастает лишь суммарное количество белков
саркоплазмы и миоглобина. Зато значительно увеличивается число
митохондрий, их площадь и интенсивность тканевого дыхания, что
обеспечивает рост производительности аэробных путей ресинтеза
АТФ.
52
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 1
Изменения в мышечных волокнах под влиянием различных видов
тренировки (% от уровня у нетренированных животных)
Упражнения
Параметр
1. Относительная масса мышц,
% от массы тела
2. Толшина мышечных волокн
3. Число митохондрий в единице площади
4. Площадь митохондрий в единице
поперечного сечения
5. Белки:
саркоплазматического ретикулума
миофибрилл
миозин
миостромины
миоглобин
6. АТФ
7. Креатинфосфат
8. Гликоген
9. Миозиновая АТФ-аза
10. Поглощение Ca i+ ретикулумом
11. Креатинкиназа
12. Фосфорилаза
13. Ферменты:
гликолиза
аэробного окисления
14. Интенсивность (максимальная):
гликолиза
тканевого дыхания
15. Генерирование АТФ в дыхательной
цепи на единицу массы мышцы
На выносливость
9
Скоростные
Силовые
32
39
0
60
24
30
30
55
35
5
7
0
0
40
0
12
80
3
0
10
23
54
63
18
7
58
0
58
70
18
15
20
40
0-9
59-230
25-30
50-100
10
53
85
56
45
60
-
-
60
68
59
34
53
0
25
38
55
25
-
20
-
28
20
Скоростные упражнения существенно увеличивают массу мышц и
толщину их волокон за счет повышения содержания белков миофибрилл,
саркоплазмы и миоглобина. Происходит увеличение числа
митохондрий и их площади, но в меньшей степени, чем под влиянием
тренировки упражнениями на выносливость. Возрастает возможность
окисления в митохондриях пировиноградной, янтарной и аскорбиновой
кислот, а способность окислять глицерин не изменяется. Отмечается
увеличение активности миозиновой АТФ-азы, катализирующей расщепление АТФ, поглощение ионов кальция саркоплазматическим ретикулумом,
что, наряду с повышением содержания сократительных белков, создает
оптимальные условия для быстрого сокращения и расслабления мышечных
53
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
волокон. Значительно повышаются возможности анаэробного ресинтеза
АТФ (за счет накопления креатинфосфата и гликогена, активности
креатинкиназы, фосфорилазы и ферментов гликолиза).
Изменения, вызываемые тренировкой силовыми упражнениями,
близки по характеру изменениям, происходящим в мышцах под влиянием
скоростных упражнений, различия между ними в основном количественные. Под влиянием силовых нагрузок еше в большей степени увеличивается толщина мышечных волокон и масса мышц, выше суммарное
содержание белков миофибрилл, миозина и, особенно, миостроминов,
обеспечивающих наиболее быстрое и полное расслабление мышц.
Однако систематические физические упражнения вызывают
биохимические изменения не только в скелетных мышцах, но и в других
органах: в сердечной мышце (миокарде), в печени, в головном мозге и
т.д. Изменения эти проявляются прежде всего в повышении активности
ферментов, в увеличении содержания гликогена в печени. Благодаря
этим изменениям тренированный человек может выполнить больший
объем работы с большей интенсивностью и с меньшими нарушениями
гомеостаза. В тренированном организме более экономично расходуются
энергетические вещества, медленнее нарастает утомление.
Последовательность адаптационных изменений подчиняется
принципу гетерохронности биохимических процессов, возникающих при
тренировке в организме спортсмена. Срочный тренировочный эффект,
в первую очередь, приводит к изменениям со стороны алактатной,
анаэробной систем, затем - анаэробного гликолиза, и в последнюю
очередь - со стороны процессов окислительного фосфорилирования.
Поэтому после нагрузки, в первую очередь, будет суперкомпенсироваться
креатинфосфат в мышцах, затем гликоген, липиды и белки. Кумулятивный тренировочный эффект сопровождается стойким повышением
энергетического потенциала организма, затем последовательно увеличивается
мощность, емкость и энергетическая эффективность реакций ресинтеза АТФ.
Наименьшие темпы прироста и более длительные сроки адаптации
отмечены для показателей максимального накопления молочной
кислоты и значений ПАНО.
Принцип цикличности основан на фазном характере адаптационных
изменений. В большинстве видов спорта уровень спортивных достижений
определяется несколькими факторами, т.е. несколькими ведущими
функциями. Тренировочные нагрузки, формирующие эти функции в
процессе спортивной тренировки, могут суммироваться, а могут
обнаруживать и отрицательное взаимодействие. В этой связи в отдельное
тренировочное занятие нужно включать нагрузки одного и того же
характера. Проработать все ведущие функции можно только в том случае,
если тренировочные занятия различной направленности объединить в
54
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
единый цикл и чередовать их в такой последовательности, чтобы
срочные тренировочные эффекты отдельного занятия не оказывали
отрицательного воздействия на отставленный тренировочный эффект
предыдущей нагрузки.
Цикличность адаптационных изменений послужила поводом для
выделения в структуре спортивной тренировки микро-, мезо- и макроциклов.
Последовательная смена биохимических изменений в определенные
циклы спортивной тренировки обеспечивает непрерывное повышение
физической работоспособности с постепенным приближением к индивидуальному пределу у данного спортсмена.
Адаптационные изменения в организме спортсмена, формирующиеся в ходе тренировочного процесса, организованного с учетом
биологических закономерностей спортивной тренировки, повышают
способность к выполнению специфических локомоций. Характер и
степень этих изменений зависят как от методики организации
тренировочных занятий, так и от генетических особенностей организма
спортсмена. В результате взаимодействий умений и навыков педагогатренера и возможностей организма спортсмена совершенствуются
различные физические качества. Рассмотрим основные из них.
Быстрота - способность выполнять максимальное количество
движений в единицу времени. Она зависит от быстроты реакции на
местный раздражитель, от скорости передачи нервного импульса,
быстроты сокращения и расслабления мышц, от скорости мобилизации
химической энергии и трансформации ее в мышечную работу.
Перечисленные факторы мало тренируемы и определяются, прежде
всего, индивидуальными особенностями организма спортсмена. С
точки зрения биохимии, быстрота зависит от количества белых
волокон в мышцах, от АТФ-азной активности миозина, от активности
ферментов, регулирующих анаэробные реакции энергетического
обмена, количества креатинфосфата и гликогена в них. Скоростные
упражнения обеспечиваются энергией только за счет реакций
анаэробного ресинтеза АТФ: креатинфосфокиназного и анаэробного
гликолиза, причем первый путь является ведущим.
При воспитании быстроты, как правило, стоят следующие задачи:
1. Повышение функциональных возможностей креатинфосфокиназного механизма ресинтеза АТФ, что реализуется выполнением при
мышечной работе максимальной интенсивности, продолжительностью
до 10 сек с интервалами отдыха между упражнениями в 1-3 мин и
количеством повторов от 6 до 7. Серии таких упражнений повторяются
10-12 раз с интервалами между ними 6-8 мин. Такая организация
тренировочного занятия приводит к исчерпанию креатинфосфата в
организме во время работы, к восстановлению значительной части
55
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
его в периоды отдыха между упражнениями и их сериями и эффективной суперкомпенсации в период срочного восстановления.
Примерами упражнений, направленных на увеличение количества
креатинфосфата, могут быть: проплывание отрезков по 12,5 м, бег на
60 м, 5-6 секундный бег в гору с определенной мощностью и т.д.
2. Совершенствование гликолитического механизма энергообеспечения. Наивысшая интенсивность гликолиза достигается на 20-40 сек,
а наибольшие изменения обнаруживаются к 1-2 мин при выполнении
мышечной р а б о т ы , составляющей 90-95% от максимальной.
Продолжительность такого упражнения при однократной работе
составляет от 0,5 до 3 мин. Эффективным методом совершенствования
гликолитических возможностей является повторное выполнение
упражнений продолжительностью одна минута, четыре раза, с
сокращающимися интервалами отдыха, которые составляют 1-2-3 мин.
Количество серий составляет 3-6, интервалы отдыха между ними - 15-30
мин. Такой вид работы сопровождается глубокими биохимическими
изменениями в организме, т.к. формируется ацидоз. Поэтому в пределах
одной тренировки такая нагрузка в подготовительном периоде
рекомендуется один раз в четыре недели, а в соревновательном периоде один раз в одну-две недели.
Выполнение скоростных упражнений требует значительного расхода
энергии в единицу времени. В этой связи в организме спортсмена во время
работы наблюдаются следующие изменения в обмене веществ: доля
анаболических реакций сводится до минимума, доля катаболических
реакций значительно возрастает и увеличивается их интенсивность. Это
влечет за собой активный катаболизм белков во время работы и
усиленный их ресинтез в период отдыха. Причем не только увеличивается
количество сократительных белков в тех группах мышц, которые
отвечали за выполнение нагрузки, но и изменяется их качество. В
частности, в молекулах миозина увеличивается количество булавовидных
отростков (активные центры), что приводит к повышению АТФ-азной
активности миозина и скорости сокращения мышц.
После работы накапливаются недоокисленные продукты: АДФ,
свободная фосфорная кислота, креатин, молочная кислота, НАДН 2 ,
которые усиливают тканевое дыхание, т.е. создают предпосылки для совершенствования аэробных механизмов энергообеспечения мышечной работы.
Сила - величина напряжения мышц, способность преодолевать
внешнее сопротивление. Она зависит от количества белых мышечных
волокон в мышцах и от длины саркомеров в них, от количества и качества
сократительных белков и миостроминов, от способности саркоплазматического ретикулума освобождать и поглощать ионы Са, АТФ-азной
56
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
активности миозина, определяющей способность организма к быстрой
мобилизации химической энергии АТФ и трансформации ее в энергию
мышечного сокращения. Длина саркомера генетически обусловлена и
остается неизменной как в процессе индивидуального развития, так и
под влиянием спортивной тренировки. Остальные из перечисленных
факторов в той или иной степени тренируемы (табл. 1).
Силовые упражнения обеспечиваются энергией за счет
анаэробных реакций ресинтеза АТФ: креатинфосфокиназного и
анаэробного гликолиза.
Для развития двигательного качества силы используются два
основных приема: метод максимальных усилий и метод повторных
предельных упражнений.
Метод максимальных усилий направлен на увеличение максимальной
мышечной силы и АТФ-азной активности миозина. Для реализации
поставленной задачи используют упражнения соревновательного
характера или близкие к ним по структуре. Повторяют их не более 8-12
раз за тренировку с интервалами отдыха от 3 до 6 минут, что делает
возможным частичное восстановление креатинфосфата по ходу работы.
Несмотря на это, его количество в работающих мышцах значительно
снижается, что приводит к усилению гликолиза, накоплению молочной
кислоты, резкому падению рН внутри мышечной клетки. Такие изменения
приводят к угнетению активности миозиновой АТФ-азы и, как следствие
- к падению мощности выполняемого упражнения.
Метод повторных предельных упражнений направлен на усиление
синтеза сократительных белков и увеличение мышечной массы. В
основе метода лежат силовые напряжения, составляющие 2/3 (т.е.
70%) от максимально возможного, которые выполняются с большим
числом повторений, до отказа. Интервалы отдыха составляют от 10
до 30 сек, что недостаточно для восстановления креатинфосфата,
поэтому в процессе тренировочного занятия в мышцах значительно
исчерпываются алактатные анаэробные резервы, накапливается
свободный креатин, молочная кислота, как следствие - усиления
гликолиза, возникает локальная гипоксия, так как при напряжениях
составляющих более 50% от максимальной изометрической силы
кровоток через мышцу резко уменьшен.
Большой объем работы, выполняемой в условиях дефицита
макроэргов, приводит к разрушению мышечных белков и накоплению
продуктов их распада: аминокислот и низкомолекулярных пептидов.
Молочная кислота изменяет осмотическое давление в мышечных
клетках, в результате чего, к ним увеличивается приток межклеточной
жидкости, богатой питательными веществами.
57
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В период отдыха после тренировки, когда восстанавливается
снабжение тканей кислородом, свободный креатин, аминокислоты и
отдельные пептиды, накопленные во время работы, служат индукторами
белкового синтеза. Возникает активная суперкомпенсация мышечных
белков, значительно возрастает объем мышц, повышается количество
и изменяется качество миостроминов. Последние увеличивают
возможность мышечной клетки к активному расслаблению.
Рациональное сочетание обоих методов в процессе тренировки
обеспечивает совершенствование анаэробных путей ресинтеза АТФ, что
создает предпосылки для развития быстроты, но практически не
оказывает воздействия на аэробные механизмы энергообеспечения
мышечной работы.
Выносливость - способность выполнять мышечную работу длительное время без снижения ее эффективности. Различают общую и специальную выносливость. Общая выносливость объединяет три компонента:
- алактатную (локальную) выносливость, зависящую от запасов
креатинфосфата и мощности, емкости и эффективности креатинфосфокиназного пути ресинтеза АТФ;
- лактатную (скоростную) выносливость, зависящую от количества
гликогена в мышцах, мощности, емкости и эффективности гликолиза,
возможности буферных систем активно нейтрализовать молочную
кислоту, от устойчивости ферментных и других систем к изменениям рН
внутренних сред организма;
- аэробную выносливость, которая зависит от общих запасов
энергетических веществ, возможности и устойчивости систем,
обеспечивающих поглощение кислорода и доставку его к тканям, от
мощности, емкости и эффективности окислительного фосфорилирования, от количества и качества митохондрий в работающих мышцах, а
также от количества и качества ферментов аэробного окисления в них
(ферменты цикла Кребса, дыхательной цепи и цикла р-окисления
жирных карбоновых кислот).
Конкретное проявление выносливости всегда носит специфический
характер и определяется источником используемой энергии.
Первые два компонента составляют основу специальной
выносливости (скоростной, силовой), биохимической основой которых
являются анаэробные процессы энергообеспечения.
В тренировке, направленной на развитие алактатного анаэробного
компонента, используют методы повторной и интервальной работы. В
первом случае выполняются упражнения продолжительностью 1015 сек, с интенсивностью 90-95% от максимальной мощности, паузы
отдыха между ними должны составлять 2,5-3 минуты, так как этого
58
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
времени достаточно для оплаты быстрой фракции кислородного
долга. Потребление кислорода достигает предельных величин к 5-6
повторению, а максимальная мощность снижается к 8-10 повторению.
Последнее свидетельствует о наступлении локального утомления.
При интервальной тренировке на коротких отрезках (интервальный
спринт) используются упражнения продолжительностью 5-10 сек, с
интервалами отдыха в три раза превышающими время работы. Эти
упражнения повторяют до 10 раз, объединяя их в 3-4 серии с отдыхом
между сериями в 3 минуты. Общее число повторений серии может
достигать 30-40, при этом доля участия в энергообеспечении данной
работы приходится на алактатные процессы до 85-90%, анаэробный
гликолиз - 8-10%, аэробные механизмы - 3-5%.
Для развития гликолитического анаэробного компонента
выносливости используют методы однократной предельной, повторной
и интервальной работы.
Однократным предельным усилиям соответствуют упражнения
продолжительностью от 30 сек до 2,5 мин.
Метод повторной тренировки предусматривает выполнение
упражнений гликолитической направленности, при этом время работы и
отдыха могут соотноситься как 1:1, 1:2, 1:4 или 1:6. количество повторов
регламентируется снижением запасов гликогена в мышцах, что определяется
достижением предельных величин ацидоза и составляет от 6 до 8 раз.
При интервальной работе продолжительность упражнений
составляет от 30 сек до 5 минут, причем продолжительность работы и
отдыха относятся как 1:2. Число повторений в этой серии составляет от
3 до 5, количество серий в этой тренировке от 2 до 5, с интервалами
отдыха между сериями 5-10 минут. Такая организация тренировки
позволяет достигать наибольшей скорости анаэробного гликолиза в
работающих мышцах и максимума накопления молочной кислоты в
крови (до 27-30 мм/л). При этом доля участия в энергообеспечении
алактатного механизма составляет 10-15%, анаэробного гликолиза - 6065%, аэробных механизмов - 20-30%.
Общая выносливость складывается из различных комбинаций всех
компонентов, но в большей степени зависит от аэробных возможностей
спортсмена.
В тренировке, направленной на развитие аэробного компонента
выносливости, используются следующие методы:
1. Метод однократной непрерывной работы. Время выполнения
упражнений не менее 30 мин. Интенсивность от умеренной до
максимальной, т.к. нужно обеспечить значительную интенсификацию
аэробных превращений в тканях. После периода врабатывания (3 мин.)
59
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
потребление кислорода устанавливается близким к индивидуальным
значениям МПК. Во время работы возникает значительное напряжение
кардиореспираторной системы, обеспечивающей доставку кислорода
к работающим мышцам, что выражается в непрерывном увеличении
легочной вентиляции (до 4 л/мин), ЧСС (до 170 уд/мин), изменении
кровяного давления (АДс увеличивается до 160-200 мм рт.ст., а АДд
устанавливается на уровне 40-60 мм рт.ст.). В связи с тем, что уровень
нагрузки выше порога анаэробного обмена, по ходу выполнения упражнения накапливается молочная кислота в крови (до 11-12 мм/л) и, соответственно, значительно возрастает (до 3,5-3,8 л/мин) количество
«неметаболического излишка» С0 2 . Квалифицированные спортсмены
способны выполнять непрерывную работу такого рода в течение 2,5-3 часов.
2. Метод повторной тренировки. Продолжительность одного
упражнения 3-6 мин., интенсивность - большая, энергообеспечение аэробно- анаэробное, количество повторов от 2 до 6 с постоянными
интервалами отдыха до 3 мин. Уровень потребления кислорода быстро
нарастает в начале упражнения до 5 л/мин, поддерживается на этом
уровне до конца упражнения и в период отдыха снижается до 1 л/мин.
Повторение таких серий заставляет организм постоянно находиться
в режиме переключений, то врабатываясь, то восстанавливаясь. В
крови уровень молочной кислоты нарастает в течение всей
тренировки, достигая 17-20 мм/л и выше, а рН снижается до 7,1-7,0.
Резкие перепады в уровне аэробного метаболизма приводят к
накоплению продуктов распада, которые служат хорошим стимулом
дыхательных процессов и совершенствуют работу вегетативных систем,
что способствует повышению аэробной мощности и аэробной
эффективности. После такой работы потребление кислорода в
течение первой минуты продолжает увеличиваться, растут и
показатели производительности сердечно-сосудистой системы.
3. Метод интервальной тренировки. Используются упражнения
продолжительностью от 0,5 до 1,5 мин, большой мощности, которые
выполняются 10 и более раз с равномерными интервалами отдыха по
0,5-1,5 мин. Потребление 0 2 на протяжении всей тренировки находится
в пределах 1,8-2,8 л/мин, «неметаболический излишек» С0 2 составляет
1,5-0,6 л/мин, количество лактата в крови не превышает 5-6 мм/л, а
уровень глюкозы не опускается ниже 1,1-0,8 г/л. Такая работа создает
достаточный стимул для развертывания аэробных процессов в тканях,
увеличивая в них циркуляцию крови, и вызывает выраженную
гипертрофию сердечной мышцы, что приводит к увеличению
производительности сердечно-сосудистой системы. Последняя, как
считают специалисты, является «узким» местом при совершенствовании
аэробных возможностей организма.
60
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Хорошим средством повышения показателей аэробной мощности
является интервальная тренировка на коротких отрезках, в результате
которой накапливаются продукты обмена (креатин и молочная
кислота), стимулирующие тканевое дыхание. Модификацией
интервальной тренировки на коротких отрезках является
«миоглобинная» интервальная тренировка (продолжительность
упражнений 5-10 с, интервалы отдыха - 5-10 с), интенсивность
упражнения достаточно высокая, но не максимальная. В короткие
периоды работы расходуются внутримышечные запасы 0 2 , которые
в периоды отдыха восполняются. На протяжении всей тренировки
поддерживается высокий уровень потребления 0 2 Направлена она
на совершенствование эффективности аэробных процессов.
Аэробная выносливость не создает биохимической базы для
совершенствования силы и быстроты и поэтому влияет на организм
наиболее односторонне. И в то же время у всех спортсменов вначале
развивают выносливость, и уже на ее основе формируют другие качества
двигательной деятельности. Например, если спринтер, гимнаст или
штангист не обладают определенными аэробными возможностями, то
будет удлиняться период восстановления.
Высокий уровень развития выносливости может быть достигнут
лишь при одновременном совершенствовании всех ее основных
компонентов.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.
2.
3.
4.
5.
Какова структура и назначение разминки?
Задачи основной части тренировочного занятия.
С какой целью проводится заминка?
Что такое срочная адаптация и срочный тренировочный эффект?
Что такое долговременная адаптация и кумулятивный
тренировочный эффект?
6. Назвать основные биологические закономерности спортивной
тренировки.
7. Что составляет биохимическую основу быстроты?
8. Какие методы тренировки используются для совершенствования
скоростных возможностей организма?
9. Охарактеризовать биохимические основы и методы воспитания
двигательного качества сила.
10. Что понимают под термином «выносливость»?
11. Какие методы тренировки используют для развития аэробной
выносливости?
61
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Лекция 6. БИОХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПИТАНИЯ
И ЕГО ЗНАЧЕНИЕ
В ПОВЫШЕНИИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ СПОРТСМЕНОВ
1. Понятие о рациональном питании.
2. Питание спортсмена.
Пища - источник жизни и удовольствия. Термин «питание» имеет
широкий смысл: он обозначает всю сумму биологических явлений,
лежащих в основе обеспечения энергией и структурными веществами
любой физиологической функции организма.
Наука о питании рассматривает многие вопросы, из которых
первостепенными являются следующие:
- какие химические вещества и в каком количестве должны
поступать в организм с пищей для его роста, воспроизведения и
осуществления других важных функций;
- в чем состоит конкретная биологическая роль каждого из
питательных веществ;
- какие продукты и в каких количествах требуются для удовлетворения
потребности организма в питательных веществах и энергии.
В составе пищи в организм человека поступают: питательные
вещества (белки, жиры, углеводы), вода, биологически активные
вещества (витамины, минеральные соли и др.), балластные вещества.
Одной из основных концепций питания является теория рационального
сбалансированного питания, которая предусматривает, чтобы на одну
часть потребляемых белков в составе суточного рациона приходилась
одна часть жиров и четыре части углеводов (1:1:4). Именно такое
соотношение основных питательных веществ обеспечивает
пластические, энергетические потребности организма, необходимый
уровень обмена веществ и сохранения здоровья. Биологическая ценность
питательных веществ определяется их химическим составом.
Белки в организме человека выполняют, в основном, строительную
функцию. Потребность в них составляет 1,0-1,5 г/кг, или 80-100 г в сутки.
Различные продукты отличаются по содержанию белка: в мясе его 1421%, рыбе - 14-19%, молоке - 28%, сырах 18-22%, твороге - 11-13%, яйцах
- 10,6%, хлебе сером 5,1%, белом - 7%, гречке -10,6%, рисе - 6,4%, горохе,
фасоли - 19,8%. Биологическая ценность белков пищи определяется
присутствием в их составе 20 аминокислот, из которых 8 (триптофан,
лейцин, изолейцин, треонин, лизин, метионин, фениланин, валин) в
организме человека не синтезируются и называются незаменимыми. Белки
животного происхождения содержат эти аминокислоты, поэтому их
62
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
называют полноценными; растительные белки, как правило, не
содержат одну или более незаменимых аминокислот и называются
неполноценными. Наиболее благоприятное для организма
соотношение животных и растительных белков 1:1, или 50:50. Чем
ближе амино-кислотный состав белков пищи к составу белков нашего
организма, тем он ценнее. Источниками такого белка являются
молоко, мясо (говядина, свинина, птица, кролик), яйца.
Удачное сочетание продуктов животного и растительного
происхож-дения позволяет полностью удовлетворить потребность
организма в незаменимых аминокислотах. Например, благоприятные
сочетания: зернопродукты и молоко, мясо, яйца, рыба; картофель и
молоко, молочные продукты; бобовые и молоко.
Белковая недостаточность питания ведет к серьезным нарушениям
работы организма. В частности, снижаются процессы обновления тканей,
синтез белков ферментов и гормонов, транспорт различных веществ
(кислорода, липидов) снижает иммунитет. У детей может наблюдаться
отставание в физическом и умственном развитии.
Липиды (от греч. lipos - жир) выполняют двоякую роль: являются
источником энергии, а также поставщиками незаменимых веществ,
необходимых для процессов биосинтеза. Потребность в них составляет
1,0 - 1,5 г/кг или 80-100 г в сутки, из этого количества желательно, чтобы
2/3 жиров имели животное и 1/3 - растительное происхождение.
Биологическая ценность жиров определяется присутствием в них
полинасыщенных жирных карбоновых кислот (линолевой, линоленовой,
арахидоновой), которые не синтезируются в нашем организме и являются
незаменимыми продуктами питания, Совокупность этих кислот
называют витамином F. Ими богаты растительные масла, из животных
жиров небольшое количество этих кислот содержит свиной жир.
Большая часть липидов пищи приходится на нейтральные жиры, но им
сопутствуют и другие жироподобные вещества. Среди них особое
значение имеют фосфолипиды, которые принимают участие в построении
клеточных мембран и выполнении важных биологических функций:
барьерной, транспортной, рецепторной. Фосфолипидами богаты
нерафинированные растительные масла, желток яйца.
В пищевых продуктах животного и растительного происхождения
содержатся различные стерины. Важнейшим из животных стеринов
является холестерин, являющийся в нашем организме предшественником
витамина Д, желчных кислот, половых гормонов, а при нарушении
липидного обмена провокатором атеросклероза. Основная часть холестерина (около 70-80%) образуется в организме человека, 20-30% поступают
с пищей. Наиболее богаты холестерином яйца, сыры, сливочное
63
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
масло, субпродукты. В растительных маслах из этой группы
содержится Р-ситоспирин, нормализующий холестериновый обмен.
Резкое ограничение поступления жиров с пищей может привести
ко многим неблагоприятным явлениям дегенеративного характера:
дистрофии, ослаблению иммунитета, уменьшению количества
жирорастворимых витаминов, ухудшению состояния и функций
клеточных и субклеточных мембран. Кроме того, от свойств и структуры
мембранных липидов во многом зависит активность мембранных
ферментов, в том числе и ферментов цикла Кребса и дыхательной цепи главных метаболических путей синтеза АТФ в клетке.
Углеводы являются универсальным источником энергии и
позволяют сохранять работоспособность как в аэробных, так и в
анаэробных условиях. Потребность в них составляет 8-11 г/кг или 400600 г в сутки.
Углеводы по их строению и некоторым особенностям влияния на
обмен веществ разделяют на две группы: легкоусвояемые или сахара
(моно- и дисахариды) и сложные - полисахариды, усвояемые более
медленно. Прием первых (глюкозы, сахарозы) приводит к быстрому
(через 15-20 мин) и резкому повышению уровня сахара в крови, что не
всегда благоприятно для организма. Вторые (крахмал, гликоген)
расщепляются в органах пищеварения медленно, глюкоза поступает в
кровь равномерно, небольшими порциями, что исключает значительное
повышение ее уровня, однако способствует длительному поддержанию
его в пределах физиологической нормы. Наиболее желательно, чтобы
на 35% Сахаров в составе пищи приходилось 65% полисахаридов.
Запасы углеводов, используемые для получения энергии в организме
взрослого человека, невелики и составляют: глюкоза 0,8-1,2 г/л в крови,
гликоген до 100 г в печени и 200-400г в мышцах.
Недостаток поступления углеводов с пищей частично восполняется
их синтезом из веществ неуглеводной природы. Такие механизмы в
нашем организме имеются.
Пищевые волокна - это часть растительного материала пищи,
состоящая из сложных углеводов: целлюлозы, гемицеллюлозы, пектинов,
лигнина. Больше всего пищевых волокон содержат ржаные и пшеничные
отруби (53-55%), овощи (20-24%) и ржаной хлеб. Это группа веществ, не
выполняя питательной функции, активно влияет на обмен веществ.
Поступая в составе пищи,они могут:
- связывать воду, что приводит к их набуханию и увеличивает
наполнение желудка;
- адсорбировать токсические вещества и выводить их из организма;
- адсорбировать стерины и снижать уровень холестерина;
64
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- усиливать перистальтику кишечника;
- нормализовать микрофлору кишечника.
Суточная потребность в пищевых волокнах составляет 25-30 г и она
удовлетворяется потреблением, примерно 400 г овощей или 300 г фруктов
в сутки.
Витамины - низкомолекулярные органические соединения,
регулирующие процессы жизнедеятельности являются незаменимым
фактором питания и должны поступать с пищей. Число известных
витаминов, имеющих непосредственное значение для здоровья человека,
достигает 20. По отношению к воде их делят на водорастворимые: С,
РР, Р, Н, В,, В2, В3, В6, В9, В12, В15 и жирорастворимые: А, Е, К, Д. Для
всех витаминов установлены физиологические нормы (см. раздел «Общая
биохимия»). Дефицит витаминов в организме приводит к изменениям в
состоянии здоровья (табл. 1)
Таблица 1
Общая направленность обмена и состояния здоровья
в зависимости от обеспеченности организма витаминами
Содержание витаминов
в рационе
Физиологическая норма
Относительный дефицит
(гиповитаминоз)
Длительное отсутствие или
крайне низкое содержание
витаминов в организме
(авитаминоз)
Влияние на организм
Нормальное течение всех
физиологических и биохимических процессов
Нарушение процессов обмена веществ, недостаточность в работе отдельных
систем, снижение реактивности организма
Глубокие нарушения обмена веществ
Состояние здоровья
Здоров
Начальное проявление витаминной недостаточности:
снижение работоспособности, иммунитета, отдельные клинические симптомы
Специфические заболевания с клиникой, характерной для того или другого
авитаминоза
Для большинства витаминов известны не только жизненные
процессы, ими регулируемые, но и сложные ферменты, для построения
молекул которых нужен данный витамин (табл.2).
Обеспеченность организма витаминами зависит от разнообразия
продуктов растительного и животного происхождения в суточном
рационе, а также способов кулинарной обработки пищи, при которой
может теряться от 15 до 75% витаминов.
Потребность в витаминах увеличивается при систематических
физических нагрузках, при питании неполноценными белками, при
проживании в экологически неблагоприятных условиях. В этом случае
рекомендуется использовать дополнительно отдельные витамины или
поливитаминные комплексы.
65
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 2
Важнейшие коферменты, в состав которых входят витамины
Вода в организме взрослого человека составляет 60% всей массы
тела. Потребность в ней определяется как 40-45мл/кг, или 2-2,5 л в
сутки. Биологическое значение и распределение воды в организме
были рассмотрены ранее. Потеря различных количеств воды
приводит к следующим состояниям:
1% - наступает чувство жажды,
2% - снижается выносливость,
3% - снижается сила,
5% - снижается слюноотделение, мочеобразование, учащается пульс,
появляется апатия, мышечная слабость, тошнота.
Систематическое ограничение приема воды неблагоприятно сказывается
на обмене веществ, затрудняется освобождение организма от шлаков.
Минеральные соли относятся к незаменимым компонентам пищи и
делятся на 2 группы: макроэлементы (натрий, калий, кальций, магний,
фосфор, хлор) и микроэлименты (железо, медь, марганец, кобальт, йод,
фтор, цинк, хром, селен и т.д.). Потребность в первых составляет более
100 мг, во вторых - не превышает нескольких мг в сутки. Биологическое
значение минеральных солей рассмотрено в лекциях 1 и 2 в курсе обшей
биохимии.
Дефицит минеральных веществ возникает в определенных районах,
где в почве и воде снижено их содержание. При недостаточном
66
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
поступлении минеральных веществ организм- может в течение
некоторого времени восполнять их отсутствие путем мобилизации.
Тканевые депо организма обладают м о щ н ы м и резервами
макроэлементов (например, костная ткань содержит кальций, магний,
фосфор; мышцы калий; кожа - натрий) и при недостаточном поступлении
их с пищей восполняют дефицит. Резервы микроэлементов в тканях
незначительны и должны поступать с пищей.
Биологическое значение минеральных веществ разнообразно и
определяется их участием в поступлении и регуляции работы многих
ферментов; построении костной ткани; поддержании кислотно-щелочного
и водно солевого равновесия, регуляции мышечного сокращения и т.д.
Потребность в основных пищевых веществах связана с общей
калорийностью рациона, согласно формуле сбалансированного
питания это составляет: белки/жиры/углеводы = 14%/30%/56%. Такое
соотношение обусловлено различной энергоемкостью питательных
веществ: при окислении 1 г белков и углеводов выделяется 17,1 кДж, а
при окислении 1 г жира - 39,0 кДж.
Спорт с его высокими физическими нагрузками, большим нервнопсихическим напряжением предъявляет к организму требования,
находящиеся порой на грани его функциональных возможностей. В этих
условиях возрастает значение всех средств, способных повысить
работоспособность и выносливость, в том числе и фактор питания.
Рационализацией питания можно расширить границы адаптации
организма к мышечной работе, снижать нервно-психическое напряжение,
управлять специфической перестройкой мышечной и других систем
организма. Конечно, не следует переоценивать роль питания в
достижении высоких спортивных результатов, но не подлежит сомнению,
что обеспечение рационального питания при выполнении интенсивных
физических нагрузок большого объема, особенно на учебно-тренировочных
сборах и соревнованиях, имеет важное значение.
Основной задачей питания спортсмена, как и всякого человека,
является полное удовлетворение пластических и энергетических потребностей организма. Вместе с тем, оно должно способствовать проявлению
максимальной работоспособности и ускорять процессы восстановления.
Согласно
современным
научным
данным,
наиболее
благоприятное соотношение белков, жиров и углеводов в питании
спортсмена По частям составляет 1:0,7-0,8:4. Коррекция формулы
сбалансированного питания в отношении доли жира объясняется
особенностями удовлетворения потребности организма в кислороде.
Спортивные нагрузки, как правило, связаны с возникновением
кислородного дефицита, что ограничивает окисление жира во время
67
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
мышечной работы. Жиры, не участвующие в энергетическом обмене,
откладываются в жировых депо и увеличивают массу тела.
Потребность спортсмена в энергии и пищевых веществах зависит
от вида спорта и объема выполненной работы и напрямую связана с
особенностями метаболических процессов.
Белки. В видах спорта со сравнительно низкой интенсивностью и
невысоким объемом физических нагрузок их достаточно 1,4-2,0 г/кг, при
тренировках, направленных на развитие силы и увеличение мышечной
массы, потребность в белках возрастает до 2,2-2,9 г/кг массы тела. Больше
эту норму увеличивать нельзя, так как использование 3,0 г/кг и более
перегружает организм токсическими продуктами распада белков,
ограничивает работу ферментных систем, нарушает функции печени и
почек. Соотношение между белками животного и растительного
происхождения сохраняется 1:1.
Жиры. Потребность в них составляет от 1,7 до 2,4 г/кг массы тела и
обеспечивает около 30% общей калорийности пищи (желательно
снижение этого показателя до 25%). Рассматривая жиры как один из
основных источников энергии для организма человека вне спорта, так и
при выполнении мышечной работы умеренной мощности, не следует
забывать об их участии в построении клеточных и субклеточных
мембран. В составе суточного рациона на животные жиры должно
приходиться 65-80%, а на растительные масла, содержащие незаменимые
жирные карбоновые кислоты, - 20-35%.
Углеводы. Норма потребления находится в пределах 8,3-14,3 г/кг
массы тела, а общее количество возрастает до 800-900 г в сутки в
зависимости от вида спорта и периода подготовки спортсмена.
Соотношение между простыми и сложными углеводами 1:3 сохраняется.
Пищевые волокна не только улучшают пищеварение, но и
снижают количество холестерина и мочевины в крови, повышают
связывание аммиака и других токсических веществ в кишечнике.
Витамины. При занятиях физической культурой и спортом, особенно
при больших объемах и интенсивности физических нагрузок,
потребность в них возрастает (табл.3).
Количество и спектр потребляемых витаминов определяется исходя
из того, в каких биологических процессах они участвуют, и как
возрастает интенсивность этих биохимических процессов при
различных по характеру физических нагрузках. В аэробных условиях,
при выполнении длительных нагрузок, для повышения интенсивности
процессов биологического окисления необходимо адекватное
обеспечение
витаминами В2, РР, С во время работы и в
восстановительный период. При увеличении интенсивности
68
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
углеводного обмена и при повышенном введении углеводов в организм
необходимо обязательно увеличивать и потребление витамина В ,
который ускоряет окисление пировиноградной и кетоглутаровой
кислот и обеспечивает нормальное протекание углеводного обмена.
Таблица 3
Рекомендуемые ориентировочные нормы
суточного потребления витаминов спортсменом
в период напряженных тренировок и соревнований
Витамин
С (аскорбиновая кислота), мг
В] (тиамин), мг
Вг (рибофлавин), мг
Вз (пантотеновая кислота), мг
В6 (пиридоксин), мг
Вд (фолиевая кислота), мкг
Bi2 (цианокобаламин), мкг
В]5(пангамовая кислота), мг
РР (никотиновая кислота), мг
А (ретинол), мг
Е (токоферол), мг
Физиологическая
норма
75,0-100,0
2,0-3,0
3,0-4,0
5,0-10,0
1,5-3,0
0,4-0,5
1,0-3,0
2,0
15-20
1,0
12,0-15,0
В спортивной практике
(включая прием витаминных препаратов)
120,0-350,0
2,5-5,0
3,0-5,5
15,0-20,0
5,0-10,0
0,4-0,5
2,0-10,0
21,0-45,0
2,0-4,0
15,-45,0
При нагрузках скоростно-силовой направленности, сопровождающихся значительным повышением обмена белков, резко возрастает
потребность в витамине В6.
Пантотеновая кислота (витамин В3) входит в состав коэнзима А,
играющего важную роль в энергетическом обмене белков, жиров и углеводов,
обеспечивая на заключительной стадии окисление их общего метаболита
активной формы уксусной кислоты (ацетил-КоА) в цикле Кребса.
Соревновательная деятельность значительно увеличивает расходование организмом витаминов, поэтому восстановительный период
особенно должен быть им обеспечен. После кратковременных нагрузок
(бег на короткие дистанции, прыжки, метания, гимнастика и т.д.) дтя
этого достаточно двух дней, а после длительных нагрузок (марафонский
бег, дальние заплывы, многодневные велогонки и т.д.) нужно не менее
четырех - пяти дней. Удовлетворить потребность организма спортсмена
в витаминах, в количестве, предлагаемом в таблице, только за счет
продуктов питания практически невозможно, поэтому рекомендуется
дополнительно использовать витаминизированные продукты или
поливитаминные комплексы.
69
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вода. Выполнение тренировочных или соревновательных
нагрузок приводит к потере веса, которая зависит не столько от
расходования энергетических веществ, сколько от потери воды
(таблица 4).
Таблица 4
Потери веса в результате участия в соревновании
в циклических видах с п о р т а снижение веса п р я м о п р о п о р ц и о н а л ь н о
увеличению д и с т а н ц и и , в ациклических о б р а т н о п р о п о р ц и о н а л ь н о весовой
категории спортсмена.
Потеря воды приводит к возникновению чувства жажды,
повышению вязкости крови, уменьшению в организме количества
минеральных солей, нарушению осмотического давления в крови и
тканях. Эти изменения негативно отражаются на работоспособности
спортсмена и устранить их необходимо, по возможности, как во время
нагрузки, так и обязательно после нее. Чувство жажды при выполнении
мышечной работы обусловлено двумя причинами: первая - ощущение
сухости слизистой оболочки рта и глотки, вызванное снижением слюноотделения; вторая - потеря большого количества воды. Для снятия сухости
достаточно прополоскать рот водой, во втором случае необходимо питье.
Однако вода, выпиваемая сразу после нагрузки, плохо усваивается, значительная ее часть выводится с мочой, увлекая за собой минеральные соли.
Сохранение нормального водного баланса достигается не обильным
питьем, а правильным питьевым режимом. Поэтому одномоментно
рекомендуется использование небольших количеств жидкости. Это могут
быть минеральные щелочные воды в комбинации с фруктовыми соками
или минерально-углеводные напитки, которые используют во время или
после нагрузки. Пить до полного удовлетворения жажды рекомендуется
только после основного приема пищи (обеда или ужина), последующего
за нагрузкой.
Минеральные соли в питании спортсменов необходимы для
регуляции водно-солевого обмена, поддержания кислотно-щелочного
70
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
равновесия, нормального протекания биохимических реакций.
Потребность в них особенно повышается в тех видах спорта, где
наблюдается обильное потоотделение. Так, организму спортсмена
требуется на 20-24% больше калия и натрия, магния и железа - на 3550%, фосфата и кальция в два раза больше, чем для лиц, не занимающихся
спортом. Возрастает потребность в меди, цинке, марганце, хроме, йоде,
кобальте, никеле, стронции. Источниками минеральных солей являются
продукты питания, минеральные воды, пищевые, добавки.
Особое внимание следует обратить на повышенную потребность
организма женщин-спортсменок в железе, которое участвует во многих
обменных реакциях и в том числе в тканевом дыхании. Дефицит железа
приводит к различным формам анемии. Физиологическая норма
составляет 7-8 мг на 1 ООО ккал суточного рациона. Адекватность питания
по железу определяется не столько его абсолютным количеством,
потребляемым с пищей, сколько количеством железа, всасываемого в
желудочно-кишечном тракте. В пище железо представлено двумя
формами: гемовой или негемовой. Первая всасывается в организме очень
хорошо, вторая - значительно труднее. Всасывание негемового железа
тормозят большие количества жира, фосфора, фитина (бобовые и
зерновые), танина (чай), облегчают его всасывание белки мяса, рыбы,
птицы, органические кислоты (лимонная, яблочная, янтарная), витамин С.
Общие закономерности питания в зависимости от направленности
мышечной деятельности можно свести к следующим положениям:
Выполнение анаэробных нагрузок требует снижения доли жира в
рационе, значительного увеличения количества белков, углеводов и
витаминов С, В,, В2, В6, В12, В15, Е.
Аэробная работа запрашивает увеличение белка (умеренно),
углеводов, жира, особенно ненасыщенных жирных карбоновых
кислот, витаминов С, В,, В2, РР, минеральных солей.
При подготовке к соревнованиям в видах спорта, связанных с
проявлением выносливости, часто применяется режим питания,
позволяющий повысить в мышцах и печени содержание гликогена.
Суперкомпенсация гликогена («тайпер») проводится по разным во
времени, но аналогичным по сути, схемам.
Наиболее
распространенная недельная схема: за неделю до ответственного старта
спортсмену в течение трех дней дается истощающая физическая
нагрузка, одновременно из его рациона удаляются продукты,
содержащие углеводы, за исключением продуктов с большим
содержанием клетчатки (огурцы, капуста, зеленый салат, шпинат).
Т.е. диета приобретает белково-жировую направленность. Затем в
оставшееся время спортсмена переводят на богатую углеводами диету
71
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
(крахмал, гликоген, сладости) и снижают до предела интенсивность
нагрузки. При проведении «тайпера» необходимо учитывать
индивидуальные особенности реакции организма на белково-жировую
диету (расстройство желудка, тошнота). Кроме того, гликоген,
накапливаясь в мышцах, печени в большом количестве, связывает воду,
что затрудняет или нарушает сократительную функцию мышц,
вызывает чувство тяжести в правом подреберье. Время проведения
«тайпера» легко сократить до 3-х дней, хотя, в принципе, эффект
достигается и в течение одних суток. Важно только соблюдать
очередность и правильность диеты и нагрузок. Если есть возможность,
то легкие нагрузки можно не проводить совсем.
Для длительных интенсивных физических нагрузок характерным
является повышение общего содержание жира в печени, происходящее
за счет нейтральных жиров, и снижение количества фосфолипидов.
Это обусловлено, с одной стороны, интенсивной мобилизацией жиров
из жировых депо, а с другой стороны, снижением возможности ферментативного расщепления жиров, их превращения в фосфолипиды или
окисления при развитии утомления. Эти изменения в обмене липидов
в печени получили название жировой инфильтрации.
Для устранения или предупреждения развития жировой
инфильтрации (гепатоз) необходимо использовать вещества, которые
называются липотропные. К ним относятся: аминокислота метионин,
азотистое основание холин, фосфолипид лецитин, витамин В)5, ненасыщенные жирные карбоновые кислоты (линолевая, линоленовая), липоевая
кислота, отвар овса.
Ненасыщенные жирные карбоновые кислоты входят в состав
мембран митохондрий и регулируют их проницаемость, тем самым
препятствуя выходу ферментов аэробного окисления в саркоплазму,
следовательно, уменьшают возможность разобщения дыхания с
фосфорилированием.
Холин используется для синтеза лецитина, а лецитин улучшает
метаболизм печеночных клеток, усвоение жирорастворимых витаминов,
регулирует транспорт жира из печени.
Липоевая кислота (витамин Вс) регулирует жировой обмен,
повышает количество линолевой кислоты в крови, способствует
накоплению гликогена в печени.
Витамин В15 является донором метальных групп, активирует обмен
кислорода в тканях, обладает липотропным действием.
Липотропные вещества препятствуют развитию гепатоза и
устраняют его на начальных стадиях, создают условия для восстановления запасов гликогена в печени в период отдыха, так как
72
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
увеличение доли нейтрального жира в печеночных клетках
препятствует накоплению гликогена. Таким образом, регулируя
жировой обмен, липотропные вещества не только способствуют
повышению работоспособности, но и ускоряют процессы
восстановления после длительных физических нагрузок.
Повышения работоспособности за счет процессов аэробного
окисления можно добиться также путем использования таких веществ,
как лимонная, яблочная и глутаминовая кислота. Введение этих кислот
в организм в составе спортивных напитков, принимаемых перед
стартом, на дистанции или в перерывах между выступлениями показало,
что в этом случае физические нагрузки сопровождаются меньшим
увеличением концентрации молочной кислоты в крови и более быстрым
возвращением ее к исходному уровню в период отдыха.
Затраты энергии на выполнение мышечной работы зависят от вида
спорта (табл.5).
Таблица 5
Средние величины энерготрат спортсменов (ккал в сутки)
№
п/п
1.
2.
3.
4.
Виды спорта
Акробатика, гимнастика (спортивная, художественная),
легкая атлетика (барьерный бег, метание, прыжки,
спринт), настольный теннис, стрельба (из лука, пулевая,
стендовая), тяжелая атлетика, фехтование, фигурное катание
Бег на 400, 1500 и 3000 м, бокс, борьба (вольная, дзюдо,
классическая, самбо), плавание, многоборье, современное
пятиборье, спортивные игры
Альпинизм, бег на 1000 м, биатлон; велогонки на шоссе,
коньки (многоборье), лыжные гонки, марафон, ходьба
спортивная
Велогонка на шоссе, марафон, лыжные гонки и др. виды
спорта при исключительном напряжении тренировочного
режима и в период соревнований
Мужчины
вес 70 кг
Женщины вес 60
кг
3500-4500
3000-4000
4500-5500
4000-5000
5500-6500
5000-6000
до 8000
до 7000
Выполнение таких затрат энергии возможно за счет значительного
увеличения количества потребляемой пищи, которое принять в тричетыре приема затруднительно. Поэтому при 2-3-разовых ежедневных
физических нагрузках необходимо количество приемов пищи увеличить
до 5-6 раз, а также часть натуральных продуктов питания заменить
специальными продуктами повышенной биологической ценности
(ППБЦ). Они являются источниками незаменимых аминокислот,
полиненасыщенных жирных карбоновых кислот, фосфатидов,
73
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
углеводов, витаминов и минеральных веществ, имеют небольшой
объем, высокую калорийность и легко усваиваются. Используют
ППБЦ в практике спорта для решения следующих задач:
- питание на дистанции и между тренировками;
- увеличение кратности питания в условиях многоразовых
тренировок и соревнований;
- снижение объема суточного рациона в период соревнований;
- регуляция водно-солевого обмена;
- ускорение процессов восстановления после мышечной работы.
А также для коррекции массы тела, направленного развития
мышечной массы, индивидуализации питания.
Использовать ППБЦ можно во время обычного приема пищи, перед,
во время и после тренировочных и соревновательных нагрузок.
Желательно, чтобы их консистенция была жидкой или полужидкой, вкус
привычным, а температура - близкой к 36-38° или не ниже 12° в жаркое
время года.
Обязательным компонентом почти всех питательных смесей,
продуктов и спортивных напитков являются легкоусвояемые моносахариды и дисахариды. Эти углеводы не только поддерживают и
восстанавливают энергетические ресурсы, но и одновременно способствуют экономному расходованию белка, уменьшают ацидотические
сдвиги показателей кислотно-щелочного равновесия, водный дефицит,
благоприятно действуют на липолитическую функцию печени.
В качестве примера можно привести состав сухого спортивного напипса:
Глюкоза
200,0
Сахар
100,0
Экстракт клюквенный
или черносмородиновый
15,0-20,0
NaCl
1,5
Аскорбиновая кислота
0,5
NaH2P04
3,0
Глутаминовая кислота
0,5
Лимонная кислота
5,0
Растворить в 600-700 мл теплой воды. Принимать по 100-200 мл за
1,5-2 часа до старта или сразу после прохождения дистанции.
К числу П П Б Ц отечественного производства относятся
следующие.
Специализированный продукт СП-П
Состав: легкоусвояемые белки - 44%, жир - 8%, углеводы - 37%.
Соотношение белков и жиров животного и растительного
происхождения оптимальное, в связи с чем продукт сбалансирован
74
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
по аминокислотному и жирнокислотному составу. В продукт введены
также витамины (С, В,, В2, В6, РР), минеральные вещества
органические кислоты, участвующие в цикле Кребса.
Рекомендуется применять в период интенсивных тренировок
скоростно-силовой направленности на этапе предсоревновательной
подготовки.
Бепип
Бепип - белковый препарат, предложенный институтом питания АМН,
состоит из равных количеств трески и пресного обезжиренного творога.
Бепип - концентрат незаменимых аминокислот - триптофана,
лизина и метионина; необходимых минеральных веществ и полинасыщенных жирных кислот. Этот продукт благотворно влияет на обмен
веществ, его можно рекомендовать при проведении «тайпера» (см. сгр.71).
Белково - глюкозный витаминизированный шоколад
Содержит до 20% молочных белков, 60% глюкозы, а также витамин Е.
Рекомендуется применять для повышения работоспособности за
1,5-2 часа перед длительными нагрузками в количестве 50г и для
восстановления работоспособности после больших нагрузок, а также в
перерывах между выступлениями. Разовая доза в зависимости от
нагрузок от 25 до 100г.
Белковый мармелад
Мармелад, обогащенный молочными белком и глюкозой.
Легкоусвояемый продукт предназначен для питания спортсменов при
работе на длинных дистанциях. Суточная доза 50-100г.
Белковое печенье «Олимп»
Малообъемный высококалорийный продукт, содержит от 35 до 50%
легкоусвояемых молочных белков, углеводы, большое количество
фосфора и кальция. Рекомендуется в восстановительном периоде
после больших скоростно- силовых нагрузок, в перерывах между
выступлениями, для питания на дистанциях. Разовая доза - 50-100 г.
Необходимо также учитывать, что общая калорийность рациона
в дни восстановления может быть на 5-10% больше фактических
затрат, так как в условиях соревновательного стресса, а также
некоторое время после соревнований усвояемость пищевых веществ
естественных продуктов питания часто снижена. В связи с этим, а
также при больших интервалах между основными приемами пищи,
используются специальные смеси, обогащенные легкоусвояемым
белком.
75
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
К ним относятся:
козилан - на 60% состоит из оптимальной смеси незаменимых
аминокислот, используется для экстренного восполнения пластических
резервов после больших нагрузок;
бебиран - сухая смесь натурального белка (22%) и жира (23%),
рекомендуемая для видов спорта, не имеющих весовых категорий;
лактоид - содержит 22% натурального белка и только 2% жира,
поэтому рекомендуется для использования в видах спорта, имеющих
весовые категории;
велотон, эрготон - отечественные питательные смеси с высоким
содержанием полноценного белка и большим комплексом биологически
активных веществ, предназначены для спортсменов, выполняющих
длительные и напряженные нагрузки.
Белковые препараты используются как дополнительное питание в
количестве не более 50-100 г в сутки в восстановительный период.
При выполнении интенсивной мышечной работы в клетках тканей
и органов в крови резко повышается концентрация метаболитов,
оказывающих повреждающее действие на клеточные мембраны. Для
восстановления их функций необходим не только комплекс аминокислот,
но и фосфолипиды и полиненасыщенные жирные кислоты в
сбалансированном состоянии. Источниками этих веществ являются такие
смеси, как «Глюкомакс», «Эргомакс», имеющие следующий состав:
Глюкомакс
Глюкоза
Овсяные хлопья
Яичный желток
Лимонный сок
Натрий хлористый
Разовый прием
100,0
3,0/620 мл
1 шт
1 лимон
4,0
50-70 мл
Эргомакс
Сметана
Масло подсолнечное
Яичный желток
Апельсиновый сок
Вишневый конфитюр (джем)
120,0
60,0
1 шт.
100,0
25,0
При приготовлении этой смеси все компоненты берутся в указанной
последовательности и перемешиваются до однородной консистенции.
Разовый прием 50-70 мл.
76
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Включения ГТПБЦ в рацион питания спортсменов позволяет
уменьшить общий объм суточного рациона. Введение легкоусвояемых
полноценных белков, углеводов, полинасыщенных жирных кислот оптимальный метаболический фон для процессов восстановления, для
синтеза гуморальных регуляторов (гормонов и др.) и реализации их
действия.
Таким образом, все вышеизложенное является убедительным
доказательством важного значения питания как мощного фактора
повышения работоспособности и ускорения процессов восстановления.
Питание спортсменов во время соревнований имеет ряд
особенностей и они связаны с совершенствованием и сохранением
высокой специальной физической работоспособности.
Перед стартом за счет факторов питания можно увеличить в
организме спортсмена количество углеводов и витаминов. Их следует
принимать в составе напитков, которые не обременяют желудок, не
требуют переваривания и быстро всасываются из кишечника в кровь. В
частности, это может быть раствор, содержащий глюкозу и сахарозу в
количестве не более 75-100 г. Причем перед длинными и сверхдлинными
дистанциями принимать напиток следует непосредственно перед стартом,
чтобы всасывание сахара происходило во время работы, а перед
кратковременными нагрузками, а также в тех случаях, когда спортсмену
нужно выступать дважды или выполнять нагрузку два или три дня подряд,
за полтора часа до начала работы. На дистанции нужно пополнить
запасы углеводов, витаминов, органических кислот, воды, минеральных
веществ и, кроме того, помочь организму полнее использовать источники
энергии, находящиеся в организме, т.к. сахар, попадая в желудочнокишечный тракт, раздражает там рецепторы или рефлекторно усиливает
мобилизацию гликогена печени. Желательно к раствору сахара добавить
соли фосфорной кислоты, а за 30-40 минут до старта принять 150-200 мг
витамина С. Фосфаты увеличивают скорость расщепления гликогена,
положительно
сказываются
на процессах
окислительного
фосфорилирования и синтезе креатинфосфата.
Питание на дистанции должно отвечать следующим
требованиям:
- быстро пополнять энергетические запасы организма;
- устранять чувство жажды и сухости во рту;
- не усиливать мочеотделение;
- должно быть привычным на вкус и обязательно не обременять
желудочно-кишечный тракт.
Следовательно, питание на дистанции должно содержать
простые углеводы, так как они хорошо всасываются и быстро
77
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
доставляются кровью к тканям и органам. Возможно использование
комбинации глюкозы, сахарозы и крахмала. Это позволяет
пролонгировать повышенный уровень сахара в крови. Принимаются
углеводы в напитках, питательных смесях, имеющих кисло-сладкий
вкус и содержащих витамин С, органические кислоты, минеральные
соли. Например, первый рецепт:
50% раствор сахарозы или глюкозы
свежевыжатый ягодный
или фруктовый сок
NaCl
1л
200 мл
8,0 г
второй рецепт:
сахар
глюкоза
свежевыжатая ягода
или фруктовый сок
аскорбиновая кислота
NaH2P04
NaCl
50,0 г
50,0 г
40,0
0,5 г
2,0 г
1,0 г
Компоненты второго рецепта растворить в 200-250 г 10%раствора крахмала или в отваре овса (20г на 200-250 г воды).
Кроме этого, можно использовать сладкие какао, чай, кофе, шоколад,
легко разжевываемые фрукты без косточек, богатые витамином С
(апельсины, мандарины, виноград).
На финише энергетические ресурсы организма спортсмена
значительно понижены. Сразу после работы можно в виде «скорой»
помощи организму для устранения гипоглекимии принять 100-150 г
глюкозы (в виде 50% раствора) или такое же количество
инвертированного сахара. Принятая после длительных нагрузок
глюкоза лучше усваивается и быстро откладывается в печени в виде
гликогена.
В настоящее время предлагаются биологически активные пищевые
добавки БАПД, представляющие собой сбалансированные комплексы,
позволяющие устранить дефицит отдельных составных частей пищи в
питании спортсменов. Причем качественный и количественный состав
БАПД подобран с учетом направленности и цикличности спортивной
тренировки
78
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Литература
1. Биохимия: Учебник для институтов физической культуры./ Под
ред. В.В.Меньшикова, Н.И.Волкова. - М.: ФиС, 1986.
2. Волков, Н.И., Карасев, А.В., Хосни, М. Теория и практика
интервальной тренировки в спорте. - М., 1995.
3. Волков, Н.И., Несен, Э.Н., Осипенко, А.А., Корсун С.Н. Биохимия
мышечной деятельности. - Киев: Олимпийская литература, 2000.
4. Волков, Н.И., Олейников, В.И. Биологически активные добавки
в специализированном
питании
спортсменов.
М.:
СпортАкадемПресс, 2001.
5. Мохан, Р., Гессен, М., Грингафф, П.Л. Биохимия мышечной
деятельности и физической тренировки. - Киев: Олимпийская
литература, 2001.
6. Пшендин, А.И. Рациональное питание спортсменов. - С. - Пб.:
ГИОРД, 1999.
7. Рогозкин, В.А., Пшендин, А.И., Шишина, Н.Н. Питание
спортсменов. - М.: ФиС, 1989.
8. Харитонова, Л.Г. Типы адаптации в спорте. - Омск: ОГИФК,
1991.
9. Харитонова, Л.Г. Стратегия этапов «долговременной» и
«срочной» адаптации к мышечным нагрузкам организма
спортсменов с различным уровнем тренированности. - Теор. и
практ. ФК, 1995, №9, с. 46-49.
10. Яковлев, Н.Н. Биохимия спорта. - М.: ФиС, 1974.
11. Яковлев, Н.Н. Химия движения. - Л.: Наука, 1983.
79
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
СОДЕРЖАНИЕ
Лекция 1. Биохимия мышц и мышечного сокращения
Лекция 2. Биоэнергетика мышечной деятельности
Лекция 3. Биохимические изменения в организме человека при
выполнении мышечной работы различной мощности....
Лекция 4. Биохимические особенности утомления
и восстановления при мышечной работе
Лекция 5. Биохимические основы адаптации и основных качеств
двигательной деятельности
Лекция 6. Биохимические основы питания спортсменов
Лицензия 020245 МП и РФ
Подписано в печать
£>3. Формат 60x84 1/16.
Объем 5,0 уч. - изд. л. ТиражЛ г? экз. Ризография. Заказ А7.
Издательство СибГУФК.
644009, г.Омск, ул. Масленникова, 144.
Документ
Категория
Женские
Просмотров
399
Размер файла
6 789 Кб
Теги
физическая, 2945, биохимические, основы, работоспособности
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа