Биохимические изменения, происходящие в организме спортсмена

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Скелетные мышцы содержат большое количество веществ небелковой природы, легко переходящих из измельченных мышц в водный раствор после осаждения белков.

1. Какие мышечные белки входят в состав скелетной мышцы? Их роль

Скелетная мышца содержит 75--80% воды и 20--25% сухого остатка. 85% сухого остатка составляют белки; остальные 15% слагаются из различных азотсодержащих и безазотистых экстрактивных веществ, фосфорных соединений, липоидов и минеральных солей.

Мышечные белки. Белки саркоплазмы составляют до 30% всех белков мышцы. Часть белков саркоплазмы может быть извлечена из измельченных мышц водой, часть -- 0,1-молярным раствором КС1.

Наличием миоглобина объясняется и красный цвет мышц. Содержание миоглобина составляет от 150 до 300 мг на 100 г сырого веса мышцы.

Белки мышечных фибрилл в отличие от белков саркоплазмы извлекаются из мышц более крепкими солевыми растворами (0,6 М раствор КС1) и составляют около 40% всех белков мышцы. К белкам мышечных фибрилл относятся прежде всего два главнейших белка -- миозин и актин. Миозин -- белок глобулинового типа с молекулярным весом около 420 000. В состав его входит много глютаминовой кислоты, лизина и лейцина. Кроме того, наряду с другими аминокислотами он содержит цистеин, а поэтому обладает свободными группами -- SH. Миозин располагается в мышечных фибриллах в толстых нитях «диска А», причем не хаотично, а строго упорядоченно. Молекулы миозина имеют нитчатую (фибриллярную) структуру. По данным Гаксли, их длина около 1500 А, толщина около 20А. У них есть утолщение на одном конце (40 А). Эти-концы его молекул направлены в обе стороны от «зоны М» и образуют булавовидные утолщения отростков толстых нитей.

Миозин является важнейшей составной частью сократительного комплекса и одновременно обладает ферментативной (аденозинтрифосфатазной) активностью, катализируя расщепление аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) на АДФ и ортофосфат.

Актин имеет значительно меньший, чем миозин, молекулярный вес (75 000) и может существовать в двух формах -- глобулярной (Г-актин) и фибриллярной (Ф - актин), способных переходить друг в друга. Молекулы первого имеют округлую форму; молекулы второго, являющегося полимером (объединением нескольких молекул) Г-актина, -- нитчатую. Г-актин обладает низкой вязкостью, Ф-актин -- высокой. Переходу одной формы актина в другую способствуют многие ионы, в частности К+ «Mg++.

При мышечной деятельности Г-актин переходит в Ф-актин. Последний легко объединяется с миозином, образуя комплекс, носящий название актомиозина и являющийся сократительным субстратом мышцы, способным производить механическую работу.

В мышечных фибриллах актин располагается в тонких нитях «диска J», заходящих в верхнюю и нижнюю трети «диска А», где и происходит соединение актина с миозином посредством контактов между отростками тонких и толстых нитей.

Кроме миозина и актина, в составе миофибрилл обнаружены и некоторые другие белки, в частности водорастворимый белок тропомиозин, которого особенно много в гладких мышцах и в мышцах эмбрионов. В фибриллах содержатся и другие водорастворимые белки, обладающие ферментативной активностью» (дезаминаза адениловой кислоты и др.).

Белки митохондрий и рибосом в основном являются белками-ферментами. В частности, в митохондриях находятся ферменты аэробного окисления и дыхательного фосфори-лирования, а в рибосомах -- связанная с белками р-РНК.

Белки ядер мышечных волокон являются нуклеопротеидами, содержащими в своих молекулах дезоксирибонуклеиновые кислоты. [3, 221]

Белки стромы мышечного волокна, составляющие около 20% всех белков мышцы, труднорастворимы и не извлекаются из мышцы солевыми растворами. Из белков стромы, названных А. Я. Данилевским миостроминами, построена сарколемма и, видимо, «диски Z», соединяющие тонкие актиновые нити с сарколеммой. Возможно, что миостромины содержатся наряду с актином и в тонких нитях «дисков J».

2. Обмен белков и азотсодержащих веществ при мышечной деятельности

При мышечной деятельности обновление белков угнетается, причем тем больше, чем в большей степени понижается содержание АТФ в мышцах. Следовательно, при упражнениях максимальной и субмаксимальной интенсивности, когда ресинтез АТФ происходит преимущественно анаэробным путем и наименее полно, обновление белков будет угнетаться более значительно, чем при работе средней и умеренной интенсивности, когда преобладают энергетически высокоэффективные процессы дыхательного фосфорилирования.239

Из-за недостатка АТФ во время мышечной деятельности максимальной и субмаксимальной интенсивности затрудняется и ряд других биологических синтезов. В частности синтез ацетил-холина в двигательных нервных окончаниях, что отрицательно отражается на передаче нервного возбуждения на мышцы.

3. Биохимические изменения в организме при занятиях различными видами спорта

Бег на короткие дистанции и прыжки в длину с разбега. Упражнения, относящиеся к этой группе, -- типичные упражнения максимальной мощности. Им свойственно резкое преобладание анаэробных окислительных процессов над аэробными.

Ресинтез АТФ во время работы происходит в первую очередь за счет переэстерификации с креатинфосфатом, а затем за счет гликолиза. [5, 279]

Длительность работы столь мала, что при беге на 100 м и прыжках кровь за время от старта до финиша не успевает пройти весь большой круг кровообращения, а при беге на 200 м не успевает пройти его два раза. Следовательно, об обеспечении работающих мышц повышенным количеством кислорода не может быть и речи. Потребность организма в кислороде при беге на 100 м и прыжках удовлетворяется только на 4--6%, а при беге на 200 м -- на 6--8%; следовательно, образуется значительный кислородный долг. Образование молочной кислоты при беге на 100 м хотя и значительно, однако содержание ее в крови повышается уже по окончании бега -- через 30--60 сек. Максимальный уровень ее, достигаемый на 2--3-й мин. после бега, составляет 100--150 мг% или несколько больше. При этом у более тренированных спортсменов в результате увеличения возможностей креатинфосфатного пути ресинтеза АТФ бег с рекордной скоростью может сопровождаться меньшим увеличением содержания молочной кислоты, чем у менее тренированных.

Одновременно с повышением содержания молочной кислоты уменьшаются щелочные резервы крови (примерно на 40--48%), используемые для ее нейтрализации.

Содержание сахара в крови в связи со значительным возбуждением повышается, однако у спортсменов с уравновешенной нервной системой оно может оставаться на нормальном уровне. У малотренированных, возможно снижение уровня сахара в крови вследствие запаздывающей и недостаточно интенсивной мобилизации его в печени.

Нормальные биохимические соотношения в организме после бега на короткие дистанции восстанавливаются в течение 30-- 40 мин. Характерной особенностью бега на короткие дистанции, является большая интенсивность обмена веществ, хотя абсолютные величины этих изменений сравнительно невелики. Что касается величины биохимических изменений, то, согласно расчетам, при беге на 100 м в организме спортсмена в секунду образуется 4 г молочной кислоты, при беге на 200 м -- 3 г, а при беге на 400 м -- 2 г. [5, 280]

Бег на средние дистанции. Бег на средние дистанции (400, 800 и 1500 м) характеризуется работой субмаксимальной мощности и по своему воздействию на организм резко отличается от бега на короткие дистанции. Кислородный запрос и абсолютная величина кислородного долга в связи с большей величиной и длительностью работы (по сравнению с бегом на короткие дистанции) значительно увеличиваются (в 2-3 раза). Относительная же величина кислородного долга уменьшается и составляет от 90% (400 м) до 50 (1500 м) кислородного запроса. Бег на средние дистанции не является «анаэробной» работой; здесь развертываются и аэробные окислительные процессы. Однако анаэробные реакции еще имеют решающее значение, особенно при беге на 400 и 800 м, где за счет этих реакций энергетически работа обеспечивается более чем наполовину. При беге на средние дистанции основное значение имеет гликолиз. Именно поэтому повышение содержания молочной кислоты в крови при беге на средние дистанции достигает наибольших величин (от 150 до 250 мг%) и обусловливает наибольшие сдвиги реакции внутренней среды в кислую сторону. В соответствии с этим снижение щелочных резервов крови при беге на средние дистанции также наиболее велико. Так, при беге на 400 м они могут снижаться на 60%. Вследствие резкого повышения содержания в крови молочной кислоты большое количество ее появляется в моче и в поте.

Под влиянием тренировки с увеличением удельного веса аэробных окислительных процессов все эти изменения при беге на средние дистанции становятся менее значительными. Относительная величина кислородного долга также несколько уменьшается. Эти обстоятельства говорят о принципиальном отличии бега на средние дистанции от бега на короткие дистанции, где под влиянием тренировки не только увеличивается удельный вес аэробных окислительных процессов, но работа в условиях рекордной для данного лица скорости становится даже более «анаэробной».

В связи с резкими сдвигами реакции внутренней среды в кислую сторону, а также с изменениями в белковом составе плазмы крови при беге на средние дистанции в моче может быть обнаружен белок в количестве от 0,1 до 1,2%.. Следует отметить, что появление в моче 4% белка при спортивной деятельности не является признаком патологии почек и проходит для организма бесследно.

При беге на короткие дистанции энергетика мышц обеспечивается преимущественно внутримышечными источниками энергии, то при беге на средние дистанции начинают использоваться и внемышечные источники (гликоген печени). Именно поэтому весьма значительно повышается уровень сахара в крови (до 150-240 мг%).

Характерной особенностью бега на средние дистанции является «мертвая точка» - внезапное резкое понижение работоспособности, преодолеваемое, усилием воли. При беге на 800 м она наступает на 60-80-й сек., а при беге на 1500 м - на 2-3-й мин. Восстановительный период после бега на средние дистанции длится от 1-2 час.

Бег на длинные дистанции и спортивная ходьба. Бег на длинные дистанции (3000-10 000 м) характеризуется устойчивым состоянием, уровень которого может быть различным, и преобладанием дыхательного ресинтеза АТФ над анаэробным. Кислородный долг составляет всего от 15 до 30% кислородного запроса. Анаэробный ресинтез АТФ происходит в начале бега, постепенно уступая место дыхательному. В качестве субстратов окисления используется главным образом сахар, получаемый мышцами из крови, а также кетоновые тела и липоиды. Использование последних наиболее значительно при беге на 10 000 м.

Содержание молочной кислоты в крови при беге на длинные дистанции повышается меньше, чем при беге на средние дистанции (до 80--120 мг%), причем в начале бега оно больше, чем на финише. Чем выше тренированность спортсмена, тем значительнее снижается уровень молочной кислоты в крови к финишу. Броски и ускорения на протяжении дистанции или во время финиширования могут сильно изменять картину: в результате ускорения начавший было снижаться уровень молочной кислоты может снова повыситься. Таким образом, изменение содержания в крови молочной кислоты при беге на длинные дистанции находится в зависимости и от тактики бега.

В соответствии с повышением уровня молочной кислоты происходит и понижение щелочных резервов крови. Так, на финише бега на 10 000 м резервная щелочность оказывается сниженной всего на 10-12%.

Выделение молочной кислоты с мочой и потом также меньше, чем при беге на средние дистанции; зато потеря фосфатов организмом несколько больше. Белок в моче после бега на длинные дистанции появляется реже, причем количество его в среднем вдвое меньше, чем после бега на средние дистанции.

Изменения содержания сахара в крови не носят закономерного характера; может быть как повышение его, так и понижение, причем понижение обычно наблюдается у легкозатормаживаемых спортсменов и является следствием уменьшения мобилизации сахара, а не углеводных запасов, организма. Кроме изменений в углеводном обмене, при беге на длинные дистанции обнаруживаются отчетливые изменения и в обмене липидов. В крови повышается содержание нейтрального жира вследствие мобилизации его из жировых депо. Повышается также и содержание в крови кетоновых тел, образующихся в результате окисления жирных кислот в печени и используемых мышцами в качестве окисляемого субстрата. Содержание фосфатидов при беге на более короткие из длинных дистанций не изменяется или слегка повышается, а при беге на 10 000 м, на финише, как правило, бывает снижено.

Для бега на длинные дистанции характерны большие потери воды (с потом и с выдыхаемым воздухом), приводящие к значительному снижению веса за время прохождения дистанции (до 1 --1,5 и даже 2 кг). Величина потерь веса зависит от тренированности спортсменов: с повышением тренированности потери веса уменьшаются.

Восстановление изменений, происшедших в организме спортсмена под влиянием бега на длинные дистанции, длится в течение б--12 час, а в ряде случаев -- и в течение почти суток. При этом центр тяжести в восстановительных процессах ложится не на ликвидацию кислородного долга и устранение из крови избыточной молочной кислоты, а на восстановление энергетического потенциала организма, что обеспечивается питанием. мышечный белок биохимический спортсмен

Сравнение бега и спортивной ходьбы на 10 000 м показывает, что изменения молочной кислоты в крови в обоих случаях примерно одинаковы, а снижение содержания сахара в крови в последнем случае наблюдается чаще, повышение нейтрального жира в крови более велико, понижение содержания фосфатидов более значительно. Потери веса при спортивной ходьбе также больше, чем при беге. Бегуны, обладающие высокими возможностями аэробных окислительных процессов, могут бежать 3000 м со скоростью, характерной для дистанции 1500 м. Однако не следует пренебрегать развитием анаэробных биохимических механизмов, так как они широко используются при ускорениях во время бега.

Бег на сверхдлинные дистанции. Бег на сверхдлинные дистанции (15, 20, 30 км и 42 км 195 м) характеризуется прежде всего большой затратой энергии. Потребность в кислороде при марафонском беге достигает 450 л. Если не считать кратковременного «пускового» периода, энергетика всего бега обеспечивается аэробными окислительными процессами с использованием сначала углеводов, а затем (все в большей степени) липидов. Поэтому кислородный долг составляет всего 2--10% кислородного запроса. Повышение уровня молочной кислоты в крови сравнительно невелико, но может довольно широко варьировать в зависимости от тактики бега и степени тренированности спортсмена. Так, на финише после марафонских дистанций уровень молочной кислоты равен от 17 до 70 мг%. В начале бега он всегда больше, чем в конце. Ускорения при марафонском беге отличаются меньшей мощностью, чем при беге на длинные дистанции, а поэтому и сопровождаются меньшим увеличением содержания молочной кислоты в крови.

Выделение молочной кислоты с потом и мочой сравнительна невелико. Почти у всех бегунов на сверхдлинные дистанции на финише в моче обнаруживается белок, что, видимо, связано с изменениями белкового состава крови.

Содержание сахара в крови, как правило, снижается, причем уровень его может падать до 38 мг%. Однако при правильной организации питания (завтрак за 2,5--3 час. до старта и питание на дистанции) он может быть на финише даже повышенным. С повышением тренированности степень снижения уровня сахара в крови уменьшается. То же самое наблюдается и при повышении эмоционального фона. Снижение уровня сахара в крови при беге на все сверхдлинные дистанции, несмотря на большой расход углеводов, объясняется не исчерпанием углеводных запасов организма, а резким ослаблением мобилизации сахара вследствие развития охранительного торможения в центральной нервной системе. Фармакологические вещества, отдаляющие время наступления этой защитной реакции, препятствуют понижению уровня сахара в крови. Кроме того, снизившийся под влиянием бега, он может быть повышен до нормы с помощью введения адреналина, без приема каких-либо пищевых веществ.

При беге на сверхдлинные дистанции происходят те же изменения содержания липидов в крови, что и при беге на длинные дистанции, но снижение содержания фосфатидов в крови более значительно.

Такое длительное выполнение интенсивной работы, как бег на сверхдлинные дистанции, глубоко затрагивает не только углеводный и жировой, но и белковый обмен, что находит выражение в увеличении' выделения азота с мочой. Так, например, в 8-- 10 раз увеличивается выделение мочевой кислоты, указывающее на усиление распада нуклеиновых кислот в результате значительного «изнашивания» тканей. Очень возрастает и выделение мочевины, являющейся конечным продуктом азотистого обмена.

Следует также отметить происходящие при этом большие потери фосфатов (выделение их увеличивается в 2--4 раза) и аскорбиновой кислоты. Вследствие высокой интенсивности обмена веществ и наступающего при утомлении частичного разобщения дыхания х фосфорилированием температура тела при марафонском беге может повышаться до 39,5°.

Потери воды организмом у бегуна-марафонца очень велики, что находит свое выражение в некотором сгущении крови и потере веса тела от 2 до 4 кг. [1, 286]

Прыжки в высоту и метания. Что касается прыжков в высоту и с шестом, а также метаний, то их биохимическая характеристика разработана далеко не достаточно. В настоящее время можно лишь сказать, что эти упражнения по характеру протекания обмена веществ близки, с одной стороны, к бегу на отрезки коротких дистанций, а с другой стороны, -- к гимнастическим упражнениям.

Лыжный спорт

Лыжные гонки. Наиболее распространенными дистанциями являются 15, 30 и 50 км для мужчин, 5 и 10 км для женщин. Для лыжных гонок характерно отсутствие нагрузок максимальной и субмаксимальной мощности. Если в легкой атлетике различные дистанции резко отличаются друг от друга средней скоростью бега (от 4,62 до 9,61 м/сек), то в лыжном спорте разница в скорости движения на различных дистанциях незначительна (от 4 до 5 м/сек). Таким образом, лыжные дистанции различаются не столько мощностью, сколько количеством совершаемой работы.

По протеканию биохимических процессов лыжные гонки на равнине приближаются к бегу на длинные и сверхдлинные дистанции. Энергетическое обеспечение работы на всех основных лыжных дистанциях достигается почти исключительно аэробными окислительными процессами. Кислородный долг составляет всего от 3 до 15% кислородного запроса, а под влиянием тренировки еще более снижается. В соответствии с этим и изменения уровня молочной кислоты в крови невелики. У хорошо тренированных лыжников он составляет на финише от 25 до 40 мг%. Однако у недостаточно тренированных он иногда превышает 100 мг%. Понятно, что изменения резервной щелочности и активной реакции крови также невелики, водородный показатель крови изменяется лишь в пределах сотых долей; в гонках на 30 и 50 км он вообще не изменяется.

Преодоление подъемов приводит к значительному увеличению относительной величины кислородного долга, а следовательно, и к значительному усилению анаэробного гликолиза. В результате этого гонки по пересеченной местности сопровождаются большим повышением содержания молочной кислоты (70 мг% и более), чем гонки на ту же дистанцию по равнине. Учитывая же, что лыжные состязания нередко проводятся в горной местности, на высоте 1500--2000 м, следует иметь в виду, что удовлетворение потребности организма в кислороде еще более затрудняется со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Удельный вес анаэробного гликолиза (а следовательно, и содержание молочной кислоты в крови) во время гонок зависит от ряда факторов: скольжения, рельефа местности и т. д. Чем хуже скольжение, чем труднее рельеф местности, тем, как правило, ниже уровень устойчивого состояния (при сохранении той же скорости движения, какая бывает при хорошем скольжении). Естественно, что уровень молочной кислоты на финише зависит и от тактики гонок (ускорения), но в меньшей степени, чем в легкоатлетическом беге, где возможности изменения скорости гораздо больше. Хотя лыжные гонки на различные дистанции мало отличаются по мощности работы, все же повышение уровня молочной кислоты в крови в гонках на более короткие дистанции, и особенно в эстафетах, несколько выше, чем в гонках на длинные и сверхдлинные дистанции. При этом в последнем случае в начале гонок содержание молочной кислоты в крови, как правило, выше, чем в конце.

В связи со сравнительно небольшим повышением в крови уровня молочной кислоты выделение ее с мочой тоже невелико, а в ряде случаев его может и не быть. Однако, несмотря на это, наличие белка в моче (альбуминурия) у лыжников во время гонок-- весьма частое явление. Белок может составлять 4--10%.-Эти данные заставляют пересмотреть вопрос о связи между повышением уровня молочной кислоты в крови и появлением белка в моче у спортсменов. Эта связь тем более должна быть взята под сомнение, что альбуминурия отмечается и у прыгунов с трамплина, и у парашютистов, деятельность которых не связана со сколько-нибудь значительным повышением уровня молочной кислоты в крови, но сопровождается сильными эмоциями. Причины альбуминурии, наблюдаемой у спортсменов, следует искать прежде всего в изменениях белкового состава крови и физико-химических свойств почечного фильтра, наступающих в результате центральных нервных влияний.

Подобно тому как легкоатлетический бег на короткие дистанции является одним из лучших средств развития биохимических механизмов анаэробного ресинтеза АТФ, лыжные гонки -- прекрасное средство для развития аэробных окислительных механизмов.

Биатлон по своей биохимической характеристике приближается к лыжным гонкам на дистанции 18--20 км, однако степень повышения уровня молочной кислоты в крови во время биатлона меньше вследствие перерывов в гонке (для стрельбы), а степень повышения сахара в крови -- больше вследствие значительного эмоционального возбуждения.

Прыжки с трамплина и слалом в биохимическом отношении изучены совершенно недостаточно, что не позволяет дать их биохимическую характеристику. Следует лишь отметить, что оба эти вида лыжного спорта отличаются значительным повышением содержания сахара в крови.

Что касается классического лыжного двоеборья, то в своей гоночной части оно по биохимической характеристике близко к лыжным гонкам на дистанции до 20 км.

Конькобежный спорт

1. Скелетная мышца содержит 75--80% воды и 20--25% сухого остатка. 85% сухого остатка составляют белки; остальные 15% слагаются из различных азотсодержащих и безазотистых экстрактивных веществ, фосфорных соединений, липоидов и минеральных солей. Мышечные белки. Белки саркоплазмы составляют до 30% всех белков мышцы. Миозин является важнейшей составной частью сократительного комплекса и одновременно обладает ферментативной (аденозинтрифосфатазной) активностью, катализируя расщепление аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) на АДФ и ортофосфат. При мышечной деятельности Г-актин переходит в Ф-актин. Последний легко объединяется с миозином, образуя комплекс, носящий название актомиозина и являющийся сократительным субстратом мышцы, способным производить механическую работу.

2. АТФ является непосредственным источником энергии не только различных физиологических функций (мышечных сокращений; нервной деятельности, передачи нервного возбуждения, процессов секреции и т. д.), но и происходящих в организме пластических процессов (построения и обновления тканевых белков, биологических синтезов). Усиление специфической функциональной деятельности всегда сопровождается увеличением расходования АТФ и, следовательно, уменьшением возможности использования ее для биологических синтезов.

Как известно, в тканях организма, в том числе и в мышцах, постоянно идет обновление их белков, однако процессы расщепления и синтеза строго сбалансированы и уровень содержания белков сохраняется постоянным.

3. Следовательно, для того чтобы в каждом конкретном случае составить представление о биохимических изменениях, происходящих в организме спортсмена, следует творчески использовать данные, характеризующие обмен веществ при различных формах спортивной работы, учитывая условия, в которых эта работа совершается.

Список использованной литературы