Краткий курс спортивной биохимии (Конспект), страница 8

Первый механизм ресинтеза АТФ – креатинфосфатный (можно встретить как алактатный, поскольку молочная кислота не образуется). Назван он в честь соединения креатина и фосфора, которое, при наличии АДФ (двуфосфорного соединения) и специального фермента, отдает ей свой фосфор, вследствие чего образуется новая молекула АТФ и свободный креатин. Этот механизм имеет самые большие мощность и скорость развертывания, поскольку его реакция очень простая, но самую маленькую емкость – креатинфосфата в мышцах очень мало, у обычного человека его запасов хватит всего на 10 с максимально-интенсивной работы.

Второй по мощности механизм – анаэробный гликолиз. Анаэробный – потому, что происходит без участия кислорода, гликолиз – потому, что основной энергосубстрат углеводы. Еще этот механизм называют лактатным, ведь побочным продуктом реакции является молочная кислота. Не путайте молочную кислоту и лактат. Лактат – это соль молочной кислоты, образуется тогда, когда первая попадает в кровь. Количество лактата в крови косвенно отображает то, насколько анаэробный гликолиз участвовал в энергообеспечении работы. Мощность данного механизма в 1,5-2 раза ниже, чем у креатинфосфатного. Максимальная мощность анаэробного гликолиза достигается уже через 20 с максимально-интенсивной работы. Поскольку количество углеводов в мышцах и различных депо довольно большое, время выполнения работы с помощью этого механизма ограничивается способностью сопротивляться закислению.

 Следующие два механизма можно рассматривать вместе, хотя они имеют значительные отличия. Обычно в литературе аэробные гликолиз и липолиз не различают, поскольку на финише протекающие реакции в них идентичны. Разница лежит в том, что для обработки углеводов нужно меньше действий, чем для жиров. Отсюда разная скорость развертывания, которая, для гликолиза составляет 4-5 минут, для липолиза 10-20 минут. Мощность этих механизмов существенно не отличается, и составляет 0,5 мощности креатинфосфатного. А вот их эффективность сильно различается. Поскольку при одном и том же количестве потребляемого кислорода с помощью липолиза можно выполнить большее количество работы (т.е. восстановить больше АТФ), при этом выделение углекислого газа также будет меньше, что в свою очередь оставит больший буфер для нейтрализации лактата при увеличении интенсивности работы. В общем липолиз намного эффективнее. У спортсменов высокого класса преобладает аэробный липолиз, у менее опытных – гликолиз. Время выполнения работы с помощью данных систем энергообеспечения зависит от запасов энергосубстрата: углеводов хватит на 2-3 часа работы, жиров – на, более чем 24. Из этого выплывает, что аэробные механизмы обеспечивают работу шоссейников, кросс-кантрийщиков, марафонцев, триатлонистов и т.д. 

Оставшийся, миокиназный механизм в подробном описании не нуждается, он представляет собой резерв на случай экстремальных ситуаций, например, когда исчерпаны ресурсы всех остальных механизмов, или когда идет борьба за жизнь (по сути, и первое и второе одно и то же). В спорте он большой роли не играет.

1. Соотношение процессов аэробного и анаэробного процессов ресинтеза АТФ в упражнениях разной мощности и длительности.

Независимо от характера и длительности мышечной работы, источником энергии всегда является расщепление АТФ. Однако, чтобы работа продолжалась во времени, необходимо восстановление (ресинтез) АТФ. Участие различных реакций ресинтеза АТФ в динамике мышечной деятельности можно представить графически (3.7).

Из графика следует, что в первые 2-3 сек. работы – работа осуществляется за счет расщепления АТФ. С 3 по 20 секунду – ресинтез АТФ обеспечивается алактатной КФКР. С 30 по 40 сек. – происходит максимальная интенсификация ресинтеза АТФ за счет гликолитического фосфорилирования (гликолиза). В дальнейшем происходит постепенное, все в большей степени, превалирование дыхательного фосфорилирования (например, аэробного окисления глюкозы).

Таким образом, в начале всякой работы, а при работе максимальной и субмаксимальной интенсивности, на всем ее протяжении, ресинтез АТФ осуществляется анаэробным путем: сначала за счет КФ, а затем за счет гликолиза. По мере продолжения работы – гликолиз постепенно сменяется аэробным окислением.

+В зависимости от интенсивности работы наблюдается то или иное соотношение анаэробного и дыхательного фосфорилирования. Установлено, что если общая доля участия алактатного и гликолитического анаэробных процессов при выполнении упражнений составляет 60 % от энергетического запроса, то такие упражнения называются упражнениями анаэробного характера. Если аэробный процесс составляет 70 % и более – это упражнения аэробного характера. Если аэробные и анаэробные процессы имеют равное значение, то такие упражнения называются упражнениями аэробно-анаэробного (т.е. смешанного) характера. График в тетради

Исходя из мощности работы и механизмов энергообеспечения все циклические упражнения, согласно классификации Фарфеля, разделяют на четыре зоны: максимальную, субмаксимальную, большую и умеренную. Предельная длительность работы в зоне максимальной мощности составляет 25—30 с, в зоне субмаксимальной мощности — от 30 с до 3—5 мин, в зоне большой мощности — от: до 50 мин, а в зоне умеренной мощности — от 50—60 мин до 4—5 ч.

Работа в зоне максимальной мощности обеспечивается энергией основном за счет АТФ и КрФ, частично — за счет гликолиза. Однако скорость гликолиза в этой зоне не достигает своих максимальных значении поэтому содержание молочной кислоты в крови обычно не превышает 1,5 г • л^-1.

Энергетическое обеспечение работы в зоне субмаксимальной мощности осуществляется в основном за счет анаэробного гликолиза, что приводит к большому накоплению молочной кислоты в крови (концентрация ее может достигать 2,5 г • л^-1 и более).

При мышечной работе в зоне большой мощности основную роль играют аэробные источники энергии при достаточно высоком уровне развития гликолиза. Доля анаэробных процессов в энергообеспечении работы быстро уменьшается по мере увеличения ее продолжительности.

Наименее интенсивные упражнения в зоне умеренной мощности выполняются при максимуме аэробного производства энергии. Кислородный запрос может достигать 500—1500 л, кислородный долг не превышает 5 л. В моче в значительном количестве появляются продукты распада белков. Отмечается большая потеря организмом воды и минеральных солей.

К анаэробным упражнениям относятся: 1 — упражнения максимальной анаэробной мощности (до 15—20 с); 2 — близкой к максимальной (до 20—45 с); 3 — субмаксимальной анаэробной мощности (до 45—120 с). К аэробным упражнениям относятся: 1 — упражнения максимальной аэробной мощности (3—10 мин); 2 — близкой к максимальной (10—30 мин); 3 — субмаксимальной (30—80 мин); 4 — средней (80—120 мин);5 — малой аэробной мощности (более 2 ч).

1. Биохимические сдвиги при работе.

В процессе мышечной деятельности изменяется скорость энергетического обмена в сердечной мышце (миокарде). Сердечная мышца пронизана густой сетью кровеносных капилляров, доставляющих большое количество кислорода, и имеет высокую активность ферментов аэробного обмена, поэтому в ней преобладают аэробные энергетические реакции. В состоянии относительного покоя основными источниками энергии для сердечной мышцы являются жирные кислоты, кетоновые тела и глюкоза, доставляемые кровью. При напряженной мышечной деятельности миокард усиленно поглощает из крови и окисляет молочную кислоту, поэтому запас гликогена в нем почти не расходуется. В головном мозгу во время мышечной деятельности усиливается энергетический обмен, что выражается в увеличении потребления мозгом глюкозы и кислорода из крови, повышении скорости обновления гликогена и фосфолипидов, усилении распада белков и накоплении аммиака. Мозг, как и сердце, снабжается энергией за счет аэробных процессов. При работе большой мощности либо при очень продолжительной работе может снижаться запас макроэргических фосфатов в нервных клетках, что является одним из факторов развития утомления.

Биохимические изменения, происходящие в скелетных мышцах во время работы, обычно определяют по содержанию продуктов метаболизма мышц в крови, моче, выдыхаемом воздухе либо непосредственно в мышцах.

Степень вовлечения гликолиза в энергетическое обеспечение мышц можно оценить путем измерения в первые минуты восстановения после работы содержания молочной кислоты в крови, а креатинфосфокиназной реакции — по содержанию в крови продуктов распада КрФ — креатина и креатинина. О включении жиров в энергетические реакции можно судить по содержанию в крови свободных жирных кислот и кетоновых тел. По показателям кислотно-щелочного равновесия можно сделать вывод о способности организма противостоять неблагоприятному действию кислотных продуктов анаэробного обмена и т. п.

Однако содержание промежуточных продуктов обмена в крови зависит т скорости их образования в клетках, диффузии через клеточные мембраны, а также от потребления их различными тканями. Поэтому один и тот же показатель изменения в мышечных клетках, измеренный в крови или печени, будет отражать изменения в тканях с разной степенью точности. Так, о скорости мобилизации углеводных запасов печени свидетельствует содержание глюкозы в крови. В начале работы, а также прикратковременной мощной работе концентрация глюкозы в крови, как правило, повышается, что свидетельствует о повышении скорости мобилизации гликогена и незначительном использовании глюкозы мышцами. При работе в условиях устойчивого состояния ее содержание в крови близко к уровню покоя, так как скорость поступления в кровь и скорость ее использования мышцами примерно одинаковы. При длительной работе концентрация глюкозы в крови может быть ниже уровня покоя, поскольку снижаются запасы гликогена печени и скорость его мобилизации, а потребность тканей в глюкозе продолжает оставаться высокой.

Молочная кислота — сильная кислота, образующая при диссоциации значительное количество водородных ионов. Часть их может быть связана буферными системами клеток и крови, при этом в крови главную роль играет бикарбонатный, а в клетках — белковый буфер. Когда емкость буферных систем исчерпывается, происходит сдвиг активной среды в кислую сторону. В закислении среды участвуют и такие кислоты, как угольная фосфорная, пировиноградная и др. Мышечная работа вызывает изменение содержания в крови белков и продуктов их распада. Отмечается увеличение содержания белков в плазме крови (в частности, белков-ферментов) за счет их выхода из работающих мышц, а также изменяется соотношение между различными белками крови, увеличивается количество продуктов белкового распада — аминокислот, поступающих из мышечных клеток и печени, аммиака, мочевины. Изменения белкового обмена зависят от длительности работы. Так, при кратковременной работе выход белков из тканей в кровь незначителен, а при длительной работе, когда проницаемость клеточных мембран сильно изменяется, белок может проникать через клеточные мембраны почек и появляться в моче. Уровень аммиака особенно возрастает в случае, когда не устанавливается устойчивое состояние метаболизма, а также при длительной утомительной мышечной нагрузке. Длительная работа приводит также к увеличению содержания в крови мочевины.

43. Образование кислородного долга при мышечной работе.

В состоянии покоя деятельность различных функций отрегулирована соответственно невысокому уровню кислородного запроса и энергообеспечения.

При переходе от состояния покоя к интенсивной мышечной деятельности потребность в кислороде возрастет во много раз, однако сразу она не может удовлетворена. Нужно время, чтобы усилилась деятельность систем дыхания и кровообращения, и чтобы кровь, обогащенная кислородом, могла дойти до работающих мышц.

В связи с тем, что транспорт кислорода усиливается постепенно, в начале любой работы сокращение мышц осуществляется в основном в анаэробных условиях.

Количество кислорода, которое необходимо организму, чтобы полностью удовлетворить энергетические потребности за счет анаэробных процессов, называется кислородным запросом работы. При интенсивной работе реальное потребление кислорода – кислородный приход – составляет только часть кислородного запроса.

Разница между потребностью организма в кислороде во время периода врабатывания и его реальным поступлением называется кислородным дефицитом. При нетяжелых нагрузках дефицит кислорода покрывается еще во время самой работы. При выполнении субмаксимальных и максимальных физических упражнений возникающий дефицит кислорода ликвидируется после завершения работы, составляя часть общего кислородного долга.

При работе максимальной мощности огромный кислородный запрос (порядка 8 л или в пересчете на 1 мин ~ 40 л) во время работы удовлетворяется крайне незначительно (менее 0.1л), но кислородный долг не успевает достичь большой величины из-за кратковременности нагрузки. При работе субмаксимальной мощности, потребление кислорода удовлетворяет на дистанции лишь 1/3 очень высокого кислородного запроса (на разных дистанциях от 2.5 до 8.5 л/мин), а кислородный долг, составляющий 50-80% от запроса, возрастает у высококвалифицированных спортсменов до предельной величины — порядка 20-22 л. При работе большой мощности - кислородный долг, составляя 10-30% от запроса, при большой длительности работы достигает к концу дистанции достаточно большой величины (12-15 л). При работе умеренной мощности потребление кислорода составляет около 70-80% максимального потребления кислорода и практически покрывает кислородный запрос во время работы, так что кислородный долг к концу дистанции составляет менее 4 л, а концентрация лактата почти не превышает нормы (около 1-2 мМоль/л).

Восстановление кислородного запаса организма, фосфагенов, углеводов отражается в повышенном по сравнению с дорабочим уровнем потреблении кислорода – кислородном долге. Процесс отдачи кислородного долга состоит в избыточном расходовании кислорода сверх уровня покоя за время периода восстановления. Дополнительно потребляемый кислород обеспечивает организм энергией, необходимой для осуществления всех восстановительных процессов.

Кислородный долг всегда больше кислородного дефицита, и чем больше интенсивность и продолжительность работы, тем значительнее это различие.

44. Биохимическая характеристика утомления.

Выполнение организмом напряженной или длительной работы, физической (жим штанги, вспашка огорода) или умственной (шахматный тур, компьютерное программирование) вызывает в обмене веществ изменения, организм их чувствует как утомление. Утомление – состояние нормальное (а не патологическое, как после допинга) для здорового организма и, главное, временное. «Автоматическое» снижение работоспо­собности в состоянии утомления выполняет защитную функцию для организма (особенно, неразумного). При выполнении физической работы интенсивной или длительной (а не ленивого поворачивания себя с боку на бок) во внутренней среде организма накапливаются продукты обмена мы­шечной деятельности, проявляются неблагоприятные биохимические и функциональные сдвиги.

Из них наиболее заметные и симптоматичные для состояния утомления, следующие:

1. Нарушение в работе ЦНС: уменьшение концентрации АТФ в нервных клетках и снижение скорости синтеза ацетилхолина в синапсах, замедление формирования и передачи двигательных импульсов к работающим мышцам, развитие факторов охранительного торможения.

2. Угнетение деятельности желез внутренней секреции: уменьшение выработки гормонов, снижение активности некоторых ферментов. В первую очередь снижается активность миофибриллярной АТФ-азы, отвечающей за образование спайки при преобразовании химиче­ской энергии в механическую работу. Снижение скорости расщепления АТФ автоматически уменьшает мощность миофибриллярной работы. Второй фактор – уменьшение активности ферментов аэробного окисления и нарушение нормального фосфорилирования. Организм вынужден поддерживать ресинтез АТФ до необходимого уровня за счет вторичного гликолиза (что ведет к закислению внутренней среды) и усиления распада белков (а это – причина повышенного содержания мочевины в крови).