Цель занятия: Изучить динамику биохимических процессов при разных видах
работы и при утомлении.
Мышечная деятельность приводит к многообразным изменениям обмена
веществ, химизма органов и тканей. Изменения происходят не только в
мышцах и органах, непосредственно связанных с обеспечением физической
работы (сердце, легкие, и др.), но и во многих других органах и тканях,
происходит перестройка обмена веществ всего организма. Совершенствуется
нервная и гормональная регуляция обмена веществ. Усиливается поступление
кислорода в организм и его транспорт к работающим органам и тканям.
При мышечной работе увеличивается потребление кислорода ( в 20-30 раз и
даже по сравнению с уровнем покоя), потребность же организма в нем
(«кислородный запрос») удовлетворяется не полностью, иногда лишь на 10 %
и даже на 3-5 % от необходимого. Такая работа может выполняться
непродолжительное время, так как обеспечивается в основном за счет
внутримышечных механизмов энергообеспечения, которые ограничены. Это
временное несоответствие между потребностью в кислороде и его
потреблением, наблюдается, как правило, в начале работы и быстро
ликвидируется благодаря перестройке обмена. Наступает состояние, при
котором потребление кислорода соответствует потребности в нем. Это так
называемое устойчивое состояние по потреблению кислорода. Наличие этого
состояния является условием для осуществления любой продолжительной
работы.
, При мышечной деятельности увеличивается скорость реакций распада АТФ и
следовательно, активизируются процессы анаэробного и аэробного ресинтеза
АТФ. Участие анаэробных процессов в энергообеспечении работы мышц
приводит к снижению запасов креатинфосфата, используемых впервые
секунды, и гликогена мышц.
При длительных упражнениях начинает использоваться и гликоген печени,
так как запасов гликогена мышц оказывается недостаточно. В мышцах и
крови накапливаются продукты анаэробного обмена: креатин, неорганический
фосфат, молочная кислота. С увеличением длительности работы в
энергообеспечении мышц в основном начинают использоваться продукты
распада жиров – жирные кислоты и кетоновые тела. Таким образом,
усиливается мобилизация энергетических ресурсов организма, что приводит
к повышению содержания в крови глюкозы, жирных кислот, глицерина,
кетоновых тел.
Продолжительная напряженная мышечная работа вызывает усилие распада
белков и увеличение в крови продуктов белкового обмена (мочевины).
Таким образом, под влиянием физических упражнений происходят
многообразные изменения обмена: повышение уровня окислительных
процессов, распада энергетических запасов мышц (гликоген, триглицериды),
мобилизация резервных питательных веществ организма (жирные кислоты,
глицерин из жировой ткани, глюкоза из гликогена печени), поступление в
кровь и доставка к мышцам и другим интенсивно работающим органам.
Наряду с усилением процессов обмена, направленных на энергообеспечение
мышечной работы, в организме происходит снижение интенсивности процессов
биосинтеза (белков и др.), угнетение процессов пищеварения, снижение
скорости всасывания питательных вещества из кишечника и др. изменения.
Выполнение физических упражнений сопряжено со значительным повышением
теплопродукции, что в свою очередь приводит к изменениям водно-солевого
обмена в организме: потере воды, потере и перераспределению в организме
минеральных солей и ионов.
Мышечная деятельность характеризуется усилением выработки гормонов и
повышение их содержания в крови.
Степень выраженности изменений обмена в организме, сдвиги внутренней
среды находятся в зависимости от мощности и продолжительности
выполняемых упражнений, режима деятельности мышц, количества участвующих
в работе мышечных групп и других особенностей работы.
Различия в характере метаболических процессов при разных видах работы
определяются особенностями ее энергетического обеспечения. Они лежат в
основе классификации мышечных упражнений на зоны относительной мощности:
максимальной, субмаксимальной, большой и умеренной.
Зависимость биохимических процессов от мощности выполняемых упражнений и
ее длительности выражается в том, что чем выше мощность, а,
следовательно, больше скорость распада АТФ, тем в большей степени
выражены анаэробные процессы ресинтеза АТФ. Мощность упражнения, при
которой впервые обнаруживается усиление анаэробных реакций, называется
порогом анаэробного обмена (ПАНО). У спортсменов он составляет 60-75% от
критической мощности, т.е. от мощности, при которой достигается
максимальное потребление кислорода (МПК). Мощность работы связана
обратно пропорциональной зависимостью с ее продолжительностью.
Предельная длительность работы в зоне максимальной мощности составляет
12-20 сек., на уровне 90-100 % МПО2 и работа обеспечивается
энергией в основном за счет креатинфосфата и частично за счет гликолиза.
В зоне субмаксимальной мощности – на уровне 80-90 % МПО2, работа
продолжается от 20 сек, до 2-3 мин., иохимического контроля в спорте.
энергетическое обеспечение такой работы идет за счет гликолиза, о чем
свидетельствует высокое содержание молочной кислоты в крови.
Длительность работы в зоне большой мощности (50-70 % МПО2) составляет до
30 мин. и основное значение в обеспечении энергией приобретают аэробные
процессы.
Наиболее интенсивные упражнения в зоне умеренной мощности (25-50 %
МПО2), продолжительность которой может составлять до 4-5 часов,
совершаются при максимуме аэробных процессов производства энергии. С
точки зрения биоэнергетики полярные мощности физической нагрузки
значительно различаются, и эти различия характеризуют степень и
обратимость метаболических сдвигов, различные механизмы «запуска» и
разный фон, на котором начинаются и протекают восстановительные
процессы.
Значительное влияние на характер и глубину биохимических изменений при
мышечной работе оказывает режим деятельности мышц (статический,
динамический, смешанный).
Статический режим работы мышц снижает скорость кровообращения, в
результате чего затрудняется снабжение мышц кислородом, питательными
веществами, снижается скорость устранения продуктов обмена.
Биохимические изменения при такой работе связаны в основном с участием
анаэробных процессов ресинтеза АТФ.
При динамическом режиме работы обеспечивается значительно лучшее
снабжение тканей кислородом. В такой работе велика доля участия
аэробного производства энергии.
Особенности энергетического обмена и характер биохимических изменений
при мышечной деятельности определяются участием разного количества
мышечных групп, участвующих в работе (локальных, региональных,
глобальных).
Региональная и глобальная работы, при которых участвуют более 3/4 всех
мышц тела (бег, плавание, лыжные гонки и т.д.) вызывают значительные
биохимические изменения во всех органах и тканях организма. При
выполнении такой работы усиливается деятельность дыхательной и сердечно
- сосудистой систем, мышцы лучше обеспечиваются кислородом и обеспечение
энергией происходит за счет аэробных процессов.
Локальная работа, в которой участвует 1/4 всех мышц тела, в организме в
целом вызывает незначительные биохимические сдвиги.
В энергетическом обеспечении локальной работы велика доля анаэробных
процессов.
При мышечной деятельности развивается состояние утомления, для которого
характерно временное снижение работоспособности. В зависимости от
интенсивности и длительности работ утомление может развиваться быстро
или нарастать медленно. Поэтому различают две формы утомления:
1) быстро развивающееся и
2) медленно нарастающее.
В обоих случаях утомления возникают биохимические изменения в мышцах,
характеризующиеся снижением содержания АТФ, К/Ф и гликогена, однако, они
неспецифичны.
Обе формы утомления по происходящим биохимическим изменениям в мышцах и
головном мозге нетождественны, хотя и имеют общие черты. Это снижение
содержания АТФ, КФ и гликогена, и повышение уровня АДФ (правда, в мозге
оно менее значительно и кратковременно). Специфичным для обеих форм
утомления в мышцах являются снижение активности АТФ-азы миозина и
возможностей выделения и поглощения Са2+саркоплазматическим ретикулом –
параметров, непосредственно связанных с сокращением и расслаблением
мышцы. К этому присоединяется и нарушение проводимости в нервно-мышечном
синапсе. Что объясняется затруднением ресинтеза ацетилхолина из-за
нехватки АТФ как источника энергии. В самой общей форме утомление можно
охарактеризовать как обратимое нарушение физиологического и
биохимического гомеостаза, которое компенсируется в послерабочем
периоде. Утомление связано с большим или меньшим исчерпанием резервных
возможностей организма продолжать работу. Причина возникновения
утомления многообразны и в настоящее время окончательно не выяснены:
слишком различаются по структуре, напряженности и характеру физические
нагрузки, ведущие к утомлению.
При работе максимальной мощности энергообеспечение идет в основном за
счет распада готовых фосфагенов в сокращающихся мышцах. Запасы их в
переводе на кислородный эквивалент составляют примерно 40 мл/кг О2, но
не более половины спортсмен может реализовать в предельно напряженной
работе. Наибольший выход ее не превышает 83,74-104,67 кДж (Борилкевич
В.Е., 1982). Поскольку работа такого темпа продолжается за очень
короткие интервалы времени, функция кардиореспираторного аппарата и
состояние обмена приобретают ведущее значение лишь в восстановительном
периоде.
Утомление, возможно, связано с несостоятельностью центрального механизма
организации и координации движений такого темпа. Вероятны нарушения
синаптической передачи на уровне – двигательное окончание – мышечное
волокно вследствие остаточной деполяризации электровозбудимых мембран и
развития парабиоза. Запасы фосфагенов, определяемые в мышце, суммарно
могут быть пространственно недоступными для сократительных белков и
работы ионных насосов из разных секторов клетки.
Работа субмаксимальной мощности на 40-80 % покрывается за счет
анаэробных процессов. Максимально реализуемый энергетический выход
гликолиза в кислородных эквивалентах оценивается у молодых мужчин
примерно в 55-80 мл/кг 02, до 200 мл/кг 02 и более у
высококвалифицированных спортсменов (Борилкевич В.Е.,1982). Работа
завершается на фоне наибольших сдвигов гомеостаза: выраженной
лактацидемии, ацидоза (до рН 6,8-6,9 в крови высокотренированных
спортсменов), гипогликемии, обеднения запасов гликогена в мышцах и
печени, снижения ударного объема сердца. Основную роль в возникновении
утомления видят в общих и местных (в работающих мышцах) сдвигах обмена и
в неспособности организма компенсировать далее острые нарушения
гомеостаза.
При работе большой мощности явно преобладает аэробный путь
энергообеспечения (75-97 %) и эффективность его, повидимому, зависит в
основном от состояния кардиореспираторного аппарата и српособности
организма длительно компенсировать нарастающие сдвиги кислотно-щелочного
состояния, гипогликемию (энергетический голод мозга), нарушение
терморегуляции.
Работа умеренной мощности характеризуется практически полным аэробным
энергообеспечением и возможностью длительного выполнения. Утомление,
по-видимому, обусловлено суммой причин: истощением углеводного резерва и
нарушением питания мозга, накоплением и ухудшением функций митохондрий,
нарушениями терморегуляции и способности устойчиво регулировать и
поддерживать гомеостатические механизмы. С исчерпанием этой способности,
в том числе резервов кардиореспираторной системы, и связано прекращение
работы.
Вопросы к занятию
1. Зависимость биохимических процессов в организме от характера мышечной
деятельности.
2. Характеристика биохимических изменений в организме при выполнении
упражнений в различных зонах мощности.
3. Особенности биохимических процессов при различных режимах
деятельности мышц.
4. Характеристика биохимических изменений в организме при выполнении
упражнений с участием различного количества мышечных групп.
5. Механизм образования кислородного долга.
6. Биохимические изменения в организме при утомлении:
а) изменения в ЦНС;
б) изменения в мышцах;
в) понятие о доминирующей функции и «ведущем» звене утомления;
г) развитие охранительного торможения и роль – аминомасляной кислоты
(ГАМК).