· Креатин-фосфокиназная реакция (фосфогенный или алактатный анаэробный процесс), где Ресинтез АТФ происходит за счёт перефосфорилирования между креатинфосфатом и АДФ;
· Миокиназная реакция, при которой Ресинтез АТФ осуществляется за счёт дефосфорилирования определённой части АДФ;
· Гликолиз (лактацидный анаэробный процесс), где Ресинтез АТФ осуществляется по ходу ферментативного анаэробного расщепления углеводов, заканчивающего образованием молочной кислоты.
Для количественной оценки процессов анаэробного и аэробного преобразования энергии при мышечной деятельности используются три основных критерия:
ü Критерии мощности, оценивающий скорость преобразования энергии в данном процессе;
ü Критерии емкости, отражающий общие запасы энергетических веществ или количество освобождаемой энергии и выполненной работы;
ü Критерии эффективности, который показывает соотношение между энергией, затраченной на Ресинтез АТФ, и общим количеством энергии, выделенной в ходе данного процесса.
Анаэробные и аэробные процессы преобразования энергии заметно различаются по мощности, емкости и эффективности. По этим параметрам анаэробные процессы имеют преимущество при выполнении кратковременных упражнений высокой интенсивности, а аэробные - при длительной работе умеренной интенсивности.
Энергетическое обеспечение мышечной деятельности в зависимости от её характера и длительности.
При переходе от состояния относительного покоя к интенсивной мышечной деятельности потребность организма в кислороде возростает во много раз. Однако сразу же эта повышенная потребность не может быть удовлетворена, так нужно известное время для того, чтобы усилилась деятельность систем дыхания и кровообращения и чтобы кровь, обогащенная кислородом, смогла дойти до работающих мышц. Поэтому начало всякой интенсивной работы происходит в условиях неудовлетворенной потребности организма в кислороде (кислородный дефицит).
Если работа совершается с максимальной интенсивностью и длится короткое время, то поглощение кислорода не успевает во время работы достигнуть максимальной величины. При этом потребность в кислороде так велика, что даже и максимально возможное поглощение кислорода не могло бы удовлетворить её. Чем меньше интенсивность работы и больше длительность, тем лучшие условия создаются для удовлетворения потребности организма в кислороде.
При работе умеренной интенсивности может установиться соответствие между потребностью организма в кислороде и фактическим его потреблением, так называемое, устойчивое состояние. Однако устойчиво состояние возможно только при работе постоянной умеренной интенсивности. Всякое увеличение мощности работы по ходу её (успокоения, спурты) приводит к повышению потребности в кислороде, которая сразу же не может быть удовлетворена. В этих случаях также временно возникают несоответствие между потребностью в кислороде и её удовлетворением, т.е. кислородная задолженность и аэробные условия, которые ликвидируются лишь при возвращении к работе прежней интенсивности.
При более длительной интенсивной работе всё в большей степени используется гликолиз. Интенсивная работа длительностью более 5-10 сек. всегда сопровождается повышением содержания молочной железы в крови, образующейся в мышцах в результат быстрого протекающего процесса гликолиза. Наибольших величин оно достигает при выполнении упражнений максимальной и субмаксимальной интенсивности. (бег на 100, 200, 400м).
При выполнении упражнений средней и умеренной интенсивности, но большей длительности ресинтеза АТФ за счёт креатинфосфата и гликолиза имеет место лишь в начале работы, а затем постепенно сменяется дыхательным фосфорилированием. Содержание молочной кислоты в крови, повысившееся в начале работы, по мере её продолжения постепенно снижается, а к кону работы может достигать даже нормально уровня, так как молочная кислота в процессе подвергает аэробному окислению до углекислоты и воды, а частично используется для ресинтеза углеводов.
При работе различной интенсивности и длительности в качестве субстратов, окисляемых дл ресинтеза АТФ, используются различные вещества в зависимости от степени снабжения организма кислородом. В условиях аэробного гликолитического ресинтеза АТФ расщепляется преимущественно находящийся в мышцах гликоген, содержание которого по мере продолжения работы снижается. Свободная глюкоза, приносимая к мышцам кровью, используется при этом мало. Для вовлечения в процесс гликолиза требуется её фосфорилирование, происходящее с участием АТФ. Содержание АТФ, расходуемое на энергетическое обеспечение мышечных сокращений, в этих условиях снижено. Расходование же гликогена в этих условиях происходит без затруднений, так как для образования из него гексозофосфорных эфиров требуется неограниченная фосфорная кислота, содержание которой в мышцах даже повышенно вследствие расщепления АТФ.
4. Биохимические изменения в организме при отдыхе
В период отдыха ликвидируются те биохимические изменения в мышцах и других органах и тканях организма, которые были вызваны мышечной деятельностью.
Мышечная деятельность как процесс, требующий определённой затраты энергии, сопровождается расщеплением АТФ, химическая энергия которой преобразуется в механическую энергию мышечных сокращений.
Во время мышечной деятельности для ресинтеза АТФ интенсивно расходуются различные вещества; в мышцах - креатинфосфат, гликоген, жирные кислоты, кетоновые тела; в печени происходит расщепление гликогена с образованием сахара, переносимого кровью к рабочим мышцам, сердцу и головному мозгу; усиленно расщепляются жирные кислоты и т.д.
Мышечная деятельность сопровождается увеличением активности ряда ферментов, катализирующих реакции обмена веществ; возрастает активность аденозинтрифосфатазы, фосфорилазы, гексокиназы, различных дегидрогеназ, цитохромоксидазы, протеиназ и липаз; интенсивнее протекают гликолиз и аэробное окисление.
При утомлении возможно снижение активности ряда ферментов, но в период отдыха она не только быстро восстанавливается, но и может превосходить исходный, дорабочий уровень; при тяжелом утомлении активность ферментов долгое время остается сниженной.
Период отдыха характеризуется высокой интенсивностью аэробного окисления и дыхательного фосфорилирования, которое дают энергию для активно идущих пластических процессов. Потребление кислорода в период отдыха после интенсивной мышечной деятельности всегда повышенно. В зависимости от общей направленности биохимических сдвигов в организме и времени, необходимого для их возвращения к норме, выделяются два типа восстановительных процессов – срочное и отставленное восстановление.
Срочное восстановление распространяется на первые 0,5 – 1,5 часа отдыха после работы; оно сводиться к устранению накопившихся за время упражнения продуктов анаэробного распада и к оплате образовавшегося О2-долга.
Отставленное восстановление распространяется на многие часы отдыха после работы. Оно заключается в усиливающихся процесса пластического обмена и в реставрации нарушенного во время упражнения ионного и эндокринного равновесия в организме. В период отставленного восстановления завершается возвращение к норме энергетических запасов организма, усиливается синтез разрушенных при работе структурных и ферментных белков.
Наступающая во время отдыха активация ферментных систем аэробного окисления является следствие биохимических изменений, которые происходят в работающих мышцах.
Исследования показали, что интенсивность восстановления и величина и длительность фазы сверхвосстановления зависят от интенсивности процессов расщепления. Чем интенсивнее расходование, тем быстрее идёт ресинтез и тем значительнее выражены явления сверхвосстановления. Исходя из этого, после упражнений максимальной и субмаксимальной мощности процессы биохимической реституции будут протекать быстрее, чем после более длительных упражнений средней и умеренной мощности. После очень длительной работы (марафонский бег, лыжные гонки на 50км) процессы биохимической реституции протекают особенно долго; повышенная потребность в кислороде и усиленное его потребление могут быть в течение двух суток после выступления спортсмена в соревнованиях.
Восстановление нормального содержания различных веществ, расходуемых во время работы, происходит в разное время. Прежде всего, из крови и мышц устраняется избыток молочной кислоты, затем происходит ресинтез креатинфосфата, далее – гликогена, и наконец, белков (после 15-минутнй интенсивной работы содержание креатинфосфата в мышцах животных восстанавливается через 30-45 мин., гликогена через 1 час, а белков через 6 часов. В ресинтезе этих веществ принимает участие АТФ. Поэтому энергично ресинтезируемая в период отдыха АТФ все время тратится, и восстановление е нормального уровня в мышцах происходит в последнюю очередь.
Такой порядок восстановления нормальных биологических соотношений в период отдыха является важной биологической закономерностью и имеет практическое значение в процессе спортивной тренировки. В биохимии спорта он получил название принципа гетерохронности, биохимической реституции.
В различных органах процессы биохимической реституции происходят также неодновременно. Так, нормальное содержание гликогена, прежде всего, восстанавливается в головном мозгу, затем в миокарде, ещё позднее – в скелетных мышцах и, наконец, в печени. Ресинтез гликогена в мозгу, миокарде и скелетных мышцах может происходить за счёт внутренних ресурсов организма путём образования во время работы молочной кислоты или путём перераспределения углеводов в организме. В последнем случае расщепление гликогена печени продолжается и во время отдыха, а поступающий в кровь сахар задерживается головным мозгом, миокардом и скелетными мышцами и используется для ресинтеза гликогена.
Существенное влияние на процессы биохимической реституции оказывает нервная система, в частности её симпатическая часть. Если с помощью ряда фармакологических веществ (симпатолитина, гексония, эрготоксина) снять это влияние, резко замедлится, станет неполноценным процесс реституции и снизится величина суперкомпенсации гликогена, креатинфосфата и ряда других химических ингредиентов мышцы.
Если запасы гликогена восстанавливаются после работы через 6-8 часов, то процессы анаболического обмена возвращаются к норме после той же работы в течение 24-48 часов.
Если работа сопровождалась значительным потоотделением, то в восстановительном периоде восполняются запасы воды и минеральных солей. Основным источником минеральных веществ, служат продукты питания.
5. Питание спортсмена
На протекание обменных процессов существенное влияние может оказывать питание. Избыточное поступление продуктов питания в организм ведёт к усилению ассимиляции. В первую очередь это относится к преобладанию синтеза и накоплению липидов в организме над их расщеплением. Недостаточное и неполноценное с точки зрения качественного состава питание может привести к снижению общей интенсивности обменных процессов в организме и преобладанию диссимиляции над ассимиляцией.
Питание человека преследует две основные задачи:
1) обеспечить организм источниками энергии, расходуемой постоянно в процессе жизнедеятельности.
2) Обеспечить организм пластическими (строительными) веществами, необходимыми для построения постоянного обновления тканевых и клеточных структур.
Энергетическая функция в питании принадлежит в первую очередь углеводам и жирам, пластическая – белкам. Кроме того, питание должно обеспечивать организм витаминами, которые являются регуляторами процессов обмена веществ, а также водой и различными минеральными элементами, принимающими активное участие в обмене веществ и поддерживающими нормальные осмотические и электролитные соотношения в крови и тканях.
Энергетическую ценность питания обычно выражают в тепловых единицах - килокалориями. В этих же единицах может быть выражен и расход энергии организмом.
Чем интенсивнее жизнедеятельность организма, тем больше расход энергии и тем больше должна быть калорийность питания. Для людей умственного труда она равна 3000 - 3200ккал. в сутки, для тех, кто занят механизированным трудом, - 4000ккал., а для людей тяжелого физического труда – 5000ккал.
При занятиях спортом расход энергии составляет от 4000 до 6000ккал в сутки. Процессы обмена веществ у занимающихся спортом и у людей тяжелого немеханизированного труда протекают по-разному. Это различие заключается, во – первых, в большей интенсивности обмена веществ при выполнении спортивных упражнений. Во – вторых большинство физических упражнений выполняется в условиях кислородной задолженности, т.е. неполного удовлетворения потребности организма в кислороде во время работы. Для трудовых процессов это не характерно. Поэтому при выполнении физических упражнений в противоположность трудовым процессам ресинтез АТФ происходит в значительной степени за счёт анаэробных реакций, а баланс её в мышцах нарушается.
Повышенная потребность в белках объясняется и тем, что высокое психическое напряжение и сильное эмоциональное возбуждение приводят к повышению крови и потери организмом незаменимых аминокислот.
Субстратом окисления во время интенсивных физических нагрузок являются углеводы, анаэробно окисляемых в процессе гликолиза. Жиры окисляются преимущественно аэробно и при выполнении упражнений максимальной и субмаксимальной интенсивности используемых весьма ограничено. В связи с тем, что величина углеводных запасов организма меньше, чем величина жировых запасов, первые при выполнении спортивных нагрузок истощаются быстрее, а вторые сохраняют значительный резерв. Поэтому питание спортсменов по сравнению с питанием людей, не занимающихся спортом, должно быть относительно богаче белками и углеводами и сравнительно беднее жирами, что обеспечивается соотношением белков, жиров и углеводов, равным, 1:0,7 – 0,8 :4. На дол белков приходится около 15% общей калорийности, жиров – 25%, углеводов – 60%.
Существенной особенностью питания спортсменов являются более высокие нормы потребления витаминов и минеральных элементов. Повышенная потребность в витаминах объясняется высокой интенсивностью обмена веществ при выполнении спортивных упражнений требующей большей активности ферментов и более высокого содержания коферментах в тканях.
Что касается минеральных элементов, то у спортсменов особенно повышена потребность в фосфоре. Объясняется это 2 – мя процессами. Во – первых, при выполнении спортивных упражнений в условиях преобладания анаэробного ресинтеза АТФ часть неорганических фосфатов, отщепившихся от органических соединений и теряется организмом. Потери фосфора организмом у спортсменов почти в два раза больше, чем у неспортсменов. Во – вторых, в процессе тренировки в периоды отдыха происходит усиленный синтез ряда фосфорных соединений (креатинфосфата, фосфолипидов, различных коферментов и т.д.) и возрастает содержание минеральных элементов в костях, для чего требуется повышенное количество фосфора.
Организм спортсменов требует также пищу, богатую солями магния, которые принимают участие в ряде реакций обмена веществ, более интенсивно протекающих при выполнении спортивных упражнений.
Однако питание спортсмена, кроме обеспечения организма источниками энергии, пластическими материалами, витаминами, солями и водой, преследует и специальные задачи. Они заключаются в повышении работоспособности, отдаления наступления утомления и ускорении восстановительного периода после значительных физических нагрузок.
Решение этих задач осуществляется путём введения в организм спортсмена пищевых веществ, регулирующих и активирующих те реакции обмена веществ, которые при выполнении определённых физических упражнений протекает с затруднениями. К таким веществам относятся простые углеводы (глюкоза, сахароза), соли фосфорной кислоты, комплексы аминокислот или отдельные аминокислоты (метионин, глютаминовая кислота), полиненасыщенные жирные кислоты, витамины и некоторые промежуточные продукты обмена веществ (лимонная, янтарная и яблочная кислоты).
Использование этих веществ в питании перед стартом, на дистанции, в перерывах между выступлениями, в восстановительном периоде после больших физических нагрузок позволяет существенно повышать работоспособность спортсменов и ускоряет её восстановление.
Вывод
Гимнастика, принципиально отличается от разобранных видов спорта тем, что не является циклическим упражнением. В связи с этим трудно дать общую биохимическую оценку гимнастики. Мощность разных упражнений, а также количество работы, совершаемое во время их выполнения, далеко не одинаковы. Для этого достаточно сравнить, например, прыжки и махи на коне с ручками или упражнения на кольцах, где большая динамика сочетается со значительными статическими усилиями и где сама длительность упражнения намного больше. Естественно, что биохимические сдвиги в организме спортсмена при выполнении упражнений на кольцах или коне будут более резкими, чем при прыжках.
Гимнастика, являясь прекрасным средством для развития координации движений и силы мышечного аппарата, не может служить в такой же мере средством для увеличения потенциальных возможностей анаэробного и особенно аэробного ресинтеза АТФ в мышцах. Не случайно гимнасты обладают наиболее низкой выносливостью к длительным циклическим нагрузкам по сравнению с представителями других видов спорта.
Период отдыха характеризуется высокой интенсивностью аэробного окисления и дыхательного фосфорилирования, которое дают энергию для активно идущих пластических процессов. Потребление кислорода в период отдыха после интенсивной мышечной деятельности всегда повышенно. Наступающая во время отдыха активация ферментных систем аэробного окисления является следствие биохимических изменений, которые происходят в работающих мышцах.
1. обеспечить организм источниками энергии, расходуемой постоянно в процессе жизнедеятельности.
2. Обеспечить организм пластическими (строительными) веществами, необходимыми для построения постоянного обновления тканевых и клеточных структур.
Что касается минеральных элементов, то у спортсменов особенно повышена потребность в фосфоре.
Список литературы
1) Биохимия: Учебник для институтов физической культуры/ Под ред. В.В. Меньшикова, Н.И. Волкова. – М.: Физкультура и спорт, 1986. – 384 с.
2) Биохимия: Учебник для институтов физической культуры. Под ред. Н.Н. Яковлева. Изд. 2 – е, испр. и доп. М., «Физкультура и спорт», 1974.
Страницы: 1, 2
