Размещено на http://www.allbest.ru/

Санкт-Петербургский государственный университет физической культуры им. П.Ф. Лесгафта

Учебно-методическое пособие

Возрастная биохимия

Т.В. Живова

Санкт-Петербург

2007

УДК 577.1

Рецензенты: Е.В. Розенгарт - докт. биол. наук, профессор (СПбГУФК им. П.Ф. Лесгафта), Н.Д. Гольберг - канд. биол. наук, доцент (СПбНИИФК)

Живова Т.В.

Возрастная биохимия: учебно-методическое пособие / Т.В. Живова; СПбГУФК им. П.Ф. Лесгафта.- СПб.: [б.и.], 2007.- 51 с.

Печатается по решению редсовета СПбГУФК им. П.Ф. Лесгафта

Утверждено УМК СПбГУФК им. П.Ф. Лесгафта. Прот. № 2 от 05.10.06

Учебно-методическое пособие написано в соответствии с государственным стандартом по биохимии для вузов физической культуры. В пособии изложены особенности метаболизма, гормональной регуляции и биоэнергетики растущего организма и пожилых людей. Кроме того, в пособии описаны основные принципы питания детей и подростков, занимающихся физической культурой и спортом, и особенности питания пожилых людей для поддержания здоровья и активного долголетия. В пособии дано биохимическое обоснование методикам занятий физической культурой с детьми, подростками и пожилыми людьми.

Предназначено для студентов 4-5 курсов дневной и заочной форм обучения.

УДК 577.1

© СПб ГУФК им. П.Ф. Лесгафта, 2007

© Т.В. Живова, 2007

Содержание

Введение

Часть 1. Биохимические особенности растущего организма

1.1 Общая характеристика растущего организма

1.2 Особенности метаболизма растущего организма

1.3 Специфика эндокринной регуляции растущего организма

1.4 Особенности биоэнергетики растущего организма

1.5 Возрастные особенности работоспособности

1.6 Особенности питания растущего организма

1.7 Биохимическое обоснование методики проведения занятий физической культурой и спортом с детьми и подростками

Часть 2. Биохимические особенности стареющего организма

2.1 Основные механизмы старения

2.2 Особенности метаболизма пожилых людей

2.3 Особенности нейроэндокринной регуляции стареющего организма

2.4 Особенности биоэнергетических процессов

2.5 Особенности питания в пожилом возрасте

2.6 Обоснование методики занятий физической культурой с пожилыми людьми

Список литературы

Введение

Постановлением Государственного Совета Российской Федерации, состоявшегося в январе 2002 года, предусмотрены меры, направленные на существенное развитие в нашей стране физкультуры и спорта. Особое внимание в нем уделяется физкультурно-оздоровительной работе, которой должны быть охвачены все слои населения, начиная от детей дошкольного возраста до пожилых людей. Поэтому выпускник спортивного вуза должен иметь необходимую подготовку для проведения занятий по физическому воспитанию и спорту в различных возрастных группах.

В данном учебно-методическом пособии в краткой форме рассмотрены основные биохимические особенности растущего и стареющего организма, знание которых необходимо специалисту в области физической культуры для грамотной организации физкультурно-оздоровительной работы с детьми и пожилыми людьми, а также и для проведения тренировочных занятий с детьми, занимающимися спортом.

Важнейшей задачей физического воспитания в детском возрасте является стимулирование гармоничного развития организма. Организм ребенка непрерывно растет и развивается, происходит последовательная смена стадий индивидуального развития организма. Для каждой из этих стадий характерны свои морфологические, биохимические и функциональные особенности, которые необходимо знать и учитывать при планировании и проведении занятий физической культурой и спортом.

Задача занятий физическими упражнениями в пожилом возрасте - замедлить развитие возрастных изменений, способствовать сохранению работоспособности и продлению жизни.

Часть 1. Биохимические особенности растущего организма

1.1 Общая характеристика растущего организма

С биологических позиций, период роста организма можно разделить на три этапа:

· детский - с рождения до 11-12 лет;

· подростковый - с 11-12 лет до 15-16 лет;

· юношеский - с 15-16 лет до 19-20 лет.

Следует отметить, что существуют и другие условные классификации растущего организма.

Ребенок рождается, в среднем, с весом 3200-3500 г и ростом 50-55 см. В течение первого года жизни прирост составляет около 25 см, а вес увеличивается в среднем в три раза. Далее до 11-12 лет темп роста снижается, но в 12-13 лет у девочек и в 14-15 лет у мальчиков, снова происходит значительный скачок в развитии. В юношеском возрасте скорость увеличения роста постепенно снижается, прекращаясь у девочек к 16-17 годам, а у мальчиков - к 18-19 годам.

За время обучения в школе организм ребенка испытывает значительный скачок в развитии: рост в среднем увеличивается на 40-50 см, масса тела - на 30 кг.

Развиваются внутренние органы, нервные клетки головного мозга. Ежегодно увеличивается объем сердца, жизненная емкость легких (ЖЕЛ) с 1400 мл в 7 лет до 2700 мл в 15 лет - у мальчиков, и с 1200 мл, соответственно, до 2500 мл - у девочек.

В развивающемся организме кривые роста различных тканей и органов значительно различаются. Например, рост мышечной ткани, органов дыхания, пищеварения, почек и объем крови организма коррелирует с ростом длины тела. Рост органов размножения до периода полового созревания замедлен, но заметно увеличен в течение этого периода. Значительно быстрее всех органов развивается головной мозг.

У разных детей данный процесс формирования и развития органов, систем, функций протекает со значительными индивидуальными колебаниями. В XX столетии в ряде стран наблюдался процесс акселерации (от латинского acceleration - ускорение) - сокращения сроков роста с одновременным увеличением других показателей физического развития (длины тела, массы тела, длины стопы и т.д.).

Несмотря на более высокие физические показатели, некоторые системы организма (сердечно-сосудистая, нервная и др.) часто отставали в развитии, что приводило к снижению иммунитета, устойчивости к болезням, к раннему развитию утомления. Данный феномен акселерации обусловливает необходимость индивидуального подхода и особой специфики проведения спортивных занятий с детьми-акселератами.

Для решения данной проблемы необходим комплексный подход и учет особенностей растущего организма.

1.2 Особенности метаболизма растущего организма

Основной биологической особенностью растущего организма является высокая интенсивность обмена веществ. На биологическом уровне это проявляется в высоких скоростях протекания метаболических реакций.

Как известно, метаболизм - это совокупность химических реакций, протекающих во внутренней среде организма. Метаболизм, в свою очередь, делится на катаболизм и анаболизм. Под катаболизмом понимают химические процессы, при которых макромолекулы подвергаются расщеплению до молекул меньшего размера. Конечными продуктами катаболизма являются углекислый газ (СО₂), вода (Н₂О) и аммиак (NH₃).

Для катаболизма характерны следующие закономерности:

· в процессе катаболизма преобладают реакции окисления;

· процесс протекает с потреблением кислорода;

· процесс сопровождается выделением энергии, бьльшая часть которой аккумулируется в форме АТФ (аденозинтрифосфат). Часть энергии выделяется в виде тепла.

Анаболизм включает в себя различные реакции синтеза и характеризуется следующими особенностями:

· реакции носят восстановительный характер;

· процесс протекает с потреблением водорода (в форме НАДФ·Н₂);

· анаболизм протекает с потреблением энергии, источником которой является АТФ.

У взрослого человека оба эти процесса протекают с примерно одинаковой скоростью, что обеспечивает обновление химического состава организма.

У детей, подростков и юношей катаболизм и анаболизм протекают с более высокими скоростями, чем у взрослых, и при этом анаболизм по своей скорости значительно превышает катаболизм, что приводит к накоплению химических веществ в организме и, в первую очередь, белков. Накопление белков в организме - обязательное условие его роста и развития.

Белковый обмен

Белковый обмен растущего организма имеет определенную направленность и свои особенности. Необходимо учитывать, что белок является основным строительным материалом для клеток и тканей растущего организма. В процессе роста мышечной ткани в ее клетках увеличивается содержание белков (саркоплазмы, ферментов, сократительных и др., которые составляют 80% сухого остатка). Увеличивается процент отношения веса мышечной ткани к весу тела. В 16 лет он составляет около 44,2% от общей массы тела, в то время как в 8 лет он составляет только около 27,2%.

Белки выполняют в организме и другие важные функции (каталитическую, сократительную, регуляторную, энергетическую, защитную и др.).

Белковый обмен растущего организма, как и метаболизм в целом, характеризуется высокой интенсивностью и преобладанием реакций анаболизма над реакциями катаболизма, о чем свидетельствует положительный азотистый баланс.

Азотистый баланс является одним из важнейших показателей белкового обмена.

При положительном балансе количество вводимого азота, поступающего в организм с пищевыми белками, больше общего количества выводимого азота, выделяемого, главным образом, с мочой (в виде мочевины, аммиака, креатинина и других азотсодержащих соединений). Процент использования и задержки азота, поступившего в организм, у грудного ребенка вдвое больше, чем у взрослых.

Показателем интенсивности синтеза белков в растущем организме является также высокое содержание ДНК и РНК в клетках.

Для поддержания положительного азотистого баланса, необходимого для нормального роста и развития, в растущий организм должно поступать с пищей достаточное количество белков.

Средняя суточная потребность в белках в нашей стране для взрослых составляет около 100 г; для детей абсолютная величина ниже, но на кг веса выше: 2-5-летнему ребенку рекомендуют 3,5 - 4 г/кг веса тела, 12-13-летнему - 2,5 г/кг веса тела, 17-18-летнему - 1,5 г/кг.

Значительное влияние на норму белка оказывает биологическая ценность пищевых белков, двигательная активность и характер физических нагрузок.

Нарушение роста и развития ребенка может быть вызвано как недостаточным, так и избыточным поступлением пищевых белков.

Ранним проявлением белкового дефицита является уменьшение в крови количества альбуминов и снижение альбумин-глобулинового коэффициента (А/Г). Снижение мочевины и общего азота в суточной моче растущего организма тоже является сигналом о недостаточности поступления белков с продуктами питания.

Дефицит белков может привести к задержке роста, полового созревания, к снижению массы тела, ослаблению защитных свойств организма.

Интенсивность метаболизма в организме спортсмена увеличивает потребность в белках, особенно во время нагрузок скоростно-силового характера, при выполнении которых усиливается распад белков, главным образом мышечных.

При избыточном поступлении белков в организм пищеварительные ферменты не способны их полностью гидролизовать. Активность протеолитических ферментов, катализирующих переваривание белков до аминокислот (пепсина, трипсина, химотрипсина и др.), у детей до 11-12 лет низкая. С возрастом возрастает секреторная функция желудочного сока, его кислотность повышается, достигая к 13 годам показателей взрослых людей.

В раннем возрасте также слабо развита секреторная функция поджелудочной железы. Из-за повышенной проницаемости кишечной стенки у детей возможно всасывание в кровь наряду с аминокислотами также и частично расщепленных белков - пептидов, обладающих токсическими свойствами.

Нарушение пищеварения белков может привести к нарушению метаболических процессов растущего организма.

Углеводный обмен

Углеводный обмен тоже имеет ряд возрастных особенностей. Углеводы - основной источник энергии. За счет углеводов обеспечивается более половины суточной энергетической ценности пищевого рациона. Углеводы выполняют в организме и ряд специализированных функций (структурные, защитные и другие).

Особая роль углеводов как источников энергии обусловлена тем, что они могут окисляться в организме как аэробно, так и анаэробно, тогда как окисление белков и жиров протекает только аэробно. Потребность в углеводах для детей различного возраста очень индивидуальна, но углеводы должны обеспечивать более 50% суточной калорийности. С ростом ребенка, по мере увеличения его энерготрат, абсолютная потребность в углеводах должна возрастать.

При пониженном поступлении углеводов с пищей в организме ускоряется использование жиров и белков в качестве источников энергии. Усиленный распад белков может привести к снижению их содержания в клетках и появлению признаков "белкового голодания".

Ввиду несовершенства нейроэндокринной регуляции обмена веществ, у детей чаще, чем у взрослых, наблюдается склонность к гипогликемии, особенно при физических нагрузках, связанных с проявлением выносливости.

В отличие от организма взрослого человека, организм ребенка не обладает способностью к быстрой мобилизации углеводных запасов и поддержанию высокой интенсивности углеводного обмена.

Длительное повышенное потребление углеводов может привести к нарушению обменных процессов у детей, так как переваривание и усвоение углеводов имеют свои специфические особенности. В процессе роста происходит изменение углеводного состава пищи. Так, у детей до 1 года главным пищевым углеводом является лактоза, входящая в состав грудного молока. Затем этот углевод уступает ведущую роль в питании сахарозе и полисахаридам (крахмалу, гликогену). Кроме того, у детей невысокой активностью обладает фермент слюны амилаза, катализирующая расщепление в ротовой полости полисахаридов и достигающая своей максимальной активности только к 7 годам жизни. Медленно нарастает и амилолитическая активность панкреатического сока, что также затрудняет переваривание углеводов до моносахаридов (глюкоза и другие).

Важнейшим критерием оценки состояния углеводного обмена у детей является содержание глюкозы в крови натощак. У детей раннего возраста она составляет 2,6 - 4,0 ммоль/л и только к 14-16 годам достигает величины взрослого человека: 3,9 - 6,1 ммоль/л.

Жировой обмен

Жировой обмен растущего организма тоже имеет специфические особенности. Жиры (липиды) играют в биологическом отношении важную роль. Они являются энергетическим материалом, который может откладываться в жировые депо и использоваться далее как топливо. По энергетической ценности жиры превосходят углеводы и белки. При окислении 1 г жира выделяется около 9 ккал энергии, а 1 г углеводов или белков - около 4 ккал. Липиды играют значительную роль в процессах терморегуляции, имеют защитно-механическое значение, выполняют структурные функции и т.д.

Потребность в жирах определяется возрастом, внешней средой, характером физических нагрузок и т.д. Например, потребность в жирах на кг массы тела для ребенка 7 - 10 лет составляет 2,6 г в сутки, а для детей 14 - 17 лет - 1,6-1,8 г в сутки. Абсолютная же потребность в жирах с увеличением возраста увеличивается: для 7 - 10-летнего ребенка она должна составлять около 80 г в сутки, а для 14 - 17-летних - около 90 - 95 г. Потребность в жирах взрослого человека составляет около 100 г.

Важную роль в обменных процессах организма играют жироподобные вещества - липоиды. Среди них особое значение имеют фосфолипиды и стероиды. Фосфолипиды и холестерин (представитель стероидов) являются обязательными компонентами клеточных мембран, принимающих участие в выполнении барьерной, транспортной, рецепторной и других функций. Стероиды (холестерин и его производные) выполняют гормональную функцию (половые гормоны и кортикостероиды) и участвуют в образовании желчных кислот.

С возрастом увеличивается образование желчных кислот, что позволяет повысить потребление жиров и их дальнейшее включение в метаболические процессы.

Интенсивность липидного обмена на различных стадиях онтогенеза неодинакова. Расщепление жиров у детей грудного возраста происходит под действием липазы желудочного сока. В процессе роста ребенка и с изменением характера питания основная роль в переваривании жиров отводится ферменту - липазе панкреатического сока и желчным кислотам.

К нарушениям обменных процессов у детей может привести как резкое ограничение потребления жиров, так и избыточное их поступление с пищей. При физических нагрузках, особенно длительных, аэробной направленности, у детей и подростков жиры используются для энергообеспечения в бьльшей мере по сравнению с утилизацией углеводов, о чем свидетельствует повышение концентрации свободных жирных кислот (СЖК) и глицерина уже в начале работы.

Величина дыхательного коэффициента у детей и подростков после продолжительных нагрузок меньше 1, что свидетельствует о повышенной утилизации жиров. Как известно, дыхательный коэффициент - это соотношение между объемами выводимого из организма углекислого газа и потребленного кислорода (СО₂/О₂) за время выполнения нагрузки. При нагрузках, обеспечиваемых анаэробным распадом углеводов до лактата, этот коэффициент больше 1. При нагрузках, выполняемых за счет аэробного окисления углеводов, он равен 1. При продолжительных нагрузках, когда главным источником энергии являются жиры, дыхательный коэффициент становиться меньше 1.

Водно-минеральный обмен

Водно-минеральный обмен для растущего организма имеет существенное значение и свои особенности.

Вода является жизненной средой организма и особенно необходима в период роста, когда она составляет основную часть всех органов и тканей. С увеличением возраста ребенка содержание ее постепенно снижается, а количество минеральных веществ увеличивается. Чем моложе организм, тем у него относительно больше внеклеточной воды, которая, в основном, и участвует в водном обмене. Бьльшая часть воды в организме взрослого человека приходится на долю внутриклеточной воды. Потребность в воде у ребенка первого года жизни в расчете на килограмм массы тела в три раза выше, чем у взрослых. В процессе роста эта величина остается достаточно высокой, снижаясь только к 14 годам до 50-70 мл/кг.

Водный обмен у ребенка отличается высокой интенсивностью, бьльшей мобильностью и легко нарушается под влиянием различных причин. Это объясняется бьльшей потерей воды через кожу и легкие, незрелостью почек и несовершенством гормональной регуляции. Абсолютная потребность в воде с возрастом увеличивается.

Обмен воды тесно связан с обменом углеводов, жиров, белков, но особенно минеральных солей. Минеральные вещества играют важную роль во многих физико-химических процессах растущего организма (формировании костной ткани, синтезе ферментов, гормонов). Они создают основу внутренней среды организма, поддерживают осмотическое давление и кислотность среды. К наиболее необходимым для жизнедеятельности химическим элементам относят: натрий, калий, хлор, кальций, магний, фосфор, железо, медь, йод, фтор, марганец, цинк и др.

Растущему организму для формирования скелета, роста и развития костной ткани необходимо достаточное поступление в организм кальция и фосфора.

Кальций также необходим для мышечного сокращения, тонуса нервной системы, активирования некоторых ферментов, свертывания крови и т.д. Суточная потребность в кальции у детей грудного возраста составляет 0,15-0,18 г и постепенно в школьном возрасте должна увеличиваться до 1 грамма. При этом относительная потребность в кальции (в расчете на кг массы тела) особенно велика в первые годы жизни ребенка.

Биологическая роль фосфора многогранна. Как уже указывалось выше, он составляет основу костной ткани, входит в состав нуклеиновых кислот, фосфолипидов, играет важную роль в энергетическом обмене, что обусловлено его способностью образовывать макроэргические связи, т.е. связи, богатые энергией (АТФ, АДФ, КФ).

Регуляция содержания кальция и фосфора в плазме крови осуществляется кальцитонином - гормоном щитовидной железы и паратгормоном - гормоном паращитовидных желез.

Важную роль в обмене кальция и фосфора играет витамин D. Паратгормон совместно с витамином D стимулирует всасывание кальция и фосфора из кишечника, а кальцитонин с витамином D участвует во включении кальция и фосфора в состав костной ткани.

Занятия физической культурой и спортом значительно повышают потребность в минеральных веществах. Физические нагрузки умеренной интенсивности оказывают положительный эффект на метаболизм кальция и фосфора, а интенсивные, особенно протекающие в анаэробных условиях, могут привести к нарушению осанки, остеосинтеза и развитию остеопороза.

В процессах кроветворения, кроме железа, участвуют медь, кобальт и никель. Недостаток йода ведет к нарушению функции щитовидной железы, задержке роста и развития, недостаток фтора - к кариесу. Недостаток цинка отражается в замедлении роста и недоразвитии половых органов у юношей.

Железо - важнейший микроэлемент, используемый для синтеза гемоглобина, миоглобина, цитохромов - ферментов тканевого дыхания и т.д.

Дефицит железа часто наблюдается у подростков, особенно в период полового созревания, что может привести к развитию алиментарной анемии. Железодефицитная анемия встречается примерно у 20% женщин, а среди спортсменок эта цифра еще больше.

Следовательно, минеральные вещества, как и вода, необходимы для нормального протекания всех обменных процессов, особенно растущего организма. Однако, рост и развитие ребенка определяют некоторую закономерность минерального обмена у детей, состоящую в том, что поступление их в организм и выведение из организма не уравновешены между собой, как это бывает у взрослых людей. Из-за несовершенства процессов терморегуляции растущего организма у детей наблюдаются большие потери минеральных веществ с потом.

В регуляции обменных процессов растущего организма большое биологическое значение отводят витаминам - биологически активным веществам, поступающим в организм преимущественно с пищей.

Роль витаминов многогранна. Многие из них обеспечивают ряд каталитических реакций, так как участвуют в построении коферментов (низкомолекулярных соединений, участвующих вместе с ферментом в катализе). К таким витаминам можно отнести В₁, В₂, В₆, РР и др. Витамины В₁, С, РР и др. стимулируют окислительные процессы, а витамины А, Е, С являются сильнейшими антиоксидантами. Таким образом, витамины можно рассматривать как важнейшие факторы роста, развития и повышения уровней энергообеспечения и работоспособности ребенка.

В зависимости от возраста детей и подростков суточное потребление витаминов изменяется.

1.3 Специфика эндокринной регуляции растущего организма

Уровень здоровья человека обеспечивается деятельностью нервной, гормональной и иммунной систем, которые находятся в тесной взаимосвязи. Онтогенез человека протекает в постоянном единстве с гормональной регуляцией функций.

Рост и развитие организма, обмен веществ и энергии, реализация генетической программы осуществляются через нейроэндокринные механизмы регуляции. Железы внутренней секреции вырабатывают гормоны - регуляторы метаболизма, которые обладают высокой биологической активностью и специфичностью действия.

По химической природе их делят на 3 группы:

· белки и пептиды (инсулин, соматотропин, глюкагон и т.д.);

· производные аминокислот (тироксин, адреналин и др.);

· стероиды (кортикостероиды, половые гормоны).

В растущем организме взаимоотношения между железами внутренней секреции еще не полностью сформированы и поэтому они не способны длительное время функционировать на высоком уровне.

Так как в основе роста лежит синтез белка и клеточное размножение, то большое значение имеет гормон роста соматотропин, вырабатываемый передней долей гипофиза. Гормон роста усиливает синтез белка, так как создает более быстрый транспорт аминокислот через клеточную мембрану и активирует их включение в белковый синтез. Недостаток гормона роста у детей приводит к развитию карликовости, а избыток - к гигантизму. Анаболический эффект гормона роста осуществляется только при наличии инсулина - гормона поджелудочной железы.

В свою очередь, снижение уровня глюкозы под действием инсулина стимулирует выделение из передней доли гипофиза соматотропина. С несовершенством механизмов нейроэндокринной регуляции, с мобилизацией глюкозы из печени, с повышенной утилизацией ее тканями у детей наблюдается склонность к гипогликемии при недостаточном поступлении глюкозы с пищей. Нормальная утилизация глюкозы, аналогичная взрослым, устанавливается от 8 до 14 лет.

Белково-анаболический эффект оказывают тиреоидные гормоны (тироксин и трийодтиронин), вырабатываемые щитовидной железой. Особенно большое влияние на организм ребенка оказывают данные гормоны до 6-7 лет, когда щитовидная железа функционирует наиболее интенсивно.

Щитовидная железа является регулятором основного обмена, регулируя теплообмен, окислительные процессы в клетках, потребление ими кислорода.

Тироксин и трийодтиронин участвуют в мобилизации углеводных и жировых запасов, регулируют обмен воды и электролитов.

При гиперфункции щитовидной железы усиливается катаболизм белков, резко возрастает основной обмен, нарушаются процессы терморегуляции (разобщение дыхания с фосфорилированием), может развиваться тиреотоксикоз (Базедова болезнь).

При гипофункции щитовидной железы у детей развивается врожденное слабоумие, задержка роста и развития. Дозированные физические нагрузки стимулируют выработку гормонов щитовидной железы в физиологических нормах у детей.

Корковое вещество надпочечников выделяет глюкокортикоиды (кортизол, кортикостерон), а также кортикостероиды с андрогенной активностью, играющие важную роль в развитии половых желез в детском организме. Они оказывают анаболический эффект на белковый обмен, повышают массу тела, мышечную силу, ускоряют рост, дифференцирование костной ткани, улучшают всасывание кальция в кишечнике, задерживают в организме воду, калий и фосфор.

Половые железы у детей крайне неразвиты, что обусловлено тем, что в детском возрасте активно функционирует шишковидная железа (эпифиз), вырабатывающая гормон - мелатонин, угнетающий функцию этих желез.

В период полового созревания эпифиз атрофируется, что приводит к резкому возрастанию выработки половых гормонов в половых железах. Гормоны мужских половых желез - тестостерон, андростерон, женских - эстрадиол, эстрол, эстриол - влияют на развитие вторичных половых признаков, усиливают основной обмен, обмен белков, повышают тонус центральной нервной системы (ЦНС) и кровяное давление. Образующиеся в больших количествах половые гормоны способствуют значительному увеличению скорости синтеза белков, что, в свою очередь, сопровождается так называемым «скачком роста». Более интенсивное половое созревание сопровождается более ранним физическим развитием подростка.

Важную роль в процессах адаптации, в том числе к мышечной работе, играют катехоламины - адреналин и норадреналин, вырабатываемые мозговым слоем надпочечников. Адреналин совместно с симпатической нервной системой повышает возбудимость ЦНС, силу и частоту сердечных сокращений. Он участвует в перераспределении кровотока крови во время работы, повышая снабжение тканей кислородом. Адреналин обеспечивает быструю мобилизацию энергетических запасов, усиливая распад гликогена в мышцах и печени, распад жиров, тем самым, повышает работоспособность скелетных мышц.

В целом, следует отметить, что в растущем организме функциональные резервы гормонов относительно малы, поэтому эмоциональные и физические нагрузки, вызывающие утомление, могут привести к нарушению эндокринной регуляции, задержке роста, развития и полового созревания растущего организма.

1.4 Особенности биоэнергетики растущего организма

Течение энергетических процессов определяется направленностью метаболизма, потребностью тканей в энергии и характером питания. Энергозатраты растущего организма имеют определенную направленность. После рождения энергия расходуется на основной обмен и интенсивный рост ребенка. Основной обмен - это минимальные затраты энергии в состоянии покоя, до приема пищи, при нормальной температуре тела и окружающей среды, необходимые для поддержания основных функций систем жизнеобеспечения организма. Эти затраты энергии у детей в расчете на кг массы тела выше, по сравнению со взрослыми людьми. Реальные затраты энергии у растущего организма значительно превышают основной обмен в связи с интенсивным синтезом белков, нуклеиновых кислот, с повышенной двигательной активностью, а также в связи с большими теплопотерями, обусловленными несовершенством процессов терморегуляции и бьльшей удельной поверхностью тела (отношением поверхности тела к его массе). Так, у детей 4-6 лет расход энергии на кг массы тела в два раза выше, чем у взрослых. Суточный расход энергии с возрастом значительно увеличивается, причем у мальчиков обычно в большей мере, чем у девочек.

Согласно данным Санкт-Петербургского НИИ физической культуры, суточные энергозатраты учащихся обычных школ составили: для учащихся 7-10 лет - 2400 ккал, 11-13 лет - 1850 ккал, 14-17 лет - 3150 ккал для юношей и 2750 ккал - для девушек.

Для воспитанников спортивных школ: 3619 ± 475 ккал (лыжные гонки) и 4173 ± 186 ккал (академическая гребля).

Высокий уровень энергозатрат растущего организма обеспечивается, в первую очередь, интенсивно протекающими процессами аэробного окисления - тканевого дыхания. Это отражается в более высоком, чем у взрослых, потреблении кислорода на кг веса тела. Потребление кислорода в покое у 10-летнего ребенка составляет около 6,0 мл/кг·мин, а у 16-летнего юноши - в среднем 4,7 мл/кг·мин, в то время как у взрослых эта величина равна 3-4 мл/кг·мин.

Общее же количество потребляемого кислорода за единицу времени у взрослых выше из-за бьльшего веса.

Повышенное потребление кислорода на кг массы у детей обеспечивается напряжением дыхательной и сердечно-сосудистой систем. При этом все системы организма, участвующие в потреблении, транспорте и использовании клетками кислорода, имеют у детей и подростков более низкий уровень развития, по сравнению с взрослыми.

В детском возрасте ниже кислородная емкость крови, что обусловлено пониженным содержанием гемоглобина в крови. Относительное содержания его у детей ниже, но к 12-14 годам это содержание может соответствовать нижней границе взрослого организма. Возможности тканевого дыхания ограничены также из-за пониженного содержания мышечного белка миоглобина, участвующего в транспорте кислорода из крови в митохондрии клеток. Кроме того, растущий организм отличается меньшими энергетическими запасами, доступными для использования (гликогенными, жировыми, белковыми). Все метаболические процессы, протекающие в организме, осуществляются при участии ферментов. У детей количество и активность ферментов тканевого дыхания существенно ниже, по сравнению с взрослыми.

Еще одним фактором, ограничивающим тканевое дыхание у растущего организма, является высокая степень разобщения переноса электронов в дыхательной цепи с реакцией фосфорилирования, что приводит к увеличению теплопотерь организма и к снижению выработки АТФ.

Аэробный путь ресинтеза АТФ в упрощенном виде может быть представлен схемой:

Чаще всего окисляемыми веществами являются промежуточные продукты цикла трикарбоновых кислот (ЦТК). Данный цикл является завершающим этапом катаболизма, в ходе которого происходит окисление углеводов, жиров, белков через ацетил - КоА (в присутствии кислорода) до конечных продуктов окисления СО₂ и Н₂О.

Основным показателем, характеризующим возможности тканевого дыхания, является МПК (максимальное потребление кислорода). У детей этот показатель ниже, чем у взрослых. Даже у юношей МПК ниже, чем у взрослых.

На более низком уровне, чем у взрослых, находятся и анаэробные пути ресинтеза АТФ. Метаболическая емкость, время поддержания максимальной мощности анаэробных способов энергообеспечения, особенно у детей и подростков, значительно уступают взрослым.

Одним из анаэробных путей образования АТФ является креатинфосфатная реакция, протекающая согласно уравнению:



Креатинфосфатный путь ресинтеза АТФ является обратимой реакцией, но ее равновесие уже в начале любой работы смещено в сторону образования АТФ. Данная реакция может включаться в энергообеспечение неоднократно, по ходу выполнения физических нагрузок, если меняется характер работы (скорость, мощность и т.д.). Оценивают запасы КрФ в мышцах по креатининовому коэффициенту - количеству креатинина, выделенного с мочой за сутки в расчете на кг массы тела. Этот коэффициент у взрослых мужчин составляет 18-32 мг/сутки·кг, у женщин - 10-25 мг/сутки·кг, у детей - значительно ниже.

У растущего организма также ниже содержание и активность фермента креатинкиназы, катализирующего креатинфосфатную реакцию, что тоже ограничивает мощность данного анаэробного пути ресинтеза АТФ.

С возрастом, с увеличением мышечной массы возможности энергообеспечения за счет креатинфосфатного ресинтеза АТФ возрастают. Особенно усиленно развиваются возможности данной реакции в возрасте 15-17 лет.

Еще одним анаэробным способом выработки АТФ является гликолитический путь ресинтеза (гликолиз, лактатный). Этот процесс представставляет собой анаэробный распад мышечного гликогена до молочной кислоты (лактат) без участия митохондрий и без потребления кислорода и является дополнительным способом получения энергии, особенно при выполнении интенсивных нагрузок.

Итоговое уравнение гликолиза:

У детей возможности гликолитического (лактатного) анаэробного энергообеспечения низкие, что объясняется пониженным содержанием мышечного гликогена, меньшей активностью ферментов гликолиза и, особенно, низкой устойчивостью детского организма к повышению кислотности вследствие образования и накопления лактата.

Источником лактата может быть и глюкоза, поступающая в мышцы из крови.

Все основные критерии, характеризующие гликолитический путь ресинтеза АТФ (мощности, емкости и времени поддержания максимальной мощности), у детей, подростков и даже юношей имеют более низкие величины, по сравнению с взрослыми. Данный путь энергообеспечения медленнее выходит на максимальную мощность, имеет более низкую ее величину. Вклад гликолиза в энергообеспечение оценивают по возрастанию уровня лактата в крови после нагрузки (?С лактата), по выделению лактата с мочой и по величине лактатного кислородного долга.

У спортсменов с хорошей физической подготовкой величины лактатного кислородного долга могут достигать 18-20 л. У детей и подростков даже при выполнении физических нагрузок на уровне индивидуальных рекордов эта величина значительно ниже.

К концу подросткового периода, особенно юношеского, повышаются как аэробные, так и анаэробные механизмы энергообеспечения и работоспособности.

1.5 Возрастные особенности работоспособности

В онтогенезе физическая работоспособность, зависящая от аэробных механизмов энергообеспечения, развивается раньше, чем анаэробная. С 6 лет в значительной степени увеличиваются возможности аэробного энергообеспечения, повышается кровоснабжение мышц и окислительные процессы в митохондриях. Однако резервы аэробного энергообеспечения у детей и подростков невелики. Системы организма, отвечающие за аэробное энергообеспечение растущего организма, функционируют почти на пределе своих физиологических возможностей.

Наибольший годовой прирост аэробной работоспособности наблюдается у мальчиков 13 - 14 лет (МПК увеличивается на 28%) и у девочек 12 - 13 лет (МПК увеличивается на 17%). Абсолютное развитие аэробной работоспособности отмечается только к 20 - 25 годам. За счет постоянных тренировок до 40 - 45 лет может поддерживаться высокий уровень аэробной работоспособности. Дети младшего школьного возраста достаточно легко переносят длительные, мало интенсивные нагрузки продолжительностью не более 40 минут.

В период полового созревания наблюдается некоторое снижение аэробной работоспособности, направленной на развитие выносливости. В этот период легко развивается гипоксия, "юношеская" гипертония с повышением артериального давления до 130 - 140 мм ртутного столба. К концу юношеского возраста ликвидируется рассогласованность в гормональной регуляции, завершается развитие функциональных систем, ЧСС достигает уровня взрослого человека (66 ударов в минуту), стабилизируется МПК, поэтому аэробная работоспособность резко возрастает.

Анаэробная (алактатная и лактатная) работоспособность растущего организма существенно ограничена. Анаэробная работоспособность более специфична, по сравнению с аэробной работоспособностью. Она преимущественно связана с внутримышечными энергетическими запасами (креатинфосфата, гликогена), количеством миофибрилл, активностью ферментов и т.д.

Недостаточное содержание креатинфосфата в мышцах у детей существенно ограничивает алактатную работоспособность детей. С возрастом с увеличением мышечной массы усиливаются возможности ресинтеза АТФ за счет креатинфосфата с 15 - 17 лет, которые достигают наибольшего развития к 19 - 20 годам. Высокая алактатная работоспособность может сохраняться до 30-летнего возраста.

Пропорционально нарастанию веса тела возрастают и возможности гликолитической (лактатной) работоспособности. Низкие запасы мышечного гликогена, недостаточная эффективность его использования для энергообеспечения, повышенная чувствительность к молочной кислоте существенно снижают работоспособность растущего организма при выполнении нагрузки в зоне субмаксимальной мощности продолжительностью до 2 - 3 минут. С 15 - 16 лет значительно возрастают возможности гликолитического пути ресинтеза АТФ, но наибольшая гликолитическая (лактатная) работоспособность отмечается только в возрасте 20 - 22 лет, которая затем быстро падает.

Специальная выносливость определяется не только внутренними возможностями организма (энергетическими, функциональными, гормональными и т.д.), специфическими для определенного вида нагрузок, но еще в большей степени - высокой технической, тактической и психологической подготовкой, развитием морально-волевых качеств. Только многолетняя техническая подготовка, правильно подобранная тактика, высокая мотивация позволяют спортсмену экономно и рационально использовать энергетический потенциал и выполнять работу даже в условиях значительных сдвигов в организме (биохимических, функциональных и других).

Процессы восстановления у растущего организма протекают значительно быстрее, чем у взрослых. Это объясняется меньшим объемом нагрузок, более низкой их мощностью и меньшими метаболическими сдвигами во время работы.

Повышенное потребление кислорода на единицу веса тела у детей после окончания мышечной работы ускоряет окисление недоокисленных метаболитов и сокращает время восстановления. Однако, если нагрузка протекает на фоне недовосстановления или носит запредельный характер, то процессы восстановления могут затягиваться до 6 - 24 часов. Следовательно, режим физических нагрузок, отдыха, питания для детей, подростков и юношей должен быть под постоянным контролем врача, тренера, биохимика.

1.6 Особенности питания растущего организма

Обязательным условием нормального роста и развития организма, повышения уровня физической работоспособности, профилактики заболеваний является полноценное питание. Под питанием понимают поступление пищевых веществ из внешней среды в организм, их переваривание и всасывание продуктов переваривания.

У растущего организма возможности пищеварительной системы значительно ниже, чем у взрослого. Это связано, как указывалось выше, с небольшим объемом пищеварительных соков, низкой активностью пищеварительных ферментов и более низкой способностью всасывания конечных продуктов распада (гидролиза) в желудочно-кишечном тракте. В связи с ограниченными возможностями пищеварительной системы детям и подросткам рекомендуется повысить кратность питания до 5-6 раз в сутки.

С биологических позиций, питание преследует такие основные цели, как:

· обеспечение организма источниками энергии,

· обеспечение организма строительным материалом,

· обеспечение организма водой, минеральными веществами, витаминами и другими незаменимыми продуктами питания.

У занимающихся спортом рациональное питание позволяет повысить эффективности тренировочного процесса и рост спортивных результатов, а также ускорить восстановительные процессы.

Энергетическая ценность (калорийность) пищевого рациона оценивается количеством энергии, которая выделяется при окислении пищевых углеводов, жиров и белков до конечных продуктов распада (СО₂, Н₂О и NH₃).

Главными источниками энергии являются пищевые углеводы, которые должны обеспечивать у детей 50-60% суточной потребности в энергии. Наиболее богаты углеводами следующие продукты: крупы, хлеб, картофель, овощи и др.

Кроме крахмала, с пищей могут поступать клетчатка, сахароза и некоторые простые углеводы (глюкоза, фруктоза), а также животные углеводы (гликоген и лактоза - молочный сахар).

Учитывая высокий расход энергии на единицу веса растущего организма, повышенные энерготраты при выполнении физических нагрузок, особенно анаэробных, когда углеводы становятся основными источниками энергии, рекомендуется увеличивать содержание углеводов в пищевом рационе. Норма потребления углеводов должна составлять 8,3 - 14,3 г/кг массы тела.

Обогащение рациона углеводами обусловлено еще и тем, что углеводные запасы (гликоген печени и мышц) у детей ограничены и быстро расходуются. Для поддержания работоспособности используют дополнительный прием углеводов во время тренировки, соревнования или восстановления до 600-800 г в сутки.

Пищевой рацион растущего организма должен содержать так называемые балластные вещества. К ним относятся такие растительные углеводы, как клетчатка, пектин, лигнин, которые не гидролизуются пищеварительными ферментами и поэтому не всасываются. В настоящее время установлено, что эти углеводы выполняют в организме функцию сорбентов токсических веществ, которые могут содержаться в недоброкачественной пище или возникать в процессе обмена веществ (холестерин, продукты гниения и др.), а также усиливают перистальтику кишечника, что стимулирует движение пищи по пищеварительному тракту.

Еще одним обязательным компонентом пищевого рациона являются жиры, которые по калорийности превосходят углеводы и белки (см. метаболизм липидов). Потребность в жирах для взрослого человека составляет 80-100 г в сутки, для детей абсолютная потребность ниже (табл. 1). Для спортсменов, в зависимости от вида спорта, она может колебаться от 1,7 до 2,4 г/кг массы тела, что позволяет обеспечивать до 30% суточной калорийности. По калорийности жиры должны составлять 30-35% суточного рациона.

Следует отметить, что наиболее энергетически ценными являются животные жиры. Однако биологическая ценность пищевых жиров определяется содержанием в них полиненасыщенных жирных кислот (линолевой, линоленовой, арахидоновой и др.), которые необходимы для синтеза фосфолипидов - липоидов клеточных мембран - для образования простагландинов - гормоноподобных веществ, регулирующих в организме тонус гладкой мускулатуры, и других биологически активных веществ. Источниками полиненасыщенных кислот являются растительные масла, жирная рыба, рыбий жир и другие продукты. Для взрослого человека ежедневный прием 20-30 мл растительного масла обеспечивает потребности организма в полиненасыщенных жирных кислотах. Оптимальным соотношением между животными и растительными жирами принято считать 7:3.

Пищевые жиры также являются источниками жирорастворимых витаминов (A, D, E и K), которые могут накапливаться в составе резервного жира. Большие затраты энергии юных спортсменов, вызванные высокой двигательной активностью, нервно-психическими перегрузками, большим объемом нагрузок, требуют достаточного поступления пищевых жиров.

В обеспечении организма строительным материалом ведущее значение имеют пищевые белки, состоящие из аминокислот. Аминокислоты необходимы для обновления тканевых белков, белков плазмы крови, для синтеза других азотсодержащих веществ организма (креатина, азотистых оснований, гормонов - адреналина, тироксина и т.д.).

Таблица 1. Рекомендуемые величины суточной потребности в основных пищевых веществах, витаминах и энергии для юных спортсменов

Виды спорта	Возраст, лет	Пол	Калорийность, ккал	Белки, г	Жиры, г	Углеводы, г	Витамины, мг
				Общие	В т. ч. животные	Общие	В т. ч. растительные		А	B1	B2	C
Гимнастика (спортивная, художественная), настольный теннис, прыжки на лыжах с трамплина, санный спорт, стрельба, фехтование, фигурное катание на коньках.	11-13 14-17	М Д М Д	3050 2650 3600 3050	112 97 132 112	67 59 79 67	90 79 106 90	20 18 21 20	448 388 528 448	2,1 2,0 2,4 2,1	2,3 2,0 2,7 2,3	2,5 2,2 3,0 2,5	115 100 135 115
Бег на 400, 1500, 3000 м, бокс, борьба, горнолыжный спорт, плавание, спорт. игры (волейбол, теннис, футбол, хоккей, баскетбол).	11-13 14-17	М Д М Д	3600 3400 3900 3300	132 125 134 114	79 74 80 68	106 100 126 107	21 20 32 27	528 499 522 444	2,4 2,3 2,6 2,2	2,7 2,6 2,9 2,5	3,0 2,8 3,3 2,8	135 128 146 124
Велогонки на шоссе, гребля на байдарках и каноэ, академическая, лыжные гонки, лыжное двоеборье, конькобежный спорт.	11-13 14-17	М Д М Д	3600 3400 4600 3900	132 125 157 134	79 74 94 80	106 100 148 126	21 20 37 32	528 499 627 533	2,4 2,3 3,1 2,6	2,7 2,6 3,5 2,9	3,0 2,8 3,8 3,2	135 128 173 147

Особенно необходимо поступление с пищей полноценных белков, содержащих незаменимые аминокислоты, которые не могут синтезироваться в организме. Животные белки (молочные продукты, яйца, мясо, рыба и др.) имеют бульшую биологическую ценность, чем белки растительного происхождения. Из растительных белков наиболее полноценными являются белки гречи, овса, белых грибов и т.д.

Как указывалось выше, суточная потребность в белках зависит от возраста, массы тела, характера физических нагрузок. При выполнении силовых нагрузок повышается катаболизм белков, главным образом мышечных. Для восстановления разрушенных белков рекомендуют дополнительный прием пищевых белков до 150-200 г в сутки (2,2 - 2,9 г/кг массы тела).

Широкое распространение в настоящее время получили пищевые добавки. В состав белковых добавок часто входят молочные и яичные белки, гидролизаты белков (пептиды, аминокислоты) и белково-углеводные смеси. Они содержат в высоких концентрациях наиболее полноценные и легко усвояемые пищевые белки.

В связи с несовершенством процессов терморегуляции у детей и подростков наблюдается повышенное выделение воды и минеральных солей в составе пота. Вследствие интенсивности водно-солевого обмена дети страдают от дефицита воды и минеральных веществ тяжелее, чем взрослые. Для нормальной жизнедеятельности растущего организма потребность в воде у ребенка в расчете на кг массы тела должна быть выше. Суточная потребность в воде у детей различного возраста различна. Например, для 2-4-летнего ребенка она должна составлять 1350 - 1800 мл/сутки (115-110 мл на кг веса), для 14-летнего - 2000 - 2700 мл/сутки (40-50 мл/кг веса).

Минеральные вещества играют огромную роль во многих физико-химических процессах, протекающих в организме. Особенно велико их значение для растущего организма. Потребность в минеральных веществах зависит от возраста, а при занятиях спортом - от характера физических нагрузок.

Суточная потребность в основных минеральных веществах (в граммах) у детей, занимающихся и не занимающихся спортом, в зависимости от возраста, приведена в табл. 2.

Таблица 2. Потребность детей и подростков (юных спортсменов и не занимающихся спортом) в минеральных веществах, мг/день

Сравниваемые группы	Возраст, лет	Пол	Минеральные вещества
			Ca	P	Mg	Fe	K
Не занимающиеся спортом	11-13 14-17	М Д М Д	1200 1100 1200 1100	1800 1650 1800 1650	350 300 300 300	18 18 18 18	3000 3000 3500 3500
Юные спортсмены	11-13 14-17	М Д М Д	1550 1400 1550 1400	2300 2100 2300 2100	530 450 450 450	23 23 23 23	3700 3700 4300 4300

В периоды интенсивных тренировок и восстановления подростки и юноши особенно нуждаются в таких минеральных элементах, как железо, кальций, магний, калий и фосфор. Это, прежде всего, связано со значительными потерями солей при обильном потоотделении.

Продуктами питания, наиболее богатыми минеральными веществами, являются овощи и фрукты. Наряду с поступлением минеральных веществ с натуральными продуктами питания, они могут дополнительно вводиться в составе поливитаминных комплексов и др., а также в виде специальных фармацевтических препаратов: аспаркама, содержащего калий и магний, глицерата кальция, содержащего кальций и фосфор и т.д. Минеральными веществами могут быть обогащены белковые и углеводные добавки.

В настоящее время в практике спортивной медицины большое внимание уделяется дозированию и учету введения микроэлементов с пищевыми добавками и поливитаминных комплексов.

Витамины - низкомолекулярные соединения, поступающие в организм человека преимущественно с пищей. Это - биологически активные вещества, играющие важную роль в регуляции обменных процессов, и их недостаточное поступление (гиповитаминозы) или полное отсутствие поступления с пищей (авитаминозы) может привести к различным нарушениям метаболизма и тяжелым болезням.

В зависимости от возраста ребенка и энерготрат, суточная потребность в витаминах различна (табл. 1).

Среди жирорастворимых витаминов наиболее значимым для роста и развития ребенка является витамин А (ретинол). Он оказывает влияние на развитие скелета, способствует росту и регенерации кожных покровов и слизистых оболочек. Он обеспечивает нормальное зрение. Витамин А - сильнейший антиоксидант.

Пищевыми источниками витамина А являются печень животных и рыб, яичный желток, молочные продукты. В растительных продуктах (морковь, тыква и др.), в плодах и фруктах (цитрусовых и др.) содержится каротин - провитамин А, который в организме при определенных условиях является источником витамина А.

Витамин D (кальциферол) участвует в процессах всасывания и обмена кальция и фосфора. При его недостатке у детей нарушается обмен в костной ткани, развивается рахит, задерживается рост и развитие. Пищевыми источниками витамина D являются жирная рыба, рыбий жир, молоко и молочные продукты. Кроме того, витамин D может синтезироваться в коже под воздействием на нее солнечного света.

Витамин Е (токоферол) принимает участие в окислительно-восстановительных процессах, является природным антиоксидантом, регулирует функцию половых желез, поддерживает мышечный тонус. Основными источниками витамина Е являются растительные масла, зародыши семян злаков, зеленые овощи.

Витамин К (филлохинон) играет важную роль в синтезе протромбина - фактора свертывания крови. Его пищевыми источниками являются шпинат, зеленый горошек и другие овощи, а также мясо и рыба.

Гиповитаминозы, обусловленные дефицитом в организме жирорастворимых витаминов (А ,D, E, K), встречаются редко. У детей же чаще наблюдаются гипервитаминозы, обусловленным избыточным содержанием в организме витаминов А и D. Длительное применение витамина А у детей в возрасте 1-4 лет вызывает увеличение возбудимости, отсутствие аппетита, увеличение печени, выпадение волос и т.д. Высокая токсичность избыточного поступления витамина D проявляется в раннем окостении, задержке роста, нарушении пищеварения и возникновении судорог. метаболизм эндокринный питание организм