Анализ биохимических процессов при легкоатлетическом беге на 1000 метров

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Изменения биохимических процессов в организме при мышечной деятельности зависят от мощности и продолжительности упражнения, а также от тренированности спортсмена. Между мощностью работы и ее продолжительностью существует обратная зависимость - чем больше мощность работы, тем меньше время, за которое можно ее выполнять.

В предложенной задаче работа выполняется тренированными спортсменами в условиях соревнований, то есть при максимальном физическом напряжении.

Задачи работы:

1. охарактеризовать зону мощности при легкоатлетическом беге на 1000 м при 2,5 минутах;

2. проанализировать биохимические процессы при легкоатлетическом беге на 1000 м при 2,5минуты;

3. проанализировать направленность изменения при адаптации организма к нагрузке при легкоатлетическом беге на 1000 м при 2,5 минуты.

1. Зона мощности, к которой относится указанная работа: легкоатлетический бег 1000 м. (2,5 мин). Соотношение аэробных и анаэробных процессов в организме при ее выполнении

Нагрузка при легкоатлетическом беге на 1000 метров при 2,5 минутах относится к субмаксимальной зоне мощности.

Энергетическое обеспечение работы в зоне гликолитического воздействия идет в основном за счет анаэробных гликолитических механизмов ресинтеза АТФ.

Кислородный запрос при работе в этой зоне мощности составляет свыше 20-40 л.

Под влиянием продуктов анаэробного распада увеличивается проницаемость клеточных мембран для белков, что приводит к увеличению их содержания в крови и моче. При работе в этой зоне мощности возможно также накопление NH3 и нарушение электролитического сопряжения.

Биохимические изменения в организме при выполнении физической нагрузки зависят от участия в энергообеспечении работы различных энергитических систем.

2. Характеристика основного механизма образования АТФ: энергетические источники, краткое описание процесса реакции, которых образуется АТФ, конечные продукты

При продолжительности работы 2,5 минуты, преимущественным механизмом образования АТФ является анаэробный гликолиз.

При легкоатлетическом беге 2,5 минуты (1000 метров) целесообразно рассматривать три процесса в организме:

- анаэробная алактатная система. Процесс накопления энергии посредством образования АТФ вызывается еще одной молекулой, содержащей энергообразующую связь - креатинфосфата;

- анаэробная лактатная система. Здесь в реакции кислород не участвует, но образуется молочная кислота;

- аэробная система требует кислорода и «топлива», которым могут быть сахара, жиры и ограниченное количество белков.

Для легкоатлетического бега 1000 м аэробная система является важной в количественном отношении.

Анаэробная алактатная система типична для кратковременных усилий. Если мы стартуем внезапно из состояния покоя, наши мышцы начинают расходовать небольшое количество АТФ, накопленной в мышечных волокнах. Затем АТФ образуется благодаря креатинфосфату (КрФ), содержащему одну молекулу креатина и одну молекулу фосфата, которые соединены с помощью энергообразующей связи:

Креатин -*-Р

При разрыве этой связи выделяется энергия, используемая для ресинтеза АТФ из АДФ и фосфата.

Мышца прибегает к анаэробной лактатной системе в том случае, когда интенсивность выполняемой работы такова, что запрос АТФ в минуту будет превышать количество АТФ, образуемое за счет аэробной системы.

Анаэробная лактатная система важна в беге на дистанции 400 м, 800 м и даже на более длинную дистанцию 1000 м.

С увеличением продолжительности нагрузки уменьшается доля анаэробных механизмов и увеличивается доля аэробного энергообразования.

Происходит разрыв макроэргической связи и перенос высокоэнергетического фосфатного остатка от ФЕПВК на НАД с образованием АТФ.

2 1,3БФГК + 2 АДФ фосфоглицераткиназа> 2 АТФ + 2 3 ФГК.

2 ФЕПВК + 2 АДф пируваткиназа> 2 АТФ + 2 ПВК.

Заканчивается второй этап образованием двух молекул пировиноградной кислоты.

На заключительном, третьем этапе гликолиза происходит восстановление пировиноградной кислоты и образование молочной кислоты. Реакция протекает при участии фермента лактатдегидрогеназы и кофермента:

СН3 - СО - СООН + НАД Н2 ЛДГ>НАДСН2 - СН(ОН) - СООН.

Реакция восстановления пирувата завершает внутренний окислительно-восстановительный цикл гликолиза, в котором НАД+ играет роль лишь промежуточного переносчика водорода от глицеральдегид - 3 - фосфата на ПВК, при этом сам он регенерирует и вновь может участвовать в циклическом процессе, получившем название гликолитической оксидоредукции.

Конечным продуктом гликолиза (гликогенолиза) является молочная кислота. В процессе гликолиза образуется АТФ.

3. Энергетические показатели основного пути энергообеспечения (мощность, емкость, эффективность) и биохимические факторы, которые влияют на их величину

тренированность биохимический мышечный гликоген

При легкоатлетическом беге 1000 метров в процессе интенсивной мышечной деятельности наряду с креатинфосфокиназной реакцией значительную роль в обеспечении скорости анаэробного ресинтеза АТФ в мышцах играет также и анаэробный гликолиз (гликогенолиз).

Гликолиз - это сложный ферментативный процесс последовательных превращений глюкозы, протекающий в тканях человека и животных без потребления кислорода.

Энергетическими «фондами» гликолиза являются внутримышечные запасы гликогена, а также глюкоза, поступающая в кровь при распаде гликогена печени. Расщепление глюкозы и гликогена осуществляется под влиянием пусковых ферментов - гексокиназы, расщепляющей глюкозу, и фосфорилазы, которая осуществляет «запуск» начальных стадий гликогенолиза.

Энергия, требуемая для пробегания 1000 метров, обеспечивается: запасы гликогена в рабочих мышцах; глюкоза, поступающая в кровь из печени; жиры, имеющиеся в мышцах в начале забега; жирные кислоты, поступающие из жировых депо организма (жировые клетки). Они соединяются с альбумином и доставляются кровью к рабочим мышцам.

Большая часть энергозапроса при легкоатлетическом беге 1000 метров обеспечивается аэробной системой.

Мощность гликолитического анаэробного механизма достаточно велика и составляет 2500 кДж/кг*мин. Такая мощность определяется его высокой скоростью, которая достигает максимума уже на 20-30 секундах после начала мышечной работы и до 45 секунды поддерживается на максимальном уровне. За счет такой мощности конькобежец может развить скорость бега, достигающую 10-12 м/с.

Показателями мощности анаэробного гликолитического процесса являются скорость накопления молочной кислоты (Нla/t) и скорость «избыточного выделения» СО2. Молочная кислота является сильной кислотой, образующей при диссоциации значительные количества водородных ионов:

СН3СН(ОН)СООН><СН3СН(ОН)СОО + Н+.

Максимальная емкость гликолиза составляет 1050 кДж/кг и определяется внутримышечными запасами углеводов и емкостью буферных резервов организма.

При образовании слишком больших количеств молочной кислоты емкость буферных систем, нейтрализующих молочную кислоту, исчерпывается, и активная реакция среды изменяется - происходит сдвиг РН в кислую сторону.

Энергетический эффект гликолиза равняется двум молекулам АТФ при окислении молекулы глюкозы, поскольку на первом этапе гликолиза затрачивается 2 молекулы АТФ (гексокиназная и фосфофруктокиназная реакции), а на втором этапе 4 молекулы АТФ образуются за счет 1,3 БФГК и ФЭПВК (4АТФ - 2АТФ =2АТФ). При гликолизе освобождается четыре атома водорода, которые в анаэробных условиях передаются на пировиноградную кислоту, а в аэробных условиях переходят в дыхательную цепь.

Энергетическим субстратом является в основном - гликоген мышечного волокна. Активизируется процесс распада гликогена под действием фермента фосфорилаза и фосфофруктокиназа. По ходу процесса образуется два макроэргических соединения дифосфоглицерат и фосфоэнолпируват. Конечными продуктами являются пировиноградная кислота, затем молочная кислота. АТФ образуется путем переноса макроэргических фосфатных группировок. От этих промежуточных макроэргических соединений на АДФ.

4. Биохимические изменения в мышцах, крови и моче спортсмена при выполнении данной работы и в период отдыха после нее

Биохимические изменения в миокарде. Во время работы происходит усиление и учащение сердечных сокращений. В качестве источника энергии миокард использует глюкозу, жирные кислоты, кето-тела, глицерин, который поступает с кровью. Собственные запасы гликогена, миокард не использует. При гликолитической работе в миокарде происходит окисление лактата до СО2 и Н2О.

Продолжительность работы от 30 секунд до 2,5 минут, анаэробно - гликолитическая направленность. В организме накапливается лактат, уменьшается PH, уменьшается содержание гликогена в мышцах, накапливается аммиак в мышцах, кето-тела, снижение уровня креатинфосфата.

Снижается количество креатинфосфата, накапливаются продукты его распада - креатин, креатинин, уменьшается содержание гликогена, накапливается лактат, снижается PH. В результате накапливается лактат, повышается осмотическое давление, мышцы набухают, появляется болезненность. Усиливается распад белков, повышается содержание свободных аминокислот, накапливается аммиак. Снижается активность ферментов.

Происходит уменьшение содержания воды в плазме крови, разрушение внутриклеточных белков, изменение концентрации глюкозы. Увеличение глюкозы в крови при продолжительной работе уровень глюкозы снижается. Повышение содержания лактата, при работе может повышаться уровень 15-20 м/моль. Повышение лактата приводит к снижению PH и может развиться ацидоз.

Биологические изменения в моче связано с возможностью появления необходимых компонентов, которые в покое не содержатся: белок, глюкоза, мочевина, кето-тела. Усиливается выделение минеральных солей.

После окончания работы содержание различных метаболитов возвращается к исходному уровню. При этом происходит не только восстановление затраченных энергетических ресурсов, но и их сверхвосстановление.

5.. Качество двигательной деятельности, которое является ведущим при выполнении данной работы. Методы развития этого качества

Для спортсменов, занимающихся легкоатлетическим бегом на 1000 метров, ведущими качествами двигательной деятельности являются: выносливость, аэробные и анаэробные возможности, выносливость к статистическим упражнениям, гибкость.

Таким образом, легкоатлетический бег 1000 метров является универсальным видом спорта, так как ведет к развитию множества качеств спортсмена.

Для достижения оптимальной структуры тренировок необходимо: знание требований, способность к достижениям, которые ставит перед процессами обмена веществ: знание физиологического действия различных тренировочных методов и средств.

Для увеличения выносливости очень важным видом тренировки является интенсивная длительная тренировка. Для получения (нужного) результата этот вид тренировки необходимо дозировать в довольно узкой области частоты ударов сердца.

Другим видом постановкой цели является экстенсивная интервальная (тренировка).

Целью экстенсивной интервальной тренировки является увеличение ударного объема сердца.

Развитие скорости требует передового уровня исполнения и безошибочной техники. Техника, которая является предварительным условием для достижения максимальной скорости.

Ядро тренировочной работы состоит из скоростной тренировки, при которой в определенном порядке стоят специфические упражнения, специфические силовые тренировки, множественные прыжки, силовые тренировки и бег низкой интенсивности.

Интенсивность упражнений должна быть на столько высокой, затем максимальной, чтобы стимулировались нервная система, сосуды мышц и энергообеспечивающая система, как по мощности, так и по способности в наиболее высокой области интенсивности. Упражнение должно быть настолько сложным, чтобы к началу и к концу скорость оставалась одинаковой.

Для развития определенной сноровки найдены оптимальные сочетания. Область их применения, исходя из силы, определяется следующим образом: длительная сила (максимальная сила); взрывная сила; скоростная (быстрая) сила; скорость (быстрота); движение без нагрузки; движение с легкими материалом или с прыжками.

Для применения методов важное значение имеют: количество тренировок, более благоприятное, чем возможные повторения с определенной нагрузкой; оптимальное восстановление между взаимными нагрузками; организация в связи с нагрузкой и восстановлением.

6. ПОЛ (перекисное окисление липидов). Этапы развития реакций ПОЛ. Роль при физических нагрузках

Практически любая спортивная работа протекает в условиях неравномерного снабжения организма кислородом. Периоды общего или локального дефицита кислорода сменяются гипероксическими состояниями.

В организме существуют два пути использования кислорода. Первый связан с окислением энергетических субстратов и реализуется конечным звеном дыхательной цепи - цитохромоксидазой. Предусматривает включения кислорода в молекулу окисляемого субстрата. В нормальных условиях этот процесс сопряжён с фосфорилированием АДФ и является, таким образом, главным источником энергии в живых организмах.

Другой путь окисления - оксигеназный - предполагает включение кислорода в молекулу субстрата. В этих реакциях могут образовываться АФК. Эти формы, взаимодействуя с фосфолипидными компонентами биомембран, дают начало свободнорадикальному окислению липидов.

ПОЛ является нормальной составной частью метаболизма. В физиологических условиях интенсивность перекисного окисления контролируется и лимитируется многокомпонентной АОС.

При этом ПОЛ выполняет определённые жизненно важные функции, как: обновление биомембран, обезвреживание некоторых веществ, поддержание гомеостаза (за счёт изменения проницаемости капилляров). Способствуя увеличению проницаемости мембран и облегчая выход интерферона в кровоток, ПОЛ участвует в реализации защитной реакции организма. Тем не менее, чрезмерная активация свободнорадикального окисления оказывает выраженное повреждающее воздействие, причём независимо от причин и механизма активации СРО направление негативных сдвигов сохраняется.

Основой всех модифицирующих и повреждающих эффектов ПОЛ в мембране является реакция ненасыщенных жирнокислотных остатков фосфолипидов липидного биослоя с активными формами кислорода. В результате в молекулах фосфолипидов появляется гидроперекисная группировка. Такие фосфолипиды неустойчивы, их накопление ведёт к реализации других существенных модифицирующих эффектов.

Важная роль активации ПОЛ в механизме развития хронического физического перенапряжения, явления нередко встречающегося у легкоатлетов высокой квалификации. Хроническое физическое перенапряжение характеризуется уменьшением физической работоспособности, снижением показателей сердечно-сосудистой системы, ослаблением антиоксидантного статуса организма.

Физическая тренировка увеличивает резистентность скелетных мышц к перекисному повреждению.

Умеренные регулярные физические нагрузки нормализуют перекисные процессы, в то время как предельная спортивная работа, носящая стрессорный характер, сопровождается активацией СРО и требует экзогенной коррекции.

7. Антиоксидантные системы организма. Ферментативные и неферментативные антиоксиданты

Антиоксидантная система (АОС) включает:

1. Энзиматические перехватчики, такие как супероксиддисмутазу, дисмутирующую О2 до Н2О2, каталазу и глутатионпероксидазу, которые конвертируют Н2О2 до воды. ГПО и глутатион-S-трансфераза участвуют в детоксикации гидропероксидов жирных кислот.

2. Гидрофильные скэвенджеры радикалов - восстановленный глутатион, аскорбат, урат, тиолы (цистеин, эрготионеин).

3. Липофильные перехватчики радикалов - токоферолы, флавоноиды, каротиноиды, убихиноны, билирубин.

4. Ферменты, осуществляющие восстановление окисленных низкомолекулярных биоантиоксидантов (глутатионредуктаза) или участвующие в поддержании в функционально активном состоянии белковых тиолов (тиоредоксинредуктаза).

5. Ферменты, участвующие в поддержании внутриклеточного стационарного уровня восстановительных эквивалентов (глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа, катализирующая образование НАДФН в пентозофосфатном пути окисления глюкозы).

6. Антиоксидантные белки (церулоплазмин, альбумин, ферритин, трансферрин, лактоферрин и др.), участвующие в хранении, транспорте или обезвреживании ионов металлов переменной валентности.

Клеточная АОС представлена семейством супероксиддисмутаз, глутатионпероксидаз и глутатион-S-трансфераз, а также глутатионредуктазой, найденных в цитоплазме, митохондриях и ядре. Каталаза локализована в пероксисомах и цитоплазме, а в такой высокодифференцированной и специализированной клетке, как эритроцит, существует в растворимой (в цитоплазме) и мембраносвязанной формах.

Состав низомолекулярных антиоксидантов достаточно обширен: восстановленный глутатион и аскорбиновая кислота находятся в водной фазе клетки, защищая компоненты цитозоля и матрикса митохондрий, токоферолы и каротиноиды - плазматическую и внутриклеточные мембраны.

АФК постоянно генерируются в водной фазе плазмы крови и других биологических жидкостей. О2 и Н2О2 могут образовываться ферментами активированных фагоцитирующих клеток, в продукцию О2 вовлечен и сосудистый энодотелий. Активированные нейтрофилы, кроме того, при участии миелопероксидазы генерируют внеклеточный гипохлорит.

Ферментативные и неферментативные антиоксиданты.

Неферментативная АОС.

В качестве компонентов неферментативной АОС могут выступать низкомолекулярные вещества, имеющие высокую константу скорости взаимодействия с АФК.

Неферментативная АОС включает различные по химическому строению и свойствам соединения: водорастворимые - глутатион, аскорбат, цистеин, эрготионеин, и гидрофобные - -токоферол, витамин А, каротиноиды, убихиноны, витамины группы К, которые снижают скорость образования свободных радикалов и уменьшают концентрацию продуктов реакций, протекающих с участием радикалов.

Основная направленность действия низкомолекулярных АО связана с защитой белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов, а также биомембран от окислительного разрушения при свободнорадикальной процессах. Важное значение низкомолекулярные АО приобретают в условиях окислительного стресса, когда ферментативная АОС оказывается менее эффективной в сравнении с их протекторным действием. Причины этого - быстрая инактивация конститутивного пула ферментов свободными радикалами и значительное время, необходимое для индукции их синтеза.

Ферментативная АОС.

Организмы различной степени сложности, утилизирующие кислород в процессах обмена веществ, содержат ферменты, обладающие способностью дисмутировать супероксидные радикалы, обрывая тем самым опасную цепь свободнорадикальных превращений в самом зародыше. Эти ферменты называют супероксиддисмутазами (КФ 1.15.1.1., супероксид: супероксид оксидоредуктаза, СОД).

СОД являются, в основном внутриклеточными ферментами и лишь небольшая часть СОД- активности обнаружена во внеклеточных жидкостях млекопитающих в виде гликозилированного тетрамера Cu,Zn-СОД с Mr 135 кДа. Этот гликопротеин проявляет сродство к сульфатированным полисахаридам таким, как гепарин и гепарансульфат.

Заключение

В данной работе достигнута ее главная цель - подробно изучены биохимические процессы при легкоатлетическом беге 1000 метров (2,5 минуты).

Изменения биохимических процессов в организме при мышечной деятельности зависят от мощности и продолжительности упражнения, а также от тренированности спортсмена.

Кислородный запрос при работе в этой зоне мощности составляет свыше 20-40 л. Усиливается мобилизация гликогена печени, что подтверждает повышенный уровень глюкозы в крови. Под влиянием продуктов анаэробного распада увеличивается проницаемость клеточных мембран для белков, что приводит к увеличению их содержания в крови и моче. При работе в этой зоне мощности возможно также накопление NH3 и нарушение электролитического сопряжения.

Одним из важнейших факторов, определяющих скорость движения, является сила.

Важнейшим физическим качеством является выносливость.

Список использованной литературы

1. Биохимия. Учебник для институтов физической культуры / Под ред. В.В. Меньшикова. -М.: ФиС, 2006. -384с.

2. Биохимия физической культуры и спорта: Учебно-методическое пособие/ Под ред. Г.Е. Медведева, Т.В. Соломина - М.: Медицина, 2006. - 467с.

3. Львовская Е.И. Основы общей и спортивной биохимии: учебник / Е.И. Львовская. - М.: Медицина, 2009. - 489с.

4. Медведева Г.Е. Биоэнергетика мышечной деятельности: Учебное пособие. / Г.Е. Медведева. - М.: Медицина, 2006. - 456с.

5. Михайлов С.С. Спортивная биохимия/ С.С. Михайлов. - М.: ФиС, 2004. - 438с.

6. Соломина Т.В. Особенности процессов энергообеспечения физических нагрузок в циклических видах спорта/ Т.В. Соломина. - Ч.: Урал, 2007. - 328с.

7. Соломина, Т. В. Биохимия обменных процессов: Учеб. пособие / Т.В. Соломина. - Челябинск: Урал, 2009. - 94с.

Размещено на Allbest.ru