Биохимия мышечной деятельности

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

Введение

1. Скелетные мышцы, мышечные белки и биохимические процессы в мышцах

2. Биохимические изменения в организме спортсменов-единоборцев

3. Адаптация к нагрузкам и утомление спортсмена

4. Проблема восстановления в спорте

5. Особенности метаболических состояний у человека при мышечной деятельности

6. Биохимический контроль в единоборствах

Заключение

Список литературы

Введение

Роль биохимии в современной спортивной практике все более возрастает. Без знания биохимии мышечной деятельности, механизмов регуляции метаболизма при выполнении физических упражнений невозможно эффективное управление процессом тренировки и его дальнейшая рационализация. Знание биохимии необходимо для оценки уровня тренированности спортсмена, выявления перегрузок и перенапряжения, для правильной организации режима питания. Одна из наиболее важных задач биохимии заключается в том, чтобы на основе глубоких знаний химических превращений найти эффективные пути управления обменом веществ, поскольку состояние обмена веществ определяет норму и патологию. От характера и скорости процессов обмена веществ зависит рост и развитие живого организма, его способность противостоять внешним воздействиям, активно адаптироваться к новым условиям существования.

Изучение приспособительных изменений обмена веществ позволяет лучше познать особенности адаптации организма к физическим нагрузкам и отыскать эффективные средства и методы повышения физической работоспособности.

В спортивных единоборствах проблема физической подготовки всегда рассматривалась в качестве одной из наиболее важных, определяющей уровень спортивных достижений.

Обычный подход для определения методов тренировки основан на эмпирических закономерностях, которые формально описывают явления спортивной тренировки.

Однако собственно физические качества не могут существовать сами по себе. Они появляются в результате управления ЦНС мышцами, которые сокращаются, тратят метаболическую энергию.

Теоретический подход требует построения модели организма спортсмена с учетом достижений мировой биологии спорта. Для управления адаптационными процессами в определенных клетках органов тела человека необходимо знать, как устроен орган, механизмы его функционирования, факторы, обеспечивающие целевое направление адаптационных процессов.

1. Скелетные мышцы, мышечные белки и биохимические процессы в мышцах

Скелетные мышцы содержат большое количество веществ небелковой природы, легко переходящих из измельченных мышц в водный раствор после осаждения белков. АТФ является непосредственным источником энергии не только различных физиологических функций (мышечных сокращений; нервной деятельности, передачи нервного возбуждения, процессов секреции и т. д.), но и происходящих в организме пластических процессов (построения и обновления тканевых белков, биологических синтезов). Между этими двумя сторонами жизнедеятельности - энергетическим обеспечением физиологических функций и энергетическим обеспечением пластических процессов - существует постоянная конкуренция. Дать определенные стандартные нормы биохимических изменений, происходящих в организме спортсмена при занятиях тем или другим видом спорта, чрезвычайно трудно. Даже при выполнении отдельных упражнений в чистом виде (легкоатлетический бег, бег на коньках, на лыжах) протекание процессов обмена веществ может у разных спортсменов значительно отличаться в зависимости от типа их нервной деятельности, влияний среды и т. д. Скелетная мышца содержит 75-80% воды и 20--25% сухого остатка. 85% сухого остатка составляют белки; остальные 15% слагаются из различных азотсодержащих и безазотистых экстрактивных веществ, фосфорных соединений, липоидов и минеральных солей. Мышечные белки. Белки саркоплазмы составляют до 30% всех белков мышцы.

Белки мышечных фибрилл составляют около 40% всех белков мышцы. К белкам мышечных фибрилл относятся прежде всего два главнейших белка - миозин и актин. Миозин - белок глобулинового типа с молекулярным весом около 420 000. В состав его входит много глютаминовой кислоты, лизина и лейцина. Кроме того, наряду с другими аминокислотами он содержит цистеин, а поэтому обладает свободными группами - SH. Миозин располагается в мышечных фибриллах в толстых нитях «диска А», причем не хаотично, а строго упорядоченно. Молекулы миозина имеют нитчатую (фибриллярную) структуру. По данным Гаксли, их длина около 1500 А, толщина около 20А. У них есть утолщение на одном конце (40 А). Эти концы его молекул направлены в обе стороны от «зоны М» и образуют булавовидные утолщения отростков толстых нитей. Миозин является важнейшей составной частью сократительного комплекса и одновременно обладает ферментативной (аденозинтрифосфатазной) активностью, катализируя расщепление аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) на АДФ и ортофосфат. Актин имеет значительно меньший, чем миозин, молекулярный вес (75 000) и может существовать в двух формах - глобулярной (Г-актин) и фибриллярной (Ф - актин), способных переходить друг в друга. Молекулы первого имеют округлую форму; молекулы второго, являющегося полимером (объединением нескольких молекул) Г-актина,- нитчатую. Г-актин обладает низкой вязкостью, Ф-актин - высокой. Переходу одной формы актина в другую способствуют многие ионы, в частности К+ «Mg++. При мышечной деятельности Г-актин переходит в Ф-актин. Последний легко объединяется с миозином, образуя комплекс, носящий название актомиозина и являющийся сократительным субстратом мышцы, способным производить механическую работу. В мышечных фибриллах актин располагается в тонких нитях «диска J», заходящих в верхнюю и нижнюю трети «диска А», где и происходит соединение актина с миозином посредством контактов между отростками тонких и толстых нитей. Кроме миозина и актина, в составе миофибрилл обнаружены и некоторые другие белки, в частности водорастворимый белок тропомиозин, которого особенно много в гладких мышцах и в мышцах эмбрионов. В фибриллах содержатся и другие водорастворимые белки, обладающие ферментативной активностью» (дезаминаза адениловой кислоты и др.). Белки митохондрий и рибосом в основном являются белками-ферментами. В частности, в митохондриях находятся ферменты аэробного окисления и дыхательного фосфорилирования, а в рибосомах - связанная с белками р-РНК. Белки ядер мышечных волокон являются нуклеопротеидами, содержащими в своих молекулах дезоксирибонуклеиновые кислоты.

Белки стромы мышечного волокна, составляющие около 20% всех белков мышцы. Из белков стромы, названных А.Я. Данилевским миостроминами, построена сарколемма и, видимо, «диски Z», соединяющие тонкие актиновые нити с сарколеммой. Возможно, что миостромины содержатся наряду с актином и в тонких нитях «дисков J». АТФ является непосредственным источником энергии не только различных физиологических функций (мышечных сокращений; нервной деятельности, передачи нервного возбуждения, процессов секреции и т. д.), но и происходящих в организме пластических процессов (построения и обновления тканевых белков, биологических синтезов). Между этими двумя сторонами жизнедеятельности - энергетическим обеспечением физиологических функций и энергетическим обеспечением пластических процессов - существует постоянная конкуренция. Усиление специфической функциональной деятельности всегда сопровождается увеличением расходования АТФ и, следовательно, уменьшением возможности использования ее для биологических синтезов. Как известно, в тканях организма, в том числе и в мышцах, постоянно идет обновление их белков, однако процессы расщепления и синтеза строго сбалансированы и уровень содержания белков сохраняется постоянным. При мышечной деятельности обновление белков угнетается, причем тем больше, чем в большей степени понижается содержание АТФ в мышцах. Следовательно, при упражнениях максимальной и субмаксимальной интенсивности, когда ресинтез АТФ происходит преимущественно анаэробным путем и наименее полно, обновление белков будет угнетаться более значительно, чем при работе средней и умеренной интенсивности, когда преобладают энергетически высокоэффективные процессы дыхательного фосфорилирования. Угнетение обновления белков является следствием недостатка АТФ, необходимой как для процесса расщепления, так (в особенности) и для процесса их синтеза. Поэтому во время интенсивной мышечной деятельности нарушается баланс между расщеплением и синтезом белков с преобладанием первого над вторым. Содержание белков в мышце несколько понижается, а содержание полипептидов и азотсодержащих веществ небелковой природы увеличивается. Часть этих веществ, а также некоторые низкомолекулярные белки уходят из мышц в кровь, где соответственно увеличивается содержание белкового и небелкового азота. При этом возможно и появление белка в моче. Особенно значительны все эти изменения при силовых упражнениях большой интенсивности. При интенсивной мышечной деятельности усиливается также образование аммиака в результате дезаминирования части аденозинмонофосфорной кислоты, не успевающей ресинтезироваться в АТФ, а также вследствие отщепления аммиака от глютамина, которое усиливается под влиянием повышенного содержания в мышцах неорганических фосфатов, активирующих фермент глютаминазу. Содержание аммиака в мышцах и крови увеличивается. Устранение образовавшегося аммиака может происходить в основном двумя путями: связыванием аммиака глютаминовой кислотой с образованием глютамина или образованием мочевины. Однако оба эти процесса требуют участия АТФ и поэтому (вследствие понижения содержания ее) при интенсивной мышечной деятельности испытывают затруднения. При мышечной деятельности средней и умеренной интенсивности, когда ресинтез АТФ идет за счет дыхательного фосфорилирования, устранение аммиака существенно усиливается. Содержание его в крови и тканях снижается, а образование глютамина и мочевины возрастает. Из-за недостатка АТФ во время мышечной деятельности максимальной и субмаксимальной интенсивности затрудняется и ряд других биологических синтезов. В частности, синтез ацетил-холина в двигательных нервных окончаниях, что отрицательно отражается на передаче нервного возбуждения на мышцы.

2. Биохимические изменения в организме спортсменов-единоборцев

Энергетические запросы организма (работающих мышц) удовлетворяются, как известно, двумя основными путями - анаэробным и аэробным. Соотношение этих двух путей энергопродукции неодинаково в разных упражнениях. При выполнении любого упражнения практически действуют все три энергетические системы анаэробные фосфагенная (алактатная) и лактацидная (гликолитическая) и аэробная (кислородная, окислительная) «Зоны» их действия частично перекрываются. Поэтому трудно выделить «чистый» вклад каждой из энергетических систем, особенно при работе относительно небольшой предельной продолжительности В этой связи часто объединяют в пары «соседние» по энергетической мощности (зоне действия) системы, фосфагенную с лактацидной, лактацидную с кислородной. Первой при этом указывается система, энергетический вклад которой больше. В соответствии с относительной нагрузкой на анаэробные и аэробные энергетические системы все упражнения можно разделить на анаэробные и аэробные. Первые - с преобладанием анаэробного, вторые - аэробного компонента энергопродукции Ведущим качеством при выполнении анаэробных упражнений служит мощность (скоростно-силовые возможности), при выполнении аэробных упражнений - выносливость. Соотношение разных систем энергопродукции в значительной мере определяет характер и степень изменений в деятельности различных физиологических систем, обеспечивающих выполнение разных упражнений.

Выделяются три группы анаэробных упражнений: - максимальной анаэробной мощности (анаэробной мощности); - около максимальной анаэробной мощности; - субмаксимальной анаэробной мощности (анаэробно-аэробной мощности). Упражнения максимальной анаэробной мощности (анаэробной мощности) - это упражнения с почти исключительно анаэробным способом энергообеспечения работающих мышц: анаэробный компонент в общей энергопродукции составляет от 90 до 100%. Он обеспечивается главным образом за счет фосфагенной энергетической системы (АТФ + КФ) при некотором участии лактацидной (гликолитической) системы. Рекордная максимальная анаэробная мощность, развиваемая выдающимися спортсменами во время спринтерского бега, достигает 120 ккал/мин. Возможная предельная продолжительность таких упражнений -несколько секунд. Усиление деятельности вегетативных систем происходит в процессе работы постепенно. Из-за кратковременности анаэробных упражнений во время их выполнения функции кровообращения и дыхания не успевают достигнуть возможного максимума. На протяжении максимального анаэробного упражнения спортсмен либо вообще не дышит, либо успевает выполнить лишь несколько дыхательных циклов. Соответственно «средняя» легочная вентиляция не превышает 20-30% от максимальной. ЧСС повышается еще до старта (до 140-150 уд/мин) и во время упражнения продолжает расти, достигая наибольшего значения сразу после финиша - 80-90% от максимальной (160-180 уд/мин).

Поскольку энергетическую основу этих упражнений составляют анаэробные процессы, усиление деятельности кардио-респираторной (кислородтранспортной) системы практически не имеет значения для энергетического обеспечения самого упражнения. Концентрация лактата в крови за время работы изменяется крайне незначительно, хотя в рабочих мышцах она может достигать в конце работы 10 ммоль/кг и даже больше. Концентрация лактата в крови продолжает нарастать на протяжении нескольких минут после прекращения работы и составляет максимально 5-8 ммоль/л. Перед выполнением анаэробных упражнений несколько повышается концентрация глюкозы в крови. До начала и в результате их выполнения в крови очень существенно повышается концентрация катехоламинов (адреналина и норадреналина) и гормона роста, но несколько снижается концентрация инсулина; концентрации глюкагона и кортизола заметно не меняются. Ведущие физиологические системы и механизмы, определяющие спортивный результат в этих упражнениях - центрально-нервная регуляция мышечной деятельности (координация движений с проявлением большой мышечной мощности), функциональные свойства нервно-мышечного аппарата (скоростно-силовые), емкость и мощность фосфагенной энергетической системы рабочих мышц.

Упражнения около максимальной анаэробной мощности (смешанной анаэробной мощности) - это упражнения с преимущественно анаэробным энергообеспечением работающих мышц. Анаэробный компонент в общей энергопродукции составляет 75-85% - отчасти за счет фосфагенной и в наибольшей мере за счет лактацидной (гликолитической) энергетических систем. Возможная предельная продолжительность таких упражнений у выдающихся спортсменов колеблется от 20 до 50 с. Для энергетического обеспечения этих упражнений значительное усиление деятельности кислород-транспортной системы уже играет определенную энергетическую роль, причем тем большую, чем продолжительнее упражнение.

В процессе выполнения упражнения быстро растет легочная вентиляция, так что к концу упражнения длительностью около 1 мин она может достигать 50-60% от максимальной рабочей вентиляции для данного спортсмена (60-80 л/мин). Концентрация лактата в крови после упражнения весьма высокая - до 15 ммоль/л у квалифицированных спортсменов. Накопление лактата в крови связано с очень большой скоростью его образования в рабочих мышцах (как результат интенсивного анаэробного гликолиза). Концентрация глюкозы в крови несколько повышена по сравнению с условиями покоя (до 100-120 мг%). Гормональные сдвиги в крови сходны с теми, которые происходят при выполнении упражнения максимальной анаэробной мощности.

Ведущие физиологические системы и механизмы, определяющие спортивный результат в упражнениях около максимальной анаэробной мощности, те же, что и в упражнениях предыдущей группы, и, кроме того, мощность лактацидной (гликолитической) энергетической системы рабочих мышц. Упражнения субмаксимальной анаэробной мощности (анаэробно-аэробной мощности) - это упражнения с преобладанием анаэробного компонента энергообеспечения работающих мышц. В общей энергопродукции организма он достигает 60-70% и обеспечивается преимущественно за счет лактацидной (гликолитической) энергетической системы. В энергообеспечении этих упражнений значительная доля принадлежит кислородной (окислительной, аэробной) энергетической системе. Возможная предельная продолжительность соревновательных упражнений у выдающихся спортсменов - от 1до 2 мин. Мощность и предельная продолжительность этих упражнений таковы, что в процессе их выполнения показатели деятельности. Кислородтранспортной системы (ЧСС, сердечный выброс, ЛВ, скорость потребления О2) могут быть близки к максимальным значениям для данного спортсмена или даже достигать их. Чем продолжительнее упражнение, тем выше на финише эти показатели и тем значительнее доля аэробной энергопродукции при выполнении упражнения. После этих упражнений регистрируется очень высокая концентрация лактата в рабочих мышцах и крови - до 20-25 ммоль/л. Таким образом, тренировочная и соревновательная деятельность спортсменов-единоборцев проходит при около максимальной загрузке мышц спортсменов. При этом энергетические процессы, протекающие в организме, характеризуются тем, что из-за кратковременности анаэробных упражнений во время их выполнения функции кровообращения и дыхания не успевают достигнуть возможного максимума. На протяжении максимального анаэробного упражнения спортсмен либо вообще не дышит, либо успевает выполнить лишь несколько дыхательных циклов. Соответственно «средняя» легочная вентиляция не превышает 20-30% от максимальной.

3. Адаптация к нагрузкам и утомление спортсмена

Человек выполняет физические упражнения и тратит энергию с помощью нервно мышечного аппарата. Нервно-мышечный аппарат - это совокупность двигательных единиц. Каждая ДЕ включает мотонейрон, аксон и совокупность мышечных волокон. Количество ДЕ остается неизменным у человека. Количество МВ в мышце возможно и поддается изменению в ходе тренировки, однако не более чем на 5%. Поэтому этот фактор роста функциональных возможностей мышцы не имеет практического значения. Внутри МВ происходит гиперплазия (рост количества элементов) многих органелл: миофибрилл, митохондрий, саркоплазматического ретикулума (СПР), глобул гликогена, миоглобина, рибосом, ДНК и др. Изменяется также количество капилляров, обслуживающих МВ. Миофибрилла является специализированной органеллой мышечного волокна (клетки). Она у всех животных имеет примерно равное поперечное сечение. Состоит из последовательно соединенных саркомеров, каждый из которых включает нити актина и миозина. Между нитями актина и миозина могут образовываться мостики и при затрате энергии, заключенной в АТФ, может происходить поворот мостиков, т.е. сокращение миофибриллы, сокращение мышечного волокна, сокращение мышцы. Мостики образуются в присутствии в саркоплазме ионов кальция и молекул АТФ. Увеличение количества миофибрилл в мышечном волокне приводит к увеличению его силы, скорости сокращения и размера. Вместе с ростом миофибрилл происходит разрастание и других обслуживающих миофибриллы органелл, например, саркоплазматического ретикулума. Саркоплазматический ретикулум - это сеть внутренних мембран, которая образует пузырьки, канальцы, цистерны. В МВ СПР образует цистерны, в этих цистернах скапливаются ионы кальция (Са). Предполагается, что к мембранам СПР прикреплены ферменты гликолиза, поэтому при прекращении доступа кислорода происходит значительное разбухание каналов. Это явление связано с накоплением ионов водорода (Н), которые вызывают частичное разрушение (денатурацию) белковых структур, присоединение воды к радикалам белковых молекул. Для механизма мышечного сокращения принципиальное значение имеет скорость откачивания Са из саркоплазмы, поскольку это обеспечивает процесс расслабления мышцы. В мембраны СПР встроены натрий калиевые и кальциевые насосы, поэтому можно предположить, что увеличение поверхности мембран СПР по отношению к массе миофибрилл должно вести к росту скорости расслабления МВ.

Следовательно, увеличение максимального темпа или скорости расслабления мышцы (интервала времени от конца электрической активации мышцы до падения механического напряжения в ней до нуля) должно говорить об относительном приросте мембран СПР. Поддержание максимального темпа обеспечивается запасами в МВ АТФ, КрФ, массой миофибриллярных митохондрий, массой саркоплазматических митохондрий, массой гликолитических ферментов и буферной емкостью содержимого мышечного волокна и крови.

Все эти факторы влияют на процесс энергообеспечения мышечного сокращения, однако, способность поддерживать максимальный темп должна зависеть преимущественно от митохондрий СПР. Увеличивая количество окислительных МВ или, другими словами, аэробных возможностей мышцы, продолжительность упражнения с максимальной мощностью растет. Обусловлено это тем, что поддержание концентрации КрФ в ходе гликолиза ведет к закислению МВ, торможению процессов расхода АТФ из-за конкурирования ионов Н с ионами Са на активных центрах головок миозина. Поэтому процесс поддержания концентрации КрФ при преобладании в мышце аэробных процессов идет по мере выполнения упражнения все более эффективнее. Важно также то, что митохондрии активно поглощают ионы водорода, поэтому при выполнении кратковременных предельных упражнений (10-30 с) их роль больше сводится к буферированию закисления клетки. Таким образом, адаптация к мышечной работе осуществляется через работу каждой клетки спортсмена, основанная на энергетическом обмене в процессе жизнедеятельности клетки. Основой данного процесса является расход АТФ при взаимодействии ионов водорода и кальция.

Повышение зрелищности поединков, предусматривает существенное увеличение активности ведения схватки с одновременным увеличением количества выполненных технических действий. С учетом этого реально возникает проблема, связанная с тем, что при возросшей интенсивности ведения соревновательного поединка на фоне прогрессирующего физического утомления будет происходить временная автоматизация двигательного навыка спортсмена.

В спортивной практике это обычно проявляется во второй половине соревновательного поединка, проводимого с высокой интенсивностью. В таком случае (особенно если спортсмен имеет не очень высокий уровень специальной выносливости) отмечаются значительные изменения рН крови (ниже 7,0 усл. ед.), что свидетельствует о крайне неблагоприятной реакции спортсмена на работу такой интенсивности. Известно, что, например, устойчивое нарушение ритмовой структуры двигательного навыка борца при выполнении броска прогибом начинается с уровня физического утомления при значениях рН крови ниже 7,2 усл. ед.

В этой связи возникает два возможных пути повышения стабильности проявления двигательного навыка единоборцев: а) поднять уровень специальной выносливости до такой степени, чтобы они могли проводить поединок любой интенсивности без выраженного физического утомления (реакция на нагрузку не должна приводить к ацидотическим сдвигам ниже значений рН, равных 7,2 усл. ед.); б) обеспечить стабильное проявление двигательного навыка в любых экстремальных ситуациях предельных физических нагрузок при значениях рН крови, доходящих до значений 6,9 усл. ед. В рамках первого направления выполнено достаточно большое количество специальных исследований, определивших реальные пути и перспективы решения проблемы форсированного воспитания специальной выносливости спортсменов-единоборцев. По второй проблеме реальных, практически значимых наработок до настоящего времени нет.

4. Проблема восстановления в спорте

Одним из важнейших условий интенсификации тренировочного процесса и дальнейшего повышения спортивной работоспособности является широкое и систематическое использование восстановительных средств. Особое значение рациональное восстановление имеет при предельных и около предельных физических и психических нагрузках - обязательных спутниках тренировок и соревнований современного спорта. Очевидно, что использование системы восстановительных средств делает необходимым четкую классификацию процессов восстановления в условиях спортивной деятельности.

Специфика восстановительных сдвигов, определяемая характером спортивной деятельности, объемом и интенсивностью тренировочных и соревновательных нагрузок, общим режимом, обуславливает конкретные мероприятия, направленные на восстановление работоспособности. Н. И. Волков выделяет следующие виды восстановления у спортсменов: текущее (наблюдение во время работы), срочное (вслед за окончанием нагрузки) и отставленное (в течение многих часов после завершения работы), а так же после хронических перенапряжений (так называемое стресс-восстановление). Нельзя не отметить, что перечисленные реакции осуществляются на фоне периодического восстановления, обусловленного расходом энергии в условиях нормальной жизнедеятельности.

Его характер в значительной степени определяется функциональным состоянием организма. Четкие представления о динамике восстановительных процессов в условиях спортивной деятельности необходимы для организации рационального использования средств восстановления. Так, функциональные сдвиги, развивающиеся в процессе текущего восстановления, направлены на обеспечение повышенных энергетических требований организма, на возмещение усиленного расхода биологической энергии, в процессе мышечной деятельности. В восстановлении энергетических затрат центральное место занимают метаболические превращения.

Соотношение энерготрат организма и их восстановление по ходу работы дают возможность разделить физические нагрузки на 3 диапазона: 1) нагрузки, при которых оказывается достаточным аэробное обеспечение работы; 2) нагрузки, при которых наряду с аэробным обеспечением работы используются анаэробные источники энергии, но еще не превзойден предел увеличения поставки кислорода к работающим мышцам; 3) нагрузки, при которых энергетические потребности превышают возможности текущего восстановления, что сопровождается быстро развивающимся утомлением. В отдельных видах спорта для оценки эффективности восстановительных мероприятий целесообразен анализ различных показателей нервно-мышечного аппарата, использование психологических тестов. Использование в практике работы со спортсменами высокого класса углубленных обследований с применением обширного комплекса средств и методов позволяет оценивать эффективность предшествующих восстановительных мероприятий и определять тактику последующих. В тестировании восстановления необходимы этапные обследования, проводимые в недельном или месячном тренировочном циклах. Частота этих обследований, методы исследования определяются врачом и тренером в зависимости от вида спорта, характера нагрузок данного тренировочного периода, используемых восстановительных средств и индивидуальных особенностей спортсмена.

5. Особенности метаболических состояний у человека при мышечной деятельности

Состояние обмена веществ в организме человека характеризуется большим числом переменных. В условиях интенсивной мышечной деятельности наиболее важным фактором, от которого зависит метаболическое состояние организма, является применение в сфере энергетического обмена. Для количественной оценки метаболических состояний у человека при мышечной работе предложено использовать критерии трех видов: а) критерии мощности, отражающие скорость преобразования энергии в аэробном и анаэробном процессах; б) критерии емкости, характеризующие энергетические резервы организма или общий объем метаболических изменений, произошедших во время работы; в) критерии эффективности, определяющие меру использования энергии аэробного и анаэробного процессов при выполнении мышечной работы. Изменения мощности и продолжительности упражнений по-разному сказываются на показателях аэробного и анаэробного обмена. Такие показатели мощности и емкости аэробного процесса, как размеры легочной вентиляции, уровень кислородного потребления, кислородный приход во время работы, систематически возрастают с увеличением продолжительности упражнений при каждом избранном значении мощности. Эти показатели заметно увеличиваются с повышением интенсивности работы во всех временных интервалах упражнения. Показатели максимального накопления молочной кислоты в крови и суммарного кислородного долга, характеризующие емкость анаэробных источников энергии, мало изменяются при выполнении упражнений умеренной мощности, но заметно возрастают с увеличением продолжительности работы в более интенсивных упражнениях.

Интересно отметить, что при самой низкой мощности упражнения, где содержание молочной кислоты в крови сохраняется на постоянном уровне около 50-60 мг, практически не удается обнаружить лактатной фракции кислородного долга; не обнаруживается здесь и избыточного выделения углекислоты, связанного с разрушением бикарбонатов крови при накоплении молочной кислоты. Можно полагать, что отмеченный уровень накопления молочной кислоты в крови еще не превышает тех пороговых значений, выше которых наблюдается стимуляция окислительных процессов, связанных с устранением лактатного кислородного долга. Показатели аэробного метаболизма после непродолжительного лаг-периода (около 1 минуты), связанного с врабатыванием, обнаруживают системное повышение с увеличением времени упражнения.

В период врабатывания имеет место выраженное усиление анаэробных реакций, приводящих к образованию молочной кислоты. Увеличение мощности упражнения сопровождается пропорциональным усилением аэробных процессов. Возрастание интенсивности аэробных процессов с увеличением мощности установлено лишь в упражнениях, длительность которых превышает 0,5 минуты. При выполнении интенсивных кратковременных упражнений отмечается снижение показателей аэробного метаболизма. Увеличение размеров общего кислородного долга за счет образования лактатной фракции и появления избыточного выделения углекислоты обнаруживается только в тех упражнениях, мощность и продолжительность которых достаточны для накопления молочной кислоты свыше 50-60 мг %. При выполнении упражнений невысокой мощности изменение в показателях аэробного и анаэробного процессов обнаруживают противоположную направленность, с повышением мощности изменения этих процессов сменяются на однонаправленные.

В динамике показателей скорости кислородного потребления и «излишка» выделения углекислоты во время выполнения упражнения обнаруживается сдвиг по фазе, в период восстановления после окончания работы происходи синхронизация сдвигов в этих показателях. В изменениях показателей кислородного потребления и содержания молочной кислоты в крови с увеличением времени восстановления после выполнения интенсивных упражнений отчетливо проявляются расхождения по фазе. Проблема утомления в биохимии спорта - одна из трудных и еще далеких от решения. В наиболее общей форме утомление можно определить как состояние организма, возникающее вследствие длительной или напряженной деятельности и характеризуется снижение работоспособности. Субъективно оно воспринимается человеком как чувство местной усталости или общей усталости. Многолетние исследования позволяют разделить биохимические факторы, лимитирующие работоспособность, на три группы, связанные друг с другом.

Это, во-первых, биохимические изменения в центральной нервной системе, обусловленные как самим процессом двигательного возбуждения, так и проприоцептивной импульсацией с периферии. Во-вторых, это биохимические изменения в скелетных мышцах и миокарде, вызванные их работой и трофическими изменениями в нервной системе. В-третьих, это биохимические изменения во внутренней среде организма, зависящие как от процессов, происходящих в мышцах, так и от влияния нервной системы. Общими чертами утомления являются нарушение баланса фосфатных макроэргов в мышцах и головном мозгу, а также снижение активности АТФ-азы и коэффициента фосфорилирования в мышцах. Однако утомление, связанное с работой высокой интенсивности и большой длительности, имеет и некоторые специфические черты. Кроме того, биохимические изменения при утомлении, вызванном кратковременной мышечной деятельностью, характеризуется значительно большим градиентом, чем при мышечной деятельности умеренной интенсивности, но по длительности близкой к пределу. Следует подчеркнуть, что резкое снижение углеводных запасов организма хотя и имеет большое значение, но не играет решающей роли в ограничении работоспособности. Важнейшим фактором, лимитирующим работоспособность, является уровень АТФ как в самих мышцах, так и в центральной нервной системе.

При этом нельзя не учитывать и биохимические изменения в других органах, в частности, в миокарде. При интенсивной кратковременной работе уровень гликогена и креатинфосфата в нем не изменяется, а активность окислительных ферментов возрастает. При работе же большой длительности может иметь место снижение как уровень гликогена и креатинфосфата, так и энзиматической активности. Это сопровождается изменениями ЭКГ, свидетельствующими о дистрофических процессах, чаще всего в левом желудочке и реже в предсердиях. Таким образом, утомление характеризуется глубокими биохимическими сдвигами и в центральной нервной системе и на периферии, прежде всего в мышцах. При этом степень биохимических изменений в последних может быть изменена при повышении работоспособности, вызванном воздействии на центральную нервную систему. О центрально-нервной природе утомления еще в 1903 году писал И.М. Сеченов. С этого времени данные о роли центрального торможения в механизме утомления все пополняются. Наличие разлитого торможения при утомлении, вызванном длительной мышечной деятельностью, не подлежат сомнению. Оно развивается в центральной нервной системе и развивается в ней при взаимодействии центра и периферии при ведущей роли первого. Утомление - это следствие изменений, вызванных в организме интенсивной или длительной активностью, и защитная реакция, препятствующая переходу через грань функциональных и биохимических нарушений, опасных для организма, угрожающих его существованию.

В механизме утомления известную роль играют так же нарушения белкового и нуклеинового обмена нервной системы. При длительном беге или плавании с грузом, вызывающих значительное утомление, в двигательных нейронах наблюдается снижение уровня РНК, тогда как при длительной, но не утомительной работе он не изменяется или повышается. Поскольку химизм и, в частности, активность ферментов мышц регулируются трофическими влияниями нервной системы, можно полагать, что изменения химического статуса нервных клеток при развитии охранительного торможения, вызванного утомлением, приводят к изменению трофической центробежной импульсации, влекущей за собой нарушения в регуляции химизма мышц.

Это трофические влияния, видимо, осуществляются путем движения биологически активных веществ по аксоплазме эфферентных волокон, описанного П. Вейссом. В частности, из периферических нервов было выделено белковое вещество, являющееся специфическим ингибитором гексокиназы, сходное с ингибитором этогофермента, выделяемым передней долей гипофиза. Таким образом, утомление развивается при взаимодействии центральных и периферических механизмов при ведущем и интегрирующем значении первых. Оно связано как с изменениями в нервных клетках, так и с рефлекторными и гуморальными воздействиями с периферии. Биохимические изменения при утомлении могут носить генерализованный характер, сопровождаться общими изменениями внутренней среды организма и нарушениями регуляции и координации различных физиологических функций (при длительной физической нагрузках, захватывающих значительные мышечные массы). Эти изменения могут носить и более локальный характер, не сопровождающиеся значительными общими изменениями, а ограничивающиеся лишь работающими мышцами и соответствующими группами нервных клеток и центров (при кратковременной работе максимальной интенсивности или длительной работе ограниченного числа мышц).

Утомление (и в особенности чувство усталости) является защитной реакцией, предохраняющей организм от чрезмерных степеней функционального истощения, опасных для жизни. Вместе с тем оно тренирует физиологические и биохимические компенсаторные механизмы, создавая предпосылки для процессов восстановления и дальнейшего повышения функциональных возможностей и работоспособности организма. Во время отдыха после мышечной работы происходит восстановление нормальных соотношений биологических соединений как в мышцах, так и в организме в целом. Если во время мышечной работы доминируют катаболические процессы, необходимые для энергообеспечния, то во время отдыха преобладают процессы анаболизма. Анаболические процессы нуждаются в затратах энергии в форме АТФ, поэтому наиболее выраженные изменения обнаруживаются в сфере энергетического обмена, так как в период отдыха АТФ постоянно тратиться, и, следовательно, запасы АТФ должны восстанавливаться. Анаболические процессы в период отдыха обусловлены катаболическими процессами, которые совершались во время работы. Во время отдыха ресинтизируются АТФ, креатинфосфат, гликоген, фосфолипиды, мышечные белки, приходит в норму водно-электролитный баланс организма, происходит восстановление разрушенных клеточных структур. В зависимости от общей направленности биохимических сдвигов в организме и времени, необходимого для сепаративных процессов, выделяют два типа восстановительных процессов - срочное и оставленное восстановление. Срочное восстановление длиться от 30 до 90 минут после работы. В период срочного восстановления происходит устранение накопившихся за время работы продуктов анаэробного распада, прежде всего молочной кислоты и кислородного долга. После окончания работы потребление кислорода продолжает оставаться повышенным по сравнению с состоянием покоя. Этот излишек кислородного потребления и получил название кислородного долга. Кислородный долг всегда больше кислородного дефицита, и чем выше интенсивность и продолжительность работы, тем значительнее это различие.

Во время отдыха расходование АТФ на мышечные сокращения прекращается и содержание АТФ в митохондриях в первые же секунды возрастает, что говорит о переходе митохондрий в активное состояние. Концентрация АТФ увеличивается, повышает дорабочий уровень. Возрастает и активность окислительных ферментов. А вот активность гликогенфосфорилазы резко снижается. Молочная кислота, как мы уже знаем, является конечным продуктом распада глюкозы в анаэробных условиях. В начальный момент отдыха, когда сохраняется повышенное потребление кислорода, снабжение кислородом окислительных систем мышц возрастает. Кроме молочной кислоты окислению подвергаются и другие накопившиеся во время работы метаболиты: янтарная кислота, глюкоза; а на более поздних этапах восстановления и жирные кислоты. Отставленное восстановление длится долгое время после окончания работы. Прежде всего, оно затрагивает процессы синтеза израсходованных во время мышечной работы структур, а также восстановления ионного и гормонального равновесия в организме. В период оставленного восстановления происходит накопление запасов гликогена в мышцах и печени; эти восстановительные процессы происходят в течение 12-48 часов. Попавшая в кровь молочная кислота поступает в клетки печени, где происходит сначала синтез глюкозы, а глюкоза является непосредственным строительным материалом для гликогенсинтетазы, катализирующей синтез гликогена. Процесс резинтеза гликогена носит фазный характер, в основе которого лежит явление суперкомпенсации. Суперкомпенсация (сверхвосстановление) - это превышение запасов энергетических веществ в период отдыха их до рабочего уровня. Суперкомпенсация - явление проходимое. Снизившееся после работы содержание гликогена во время отдыха возрастает не только до исходного, но и до более высокого уровня. Затем происходит снижение до начального (до рабочего) уровня и даже немного ниже, а далее следует волнообразное возвращение к исходному уровню.

Длительность фазы суперкомпенсации зависит от продолжительности выполнения работы и глубины вызываемых ею биохимических сдвигов в организме. Мощная кратковременная работа вызывает быстрое наступление и быстрое завершение фазы суперкомпенсации: при восстановлении внутримышечных запасов гликогена фаза суперкомпенсации обнаруживается через 3-4 часа, а завершается через 12 часов. После длительной работы умеренной мощности суперкомпенсация гликогена наступает через 12 часов и заканчивается в период от 48 до 72 часов после окончания работы. Закон суперкомпенсации справедлив для всех биологических соединений и структур, которые в той или иной мере расходуются или нарушаются при мышечной деятельности и ресинтезируются во время отдыха. К ним относятся: креатинфосфат, структурные и ферментные белки, фосфолипиды, клеточные оргонеллы (митохондрии, лизосомы). После ресинтеза энергетических запасов организма значительно усиливаются процессы ресинтеза фосфолипидов и белков, особенно после тяжелой силовой работы, которая сопровождается значительным их распадом. Восстановление уровня структурных и ферментных белков происходит в течение 12-72 часов. При выполнении работы, связанной с потерей воды, в восстановительный период следует заполнить запасы воды и минеральных солей. Основным источником минеральных солей служат продукты питания.

6. Биохимический контроль в единоборствах

нагрузка белок единоборство адаптация

В процессе интенсивной мышечной деятельности в мышцах образуется большое количество молочной и пировиноградной кислот, которые диффундируют в кровь и могут вызывать метаболический ацидоз организма, что приводит к утомлению мышц и сопровождается болями в мышцах, головокружением, тошнотой. Такие метаболические изменения связаны с истощением буферных резервов организма. Поскольку состояние буферных систем организма имеет важное значение в проявлении высокой физической работоспособности, в спортивной диагностике используются показатели КОС. К показателям КОС, которые в норме относительно постоянны, относятся: - рН крови (7,35-7,45); - рСО2 - парциальное давление углекислого газа (Н2СО3 + СО2) в крови (35 - 45 мм рт. ст.); - 5В - стандартный бикарбонат плазмы крови НСОд, который при полном насыщении крови кислородом составляет 22-26 мэкв/л; - ВВ - буферные основания цельной крови либо плазмы (43 - 53 мэкв/л) - показатель емкости всей буферной системы крови или плазмы; - Л/86 - нормальные буферные основания цельной крови при физиологических значениях рН и СО2 альвеолярного воздуха; - ВЕ - избыток оснований, или щелочной резерв (от - 2,4 до +2,3 мэкв/л) - показатель избытка или недостатка буферной. Показатели КОС отражают не только изменения в буферных системах крови, но и состояние дыхательной и выделительной систем организма. Состояние кислотно-основного равновесия (КОР)в организме характеризуется постоянством рН крови (7,34-7,36).

Установлена обратная корреляционная зависимость между динамикой содержания лактата в крови и изменением рН крови. По изменению показателей КОС при мышечной деятельности можно контролировать реакцию организма на физическую нагрузку и рост тренированности спортсмена, поскольку при биохимическом контроле КОС можно определять один из этих показателей. Активная реакция мочи (рН) находится в прямой зависимости от кислотно-основного состояния организма. При метаболическом ацидозе кислотность мочи увеличивается до рН 5, а при метаболическом алкалозе снижается до рН 7. В табл. 3 показана направленность изменения значений рН мочи во взаимосвязи с показателями кислотно-основного состояния плазмы. Таким образом, борьба, как вид спорта характеризуется высокой интенсивностью мышечной деятельности. В связи с этим важно контролировать обмен кислот в организме спортсмена. Наиболее информативным показателем КОС является величина ВЕ - щелочной резерв, который увеличивается с повышением квалификации спортсменов, особенно специализирующихся в скоростно-силовых видах спорта.

Заключение

В заключении можно сказать, что тренировочная и соревновательная деятельность единоборцев проходит при около максимальной загрузке мышц спортсменов. При этом энергетические процессы, протекающие в организме, характеризуются тем, что из-за кратковременности анаэробных упражнений во время их выполнения функции кровообращения и дыхания не успевают достигнуть возможного максимума. На протяжении максимального анаэробного упражнения спортсмен либо вообще не дышит, либо успевает выполнить лишь несколько дыхательных циклов. Соответственно «средняя» легочная вентиляция не превышает 20-30% от максимальной. Утомление в соревновательной и тренировочной деятельности спортсменов-единоборцев происходит из-за около предельной нагрузки на мышцы в течение всего периода поединка.

В результате этого повышается уровень рН в крови, ухудшается реакция спортсмена и его устойчивость к нападениям со стороны противника. Для уменьшения утомления рекомендуется в тренировочном процессе использовать нагрузки гликолитического анаэробного характера. Следовой процесс, созданный доминантным очагом, может быть достаточно стойким и инертным, что позволяет удерживать возбуждение и тогда, когда источник раздражения удален.

После окончания мышечной работы наступает восстановительный, или после рабочий, период. Он характеризуется степенью изменения функций организма и временем, которое необходимо для их восстановления до исходного уровня. Изучение восстановительного периода необходимо для оценки тяжести конкретной работы, определения ее соответствия возможностям организма и установления длительности необходимого отдыха. Биохимические основы двигательных навыков единоборцев связаны непосредственно с проявлением силовых способностей, к числу которых относятся динамическая, взрывная, а также изометрической силой. Адаптация к мышечной работе осуществляется через работу каждой клетки спортсмена, основанная на энергетическом обмене в процессе жизнедеятельности клетки. Основой данного процесса является расход АТФ при взаимодействии ионов водорода и кальция. Единоборства, как вид спорта характеризуются высокой интенсивностью мышечной деятельности. В связи с этим важно контролировать обмен кислот в организме спортсмена. Наиболее информативным показателем КОС является величина ВЕ - щелочной резерв, который увеличивается с повышением квалификации спортсменов, особенно специализирующихся в скоростно-силовых видах спорта.

Список литературы

1. Волков Н.И. Биохимия мышечной деятельности. - М.: Олимпийский спорт, 2001.

2. Волков Н.И., Олейников В.И. Биоэнергетика спорта. - М: Советский Спорт, 2011.

3. Максимов Д.В., Селуянов В.Н., Табаков С.Е. Физическая подготовка единоборцев. - М: ТВТ Дивизион, 2011.

Размещено на Allbest.ru