Биохимические изменения в отдельных органах и тканях при мышечной работе

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 3

В процессе мышечной деятельности изменяется скорость энергетического обмена в сердечной мышце(миокарде). Сердечная мышца пронизана густой сетью кровеносных капилляров, доставляющих большое количество кислорода, и имеет высокую активность ферментов аэробного обмена, поэтому в ней преобладают аэробные энергетические реакции. В состоянии относительного покоя основными источниками энергии для сердечной мышцы являются жирные кислоты, кетоновые тела и глюкоза, доставляемые кровью. При напряженной мышечной деятельности миокард усиленно поглощает из крови и окисляет молочную кислоту, поэтому запас гликогена в нем почти не расходуется.

В головном мозгуво время мышечной деятельности усиливается энергетический обмен, что выражается в увеличении потребления мозгом глюкозы и кислорода из крови, повышении скорости обновления гликогена и фосфолипидов, усилении распада белков и накоплении аммиака. Мозг, как и сердце, снабжается энергией за счет аэробных процессов. При работе большой мощности либо при очень продолжительной работе может снижаться запас макроэргических фосфатов в нервных клетках, что является одним из факторов развития утомления.

Биохимические изменения, происходящие в скелетных мышцахво время работы, обычно определяют по содержанию продуктов метаболизма мышц в крови, моче, выдыхаемом воздухе либо непосредственно в мышца.

В качестве показателя интенсивности и емкости аэробных механизмов энергообеспечения часто используется величина максимального потребления кислорода.

Степень вовлечения гликолиза в энергетическое обеспечение мышц можно оценить путем измерения в первые минуты восстановления после работы содержания молочной кислоты в крови, а креатинфосфокиназной реакции — по содержанию в крови продуктов распада КрФ — креатина и креатинина.

О включении жиров в энергетические реакции можно судить по содержанию в крови свободных жирных кислот и кетоновых тел.

По показателям кислотно-щелочного равновесия можно сделать вывод о способности организма противостоять неблагоприятному действию кислотных продуктов анаэробного обмена.

Однако содержание промежуточных продуктов обмена в крови зависит от скорости их образования в клетках, диффузии через клеточные мембраны, а также от потребления их различными тканями. Поэтому один и тот же показатель изменения в мышечных клетках, измеренный в крови или печени, будет отражать изменения в тканях с разной степенью точности.

Так, о скорости мобилизации углеводных запасов печени свидетельствует содержание глюкозы в крови. В начале работы, а также при кратковременной мощной работе концентрация глюкозы в крови, как правило, повышается, что свидетельствует о повышении скорости мобилизации гликогена и незначительном использовании глюкозы мышцами. При работе в условиях устойчивого состояния ее содержание в крови близко к уровню покоя, так как скорость поступления в кровь и скорость ее использования мышцами примерно одинаковы. При длительной работе концентрация глюкозы в крови может быть ниже уровня покоя, поскольку снижаются запасы гликогена печени и скорость его мобилизации, а потребность тканей в глюкозе продолжает оставаться высокой.

При интенсивной гликолитической работе в мышцах резко увеличивается содержание молочной кислоты. Она способна быстро диффундировать из работающих мышц в кровь, где ее уровень резко повышается, а окисление во время напряженной работы протекает с относительно малой скоростью, поэтому содержание молочной кислоты в крови в определенной степени отражает скорость образования ее в скелетных мышцах. В состоянии покоя концентрация молочной к-ты в крови составляет 1,1-2,2 ммоль • л ^-1 (0,1—0,2 г • л ^-1).

При выполнении легкой и умеренно тяжелой работы (с уровнем кислородного запроса около 50 % МПК) прирост концентрации молочной кислоты в крови невелик (до 0,4—0,5 г • л ^-1), а при выполнении продолжительных упражнений (с уровнем кислородного запроса 50—85 % МПК) — возрастает до 1—1,5 г • л ^-1. Концентрация молочной кислоты значительно возрастает в первые 2—10 мин работы, а затем либо остается на прежнем уровне, либо снижается. Таким образом, максимальная концентрация молочной кислоты в крови наблюдается до тех пор, пока не установилось устойчивое состояние, создающее условия для аэробного ее окисления.

При выполнении упражнений с уровнем кислородного запроса более 85 % МПК концентрация молочной кислоты в крови постоянно увеличивается до максимальных значений. Концентрация молочной кислоты, которая не причиняет вреда организму хорошо тренированного человека, составляет 2—2,5 г • л ^-1 в крови. Дальнейшее увеличение концентрации молочной кислоты оказывает неблагоприятное воздействие на организм и тормозит процесс гликолиза.

Молочная кислота — сильная кислота, образующая при диссоциации значительное количество водородных ионов. Часть их может быть связана буферными системами клеток и крови, при этом в крови главную роль играет бикарбонатный, а в клетках — белковый буфер. Когда емкость буферных систем исчерпывается, происходит сдвиг активной среды в кислую сторону. В закислении среды участвуют и такие кислоты, как угольная, фосфорная, пировиноградная и др. Однако роль молочной кислоты в этом процессе наиболее значительна. Между концентрацией молочной кислоты и величиной рН крови существует выраженная обратно пропорциональная зависимость: максимальное значение концентрации молочной кислоты в крови в условиях напряженной мышечной деятельности достигает 20—25 ммоль • л ^-1 и более, а значение рН снижается от 7,4 в состоянии покоя до 6,9—6,8.

нижение величины рН более чем на 0,2 по сравнению с уровнем покоя вызывает уменьшение активности многих ферментов, и в первую очередь фосфофруктокиназы, контролирующей ключевую реакцию гликолиза, поэтому общая скорость гликолиза снижается. Закисление среды организма приводит также к нарушению деятельности нервных клеток и развитию в них охранительного торможения, ухудшению передачи возбуждения с нерва на мышцу, снижению АТФ-азной активности миозина и падению скорости расщепления АТФ. Высокая концентрация молочной кислоты в мышечных волокнах вызывает повышение в них осмотического давления, ведущего к набуханию их, сдавливанию нервных окончаний, в результате чего могут возникать боли в мышцах. Многие спортсмены могут вынести снижение рН крови до 6,8 и даже 6,5 (при изнеможении), однако при этом наблюдаются тошнота, головокружение и сильные боли в мышцах. Сдвиг величины рН крови в щелочную сторону возможен до 7,6, что организм переносит без резких нарушений обменных процессов.

Избыток молочной кислоты в крови связывается бикарбонатным буфером, в частности его щелочным компонентом (NаНСО₃):

Мышечная работа вызывает изменение содержания в крови белков и продуктов их распада. Отмечается увеличение содержания белков в плазме крови (в частности, белков-ферментов) за счет их выхода из работающих мышц, а также изменяется соотношение между различными белками крови, увеличивается количество продуктов белкового распада — аминокислот, поступающих из мышечных клеток и печени, аммиака, мочевины. Изменения белкового обмена зависят от длительности работы. Так, при кратковременной работе выход белков из тканей в кровь незначителен, а при длительной работе, когда проницаемость клеточных мембран сильно изменяется, белок может проникать через клеточные мембраны почек и появляться в моче.

Уровень аммиака особенно возрастает в случае, когда не устанавливается устойчивое состояние метаболизма, а также при длительной утомительной мышечной нагрузке. Длительная работа приводит также к увеличению содержания в крови мочевины.

4. Классификация физических упражнений по характеру биохимических изменений при мышечной работе

На метаболические сдвиги в организме влияет режим мышечной деятельности. Выделяют:

-Статический (изометрический) режим мышечного сокращения приводит к пережатию капилляров при значительной силе сокращения и, следовательно, к ухудшению снабжения мышц кислородом и питательными веществами. При таком виде работы велика доля участия анаэробных реакций.

-Динамический (изотонический) режим работы обеспечивает гораздо лучшее снабжение тканей кислородом, поскольку прерывисто сокращающиеся мышцы действуют как своеобразный насос, проталкивающий кровь через капилляры.

Для отдыха после статической работы требуется не покой, а динамическая работа (например, штангист после подъема большого веса, чтобы быстрее отдохнуть, должен походить).

Изменения биохимических процессов в организме зависят от мощности выполняемой мышечной работы и ее продолжительности. При этом чем выше мощность, а следовательно, больше скорость расщепления АТФ, тем меньшая возможность удовлетворения энергетического запроса за счет дыхательных окислительных процессов и тем в большей степени подключаются процессы анаэробного ресинтеза АТФ.

С увеличением мощности выполняемой работы уровень потребления 0₂ и скорость аэробного энергообеспечения возрастают до максимальных значений. Мощность, при которой достигается максимальное потребление кислорода, называется критической ( W _крит ). До достижения критической мощности любое увеличение тяжести работы сопровождается пропорциональным усилением аэробных процессов ресинтеза АТФ, а после достижения критической мощности — только за счет анаэробных процессов, развитие которых начинается при мощности ниже критической.

Мощность упражнения, при которой обнаруживается усиление анаэробных реакций, называется порогом анаэробного обмена ( W _пано ). У людей, не занимающихся спортом, ПАНО отмечается при 50 % критической мощности, у спортсменов различных видов спорта — 60—75 %, у специализирующихся на выносливость — 85—90 %. После превышения ПАНО доля анаэробных реакций в энергетическом обеспечении работы резко возрастает за счет увеличения скорости гликолиза. Следовательно, гликолиз как механизм энергообразования ведущую роль играет при мощности, составляющей 60—85 % максимальной. Мощность, при которой достигается наивысшее развитие гликолитического процесса, называется мощностью истощения ( W _ист ).

Максимально возможная для человека мощность обозначается как максимальная анаэробная мощность (М/_ма). При такой мощности предельных значений достигает скорость образования энергии в креатинфосфокиназной реакции.

Мощность работы связана обратно пропорциональной зависимостью с ее продолжительностью, при этом чем больше мощность, тем быстрее происходят биохимические изменения, ведущие к утомлению и прекращению работы.

Исходя из мощности работы и механизмов энергообеспечения все циклические упражнения, согласно классификации В.С. Фарфеля (1975), разделяют на четыре зоны: максимальную, субмаксимальную, большую и умеренную.

Предельная длительность работы в зоне максимальной мощности составляет 25—30 с, в зоне субмаксимальной мощности — от 30 с до 3—5 мин, в зоне большой мощности — от 3—5 до 50 мин, а в зоне умеренной мощности — от 50—60 мин до 4—5 ч. Основные биохимические показатели крови при выполнении работы в отдельных зонах мощности представлены в табл. 27, а направленность и источники энергообеспечения работы в отдельных зонах мощности и продолжительность их восстановления после работы — в табл. 28.

Работа в зоне максимальной мощности обеспечивается энергией в основном за счет АТФ и КрФ, частично — за счет гликолиза. Однако скорость гликолиза в этой зоне не достигает своих максимальных значений, поэтому содержание молочной кислоты в крови обычно не превышает 1— 1,5 г • л ^-1. При этом содержание глюкозы крови существенно не изменяется по сравнению с уровнем покоя (а если и увеличивается, то только за счет предстартовой реакции), поскольку мобилизация гликогена печени почти не происходит. Кислородный запрос может составлять 7—14 л, а кислородный долг — 6—12 л, т. е. 90—95 % кислородного запроса.

Энергетическое обеспечение работы в зоне субмаксимальной мощности осуществляется в основном за счет анаэробного гликолиза, что приводит к большому накоплению молочной кислоты в крови (концентрация ее может достигать 2,5 г • л ^-1 и более). Кислородный запрос при такой работе может достигать 20—40 л, а уровень энергетических затрат может в 4—5 раз превышать максимум аэробного механизма энергообразования. К концу работы возрастает доля аэробных реакций в ее энергообеспечении. Кислородный долг в этой зоне мощности наиболее значителен по абсолютным значениям (до 20 л) и составляет 50—90 % кислородного запроса. Усиливается мобилизация гликогена печени, уровень глюкозы в крови может достигать 2 г • л ^-1. Под влиянием продуктов анаэробного распада увеличивается проницаемость клеточных мембран для белков, что приводит к увеличению их содержания в крови и появлению в моче, где их концентрация достигает 1,5 %.

При мышечной работе в зоне большой мощности основную роль играют аэробные источники энергии при достаточно высоком уровне развития гликолиза. Доля анаэробных процессов в энергообеспечении работы быстро уменьшается по мере увеличения ее продолжительности. При такой работе кислородный запрос может достигать 50—150 л, а уровень энергозатрат в 1,5—2 раза может превышать максимум аэробного производства энергии. Содержание молочной кислоты в крови составляет 1,5— 1,8 г • л ^-1, глюкозы — около 1,5 г • л ^-1, содержание белка в моче меньше, чем при работе субмаксимальной мощности.

Наименее интенсивные упражнения в зоне умеренной мощности выполняются при максимуме аэробного производства энергии. Кислородный запрос может достигать 500—1500 л, кислородный долг не превышает 5 л. Содержание молочной кислоты в крови составляет 0,6—0,8 г • л ^-1. В ходе работы она может извлекаться тканями и аэробно окисляться в них. Вследствие усиленного использования запасов гликогена в печени содержание глюкозы в крови становится ниже 0,8 г • л ^-1. В моче в значительном количестве появляются продукты распада белков. Отмечается большая потеря организмом воды и минеральных солей.

При тренировке на выносливость большую роль играют аэробные процессы энергообеспечения организма, поэтому основными упражнениями для их развития будут физические нагрузки, относящиеся к зоне большой и умеренной мощности с интенсивностью работы на уровне W _пано и W _крит .

Развитие специальной скоростной выносливости обеспечивается высоким уровнем аэробных и гликолитических процессов во время работы. Это достигается использованием в тренировке упражнений, относящихся преимущественно к зоне субмаксимальной мощности с интенсивностью работы на уровне W _ист.

Для совершенствования двигательного качества максимальной силы и быстроты должны применяться упражнения зоны максимальной мощности с предельной и околопредельной интенсивностью работы на уровне W_ма, так как они оказывают наибольшее воздействие на развитие креатинфосфатного механизма ресинтеза АТФ.

В последние годы разработана более дробная классификация циклических физических упражнений. Так, согласно Я.М. Коцу (1986), физические упражнения делят на восемь групп: три — анаэробные и пять — аэробные.

К анаэробным упражнениямотносятся: 1 — упражнения максимальной анаэробной мощности (до 15—20 с); 2 — близкой к максимальной (до 20— 45 с); 3 — субмаксимальной анаэробной мощности (до 45—120 с).

К аэробным упражнениямотносятся: 1 — упражнения максимальной аэробной мощности (3—10 мин); 2 — близкой к максимальной (10— 30 мин); 3 — субмаксимальной (30—80 мин); 4 — средней (80—120 мин); 5 — малой аэробной мощности (более 2ч)

Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 1594; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 23

Мы поможем в написании ваших работ!