|
|
 |
Біохімічні основи стомлення
Біохімічніфактори стомлення (при виконанні короткочасних вправ максимальної ісубмаксимальної потужності. концентрація основних метаболітів енергетичногообміну в працюючих м`язах, зміну АТФ, АДФ, КФ та водневих іонів)
Будь-яка м'язова діяльність людини потребує певних витратенергії АТФ, відновлення якої в організмі здійснюється різними шляхами, щозалежать від характеру і тривалості виконуваної роботи. Відповідно докласифікації В.С. Фарфеля фізичні вправи можна розділити на чотири типи: максимальної,субмаксимальної, великої і помірної потужності. Граничний час вправмаксимальної потужності складає 15–20 с, субмаксимальної – від 20 с до 2–3 хв.,великої – до ЗО хв. і помірної – до 4–5 годин. При цьому з неоднаковоюінтенсивністю використовуються різні сполуки (в основному джерела енергії), щопризводить до певних змін біохімічного складу організму.
Як відомо, виконання будь-якої фізичної роботи починається вумовах недостатньої забезпеченості організму киснем.
При виконанні вправ максимальної потужності (біг на 100–200 м)кисневий запит може складати 7–14 л, а кисневий борг -6–12 л, щоскладає 90–95 % кисневого запиту. Це свідчить про те, що організмспортсменів, виконуючи подібні навантаження, засвоює за час роботи кількістькисню, яка дорівнює 5–10 % загальної його потреби. Решта кисню, якого невистачає, засвоюється після роботи. Цілком зрозуміло, що відновленнявикористаної енергії при цьому буде здійснюватися тільки анаеробним шляхом (зарахунок креатинфосфату і частково реакцій гліколізу). Тому при інтенсивномум'язовому навантаженні в м'язах, крім аміни співвідношення АТФ/АДФ на користьАДФ, спостерігається різке підвищення вмісту креатину, креатиніну (продуктурозпаду креатину). При виконанні таких вправ швидкість гліколізу ще не досягаєсвоїх найвищих значень, тому вміст молочної кислоти в м'язах незначний, а отже,мало змінюється і кількість глюкози, не відбувається мобілізація глікогену.
Інтенсивне використання АТФ у процесі виконання вправпризводить до пригнічення пластичних процесів. При виконанні більш короткочаснихфізичних вправ (стрибки, штанга, гімнастичні вправи й ін.) ресинтез енергіїздійснюється в основному креатинфосфатним шляхом, тому помітного підвищеннярівня молочної кислоти в м'язах не спостерігається.
При виконаннівправ субмаксимальної потужності (біг на 400, 800 м і т. п.)енергетичне забезпечення відбувається в основному за рахунок гліколізу.Кисневий борг у цьому разі найбільший і складає біля 90 % кисневогозапиту, який за такої роботи може досягати від 20 до 40 л. У м'язах урезультаті високої інтенсивності гліколізу у великій кількості накопичуєтьсямолочна кислота, збільшується вміст продуктів обміну білків, значно знижуєтьсярівень глюкози і глікогену. Більш тривале виконання фізичних вправсубмаксимальної потужності (біг на 1500 м) характеризується активнимпідключенням аеробного шляху відновлення енергії. При цьому організмспортсменів задовольняє свою потребу в кисні майже наполовину. З включеннямаеробного ресинтезу АТФ у м'язовій тканині підвищується активність ферментівокиснювального фосфорилювання, збільшується вміст проміжних сполук циклу Кребсаі кінцевих продуктів повного окиснення вуглеводів. При виконанні фізичних вправмаксимальної і субмаксимальної потужності внаслідок нестачі АТФ можеспостерігатися переважний розпад фосфоліпідів мітохондріальних мембран,набрякання мітохондрій, яке призводить до роз'єднання процесів окиснювальногофосфорилювання, що різко знижує його продуктивність.
Вправи великої потужності (біг 3000, 5000 мит. п.)забезпечуються енергією в основному за рахунок реакцій аеробного процесу, алеще при достатньо високому рівні розвитку гліколізу. Частка анаеробних процесіву енергозабезпеченні роботи швидко знижується в міру її тривалості. При такійроботі кисневий запит може досягати 90–150 л, а кисневий борг – 8–12 л,що складає біля 7–13 %. Вміст молочної кислоти в м'язах у цьому разі буденезначним.
Найбільш інтенсивні вправи помірної потужності (біг нанаддовгі дистанції) відбуваються практично повністю в аеробних умовах. Прицьому встановлюється відповідність між потребою організму в кисні і йогонадходженням. Кисневий запит може досягати 500–1500 л, а кисневий борг неперевищує 3–5 л (1 % кисневого запиту). Анаеробний ресинтез АТФвикористовується організмом тільки на початку роботи, а також при підвищенні їїпотужності на дистанції (біг на підйом, прискорення, фініш). Тому при тривалихпомірних навантаженнях вміст молочної кислоти в м'язах буде мінімальним. Упрацюючих м'язах використовуються всі запаси вуглеводів, різко зменшуєтьсякількість резервного жиру, відбувається розпад м'язових білків.
При фізичній діяльності особливо великі навантаженняприпадають на серце, яке здатне збільшувати свою працездатність докрайніх меж – 230–240 скорочень за хвилину. Серцевий м'яз пронизаний густоюсіткою кровоносних капілярів, через які надходить кров, збагачена киснем, томуокиснення речовин у міокарді відбувається тільки аеробним шляхом.
У стані спокою основними джерелами енергії для серцевогом'яза є жирні кислоти, кетонові тіла і глюкоза, які переносяться кров'ю. Прифізичному навантаженні міокард починає посилено поглинати з крові й окиснюватимолочну кислоту.
При використанні для роботи міокарду його енергетичних джерел(АТФ, креатинфосфату, глікогену) їх вміст у серці майже не змінюється, щосвідчить про миттєве відновлення цих сполук.
Печінка – другий головний орган організму людини, у якомусинтезуються ферменти, макроергічні джерела енергії, фосфо-ліпіди ірозщеплюється основна кількість глікогену і жирних кислот відповідно до глюкозиі кетонових тіл, якими постачаються всі тканини.
При тривалій діяльності м'язів (марафонський біг) у печінціпідвищується утворення сечовини з аміаку – кінцевого продукту обміну білків(процес детоксикації), а також спостерігається тимчасове відкладення жиру(ожиріння печінки), що перешкоджає накопиченню глікогену. Його можна попередитивключенням у дієту спортсменів харчових продуктів, які містять ліпотропніречовини – холін, метіонін і ін.
Рухова активність людини супроводжується значнимибіохімічними змінами в головному мозку, основна частина яких відбувається зарахунок енергетичного обміну.
На початку роботи, а також короткочасних дуже потужних вправ підвищуєтьсяв крові концентрація глюкози. Це відбувається завдяки високій швидкостімобілізації глікогену і меншому використання глюкози м'язами. При роботі вумовах стійкого стану вміст її в крові майже такий, як і в стані спокою, томущо швидкість надходження в кров і швидкість використання глюкози м'язамипрактично однакові. При тривалій роботі концентрація глюкози в крові частозменшується нижче рівня спокою, через те що запас глікогену печінки і швидкістьйого мобілізації знижуються, а потреба м'язів у глюкозі продовжує залишатисявисокою.
Вміст глюкози в крові залежить також від емоційного стануорганізму. Сильне емоційне збудження, як правило, викликає різке посиленнянадходження глюкози в кров, що пов'язано з певною регулюючою дією нервовоїсистеми і підвищеним виділенням гормонів адреналіну і норадреналіну.
Одним з основних біохімічних показників крові, яківіддзеркалюють інтенсивність гліколітичного процесу в м'язах, є концентраціямолочної кислоти. Вона має здатність швидко дифундувати з працюючих м'язів укров, але подальше доокиснення її під час напруженої роботи відбуваєтьсяповільно. Тому вміст молочної кислоти в крові залежить від швидкості їїутворення в м'язах. Остання ж обставина безпосередньо пов'язана з потужністювиконуваної роботи. У стані спокою концентрація молочної кислоти в кровіскладає 0,1–0,2 г/л. З початком виконання вправ утворення молочної кислоти вм'язах і надходження її у кров різко зростає. Хоча помітне збільшення їїконцентрації в крові виявляється не відразу, а через кілька хвилин післяпочатку виконання вправ.
Під час виконання легкої і помірно важкої роботи з рівнемкисневого запиту біля 50 % від максимального споживання кисню підвищеннякількості молочної кислоти в крові невелике (до 0,4–0,5 г/л). При виконаннівправ з рівнем кисневого запиту 50–85 % приріст її досягає вже 1–1,5 г/л.Порівняно швидко збільшується концентрація молочної кислоти в перші 2–10 хв.роботи, а потім залишається на тому ж рівні або знижується. Таким чином,максимальна кількість молочної кислоти в крові виявляється на початку роботи.Після інтенсифікації діяльності органів дихання і кровообігу швидкістьутворення молочної кислоти дорівнює швидкості її усунення шляхом доокиснення.
Під час виконанні вправ з кисневим запитом більш 85 %від максимального споживання концентрація молочної кислоти в крові постійнозбільшується і може досягати максимальних значень не під час роботи, а на 2–10‑йхвилині після її виконання, тобто у відновному періоді. Таке явище може бутизумовлене
уповільненою дифузією цієї речовини в кров при роботі, атакож використанням енергії гліколізу для ресинтезу креатинфосфату післяроботи. Максимальна концентрація молочної кислоти в крові добре тренованогоспортсмена може досягати 2–2,5 г/л без помітного шкідливого впливу. Великі кількостімолочної кислоти здійснюють несприятливий вплив, тому подальше посиленнягліколізу не відбувається.
Молочна кислота при дисоціації утворює значну кількість іонівН+, частина яких зв'язується буферними системами м'язових клітин ікрові. Як тільки буферна ємність систем вичерпається, відбувається зсув реакціїсередовища в кислу сторону. У цьому процесі беруть участь і інші кислоти, такі,як карбонатна, фосфатна, піровиноградна, проте найбільший внесок в утвореннііонів Н+ і закисленні середовища належить молочній кислоті.Виявлено, що між концентрацією молочної кислоти і рН крові існує оберненопропорційна залежність.
Зменшення рН викликає серйозні зміни в організмі. Так, призниженні рН більш ніж на 0,2 одиниці порівняно з рівнем спокою зменшується активністьбагатьох ферментів клітин і крові. У першу чергу знижується активністьключового ферменту гліколізу фосфофруктокінази, у результаті чого знижуєтьсязагальна швидкість цього процесу. Зменшення рН призводить також до порушеннядіяльності нервових клітин і розвитку в них охоронного гальмування. При цьомупогіршується передача збудження з нерва на м'яз, знижується АТФ-азна активністьміозину, унаслідок чого падає швидкість розщеплення АТФ.
У стані спокою рН крові складає 7,35–7,40. За умови м'язовоїроботи він може знижуватися до 7,0. Треновані спортсмени витримують зниження рНдо 6,8, проте при цьому може спостерігатися нудота, запаморочення і сильні болів м'язах.
Серед буферних систем крові, що зв'язують іони Н+молочної кислоти, головну роль відіграє гідрокарбонатна. Надлишок молочноїкислоти викликає розкладання цієї системи відповідно до рівняння:
/>
У результаті цієї реакції утворюється надлишок С02,який називають «неметаболічним», тому що утворення його не пов'язано зпроцесами біологічного окиснення. Визначаючи цей не-метаболічний С02у повітрі, що видихається, можна оцінити рівень гліколізу в працюючих м'язах.
При виконанні роботи змінюється в крові вміст жирних кислот ікетонових тіл, звичайно, в обернено пропорційній залежності відносно докількості глюкози і молочної кислоти: використання їх зростає в міру збільшеннятривалості роботи. Значно знижується в крові вміст фосфоліпідів, тому що їхресинтез відстає від активного споживання цих сполук м'язами, печінкою, серцем.
У процесі виконання фізичних вправ змінюється також білковийсклад крові. Загальна концентрація білка в плазмі крові зростає прикороткочасних силових навантаженнях (за рахунок білків-ферментів, що виходятьіз працюючих клітин). При цьому змінюється співвідношення між різними білками.Збільшується кількість продуктів білкового розпаду. За умов тривалої роботи,коли змінюється проникність мембран, кількість білка в крові збільшуєтьсянастільки, що можлива поява його в сечі.
У процесі тривалої виснажливої роботи зростає в крові рівеньаміаку, у 4–5 разів збільшується вміст сечовини.
Стомлення – це стан організму, що виникає внаслідок тривалоїі напруженої діяльності і характеризується зниженням працездатності. Це нормальнийдля організму стан, який відіграє захисну роль. Стомлення попереджає пронастання несприятливих біохімічних і функціональних зрушень, що виникають підчас роботи, і для запобігання їх автоматично знижується інтенсивність м'язовоїроботи. Воно являє собою найважливішу спортивну і соціальну проблему, оскількивіддалення порогу втомлюваності сприяє покращенню спортивних результатів,поліпшенню виробничої, побутової працездатності і т. п.
Розрізняють чотири типи стомлення: а) розумове, якевиникає при тривалій розумовій роботі (гра в шахи й ін.); б) сенсорне – стомленняорганів чуття, яке виникає при стрільбі, швидкісному гірське-лижному спуску,слаломі й ін.; в) емоційне, що виникає при роботі з високим емоційнимпідйомом (спортивні ігри); г) фізичне, що наступає при тривалійнапруженій фізичній діяльності.
Залежно від кількості м'язів, охоплених фізичним стомленням,воно може мати локальний (не більш 1/3 усіх м'язів), регіональний (від 1/3 до2/3) і глобальний, або загальний (більш 2/3 усіх м'язів), характер.
Локальне (місцеве) стомлення наступає в основному післяшвидкісної роботи максимальної інтенсивності, супроводжується порушеннямбіохімічного стану працюючих м'язів, зниженням надходження до них ацетилхолінуі може бути переборено вольовим зусиллям людини.
При регіональному і глобальному стомленні в організміпорушуються функції органів дихання, кровообігу, накопичується
велика кількість проміжних продуктів обміну речовин, щозначною мірою знижує працездатність людини, а в деяких випадках порушує координаціюйого рухів.
При фізичному стомленні, викликаному тривалою м'язовоюдіяльністю, в організмі людини (навіть у стійкому стані) відбуваються серйознібіохімічні зміни. Знижується концентрація АТФ у нервових клітинах і порушуєтьсясинтез ацетилхоліну в синапсах, у результаті чого порушується формуваннярухових імпульсів і передача їх до працюючих м'язів центральною нервовоюсистемою. Сповільнюється швидкість перетворення електричного сигналу в хімічнийу синаптичній щілині, розвивається захисне охоронне гальмування, пов'язане зутворенням ГАМК. Якщо цей процес відбувається в невеликій ділянці кориголовного мозку, то наступає локальне стомлення (почуття втоми руки, окремоїгрупи м'язів). При більш широкому поширенні процесу виникає почуття загальної втоми.
При стомленні пригнічується діяльність залоз внутрішньоїсекреції, результатом чого є зменшення продукції гормонів і активності багатьохферментів. У першу чергу знижується активність міозинової АТФ-ази, якаконтролює перетворення хімічної форми енергії в механічну роботу. Зниженняшвидкості розщеплення АТФ у міофібрилах автоматично призводить до зменшенняпотужності виконуваної роботи. У стані стомлення падає активність ферментіваеробного окиснення, що призводить до роз'єднання реакцій окиснювального фосфорилювання,пов'язаних з ресинтезом АТФ. Розвивається гіпоксія, і для підтримки необхідногорівня АТФ відбувається нове (повторне) посилення гліколізу, що призводить допідвищення рівня молочної кислоти. Як наслідок цього відбувається закисленнявнутрішніх середовищ організму і порушення гомеостазу. Різко пригнічуєтьсявикористання ліпідів і синтез фосфоліпідів, послаблюється мобілізаціявуглеводів. У результаті активного розпаду білків і амінокислот у крові значнопідвищується рівень сечовини.
При стомленні в працюючих м'язах вичерпуються запасикреатинфосфату, глікогену, накопичуються молочна кислота, кетонові тіла івідзначаються різкі зміни внутрішньоклітинного середовища. При цьомупорушується регуляція тих процесів, які пов'язані з енергозабезпеченням м'язів,порушується діяльність систем легеневого кровообігу.
Причини стомлення при м'язовій роботі на цей час інтенсивновивчаються. Переважно його розглядають як комплексне явище, при якому причиноюзниження працездатності може бути порушення діяльності якоїсь однієї ланки вскладній взаємозалежній системі органів і функцій, які забезпечують виконанняроботи, або порушення між ними взаємозв'язку. Залежно від індивідуальнихособливостей організму й умов виконуваної роботи причиною розвитку стомлення можестати такий рівень діяльності будь-якого органу, можливості якого у певниймомент роботи не відповідають вимогам навантаження. З огляду на цепершопричиною стомлення може стати і зниження енергетичних ресурсів організму,і зниження активності ключових ферментів через пригнічуючий вплив продуктівметаболізму, і порушення цілісності функціонуючих структур через припиненняпластичного обміну, і зміна нервової або гормональної регуляції функцій, ібагато інших причин. Тому встановити ту ланку, яка у кожному конкретномувипадку є першопричиною розвитку стомлення, може точний біохімічний аналізрезультатів виконаної роботи.
Якщо розглядати це питання в цілому, то, як правило, впроцесі інтенсивної короткочасної роботи основною причиною стомлення е розвитокохоронного гальмування в центральній нервовій системі через порушенняспіввідношення АТФ/АДФ на користь АДФ, а також зниженням активності АТФ-азиміозину під впливом продуктів обміну, які накопичилися у працюючих м'язах. Підчас відносно помірної і тривалої роботи основними причинами стомлення євичерпання внутрішньом'язових запасів глікогену або накопичення продуктівнеповного окиснення жирів, а також зниження збуджуваності м'язів.
Останнім часом наукові дослідження показують, що стомленняпов'язане не стільки зі станом м'язів, скільки зі станом центральної нервовоїсистеми.
Стомлення людиниможе бути віддалене за допомогою різних стимуляторів, що збуджують нервовусистему (кофеїну й ін.) У деяких країнах з метою зняття почуття втоми упрофесійному спорті широко використовують допінги – препарати, що стимулюютьфункцію нервової системи (навіть під час стомлення). У результаті цьогоохоронне гальмування знижується, організм таким чином позбавляється важливоїзахисної реакції, і при подальшій роботі виникають значні біохімічні зміни, якіє небезпечними для життя.
Джерело: http://www.ronl.ru/referaty/biologiya/61456/ |
| Категорія: Біологія | Додав: Natar (03.12.2013)
|
| Переглядів: 1011
| Рейтинг: 0.0/0 |
Додавати коментарі можуть лише зареєстровані користувачі. [ Реєстрація | Вхід ] |
|
|
|
