Основы биохимии спорта. Биохимия спорта Основные задачи биохимического контроля

Научно-практический журнал "Медицина экстремальных ситуаций"
№3 (61) / 2017

Ключевые слова: спортивная медицина, биохимия, клиническая лаборатория, физическая нагрузка, спорт высших достижений.

Keywords: sports medicine, biochemistry, clinical laboratory, exercise stress, sport of highest achievements.

Аннотация: В статье представлены результаты исследований биохимических показателей крови у высококвалифицированных спортсменов в сравнении с аналогичными показателями у нетренированных людей на основании проведенного анализа российских и зарубежных исследований. В работе представлена характеристика и особенность динамики результатов основных маркеров функциональных систем. Проведен сравнительный анализ, показаны особенности динамики биохимических показателей под влиянием физической нагрузки в различных видах спорта. Обобщены основные принципы интерпретации результатов биохимического обследования у спортсменов. На основании анализа литературных источников сделаны выводы, в которых авторы подчеркивают значение и актуальность данной проблематики в области спортивной медицины.

Abstract: This article presents the results of studies of biochemical blood parameters in highly skilled athletes in comparison with similar indicators in untrained people on the basis of the analysis of Russian and foreign studies. The paper presents the characteristic and feature of the dynamics of the results of the main markers of functional systems. The comparative analyze is carried out, we can see features of dynamics of biochemical indicators depends physical active in various kinds of sports. Basic principles of interpretation of the results of biochemical examination in athletes are summarized. Conclusions are drawn based on the analysis of literature sources, in which the authors emphasize the significance and relevance of this topic in the field of sports medicine.

Введение

Одной из главных задач врача по спортивной медицине, работающего с высококвалифицированными спортсменами, является оценка состояния их здоровья, выявление органических и функциональных патологических изменений, которые могут развиваться на фоне регулярных интенсивных физических нагрузок. Для оценки функционального состояния спортсменов и их уровня адаптации к физическим нагрузкам проводится регулярное углубленное медицинское обследование, в котором изучают гематологические показатели и биохимические маркеры метаболических процессов.
Любая физическая работа сопровождается изменением скорости метаболических и биохимических процессов в организме, работающих мышцах, внутренних органах и крови. Глубина биохимических изменений, возникающих в мышечной ткани, внутренних органах, крови и моче при физической нагрузке, зависит от ее мощности и продолжительности. Условия жизни спортсмена существенно отличаются от тех, что наблюдаются у людей, не занимающихся спортом. Это и соблюдение строгого режима дня, и стрессовые состояния во время соревнований, частые разъезды, смена часовых поясов и климатических зон, подчиненность требованиям тренера, и наконец, необходимость систематически выполнять большие физические нагрузки .
На основании приказа Минздрава России от 01.03.2016 №134n “О Порядке организации оказания медицинской помощи лицам, занимающимся физической культурой и спортом (в том числе при подготовке и проведении физкультурных мероприятий и спортивных мероприятий), включая порядок медицинского осмотра лиц, желающих пройти спортивную подготовку, заниматься физической культурой и спортом в организациях и (или) выполнить нормативы испытаний (тестов) Всероссийского физкультурно-спортивного комплекса "Готов к труду и обороне" систематический контроль за состоянием здоровья лиц, занимающихся физической культурой и спортом (в том числе при подготовке и проведении физкультурных мероприятий и спортивных мероприятий), осуществляется врачом по спортивной медицине постоянно в целях оперативного контроля за состоянием их здоровья и динамики адаптации организма к тренировочным и соревновательным нагрузкам и включает предварительные и периодические медицинские осмотры, в том числе по углубленной программе медицинского обследования, этапные и текущие медицинские обследования, врачебно-педагогические наблюдения. На основании Приложения N2 к данному приказу установлен перечень обязательных биохимических параметров крови при углубленном медицинском обследовании (УМО) спортсменов сборных команд РФ.
Традиционно биохимические маркеры были интересны в спортивной науке для определения уровня работоспособности спортсмена или его перетренированности. В последние годы уделяется особое внимание к взаимосвязи биохимических показателей крови с уровнем интенсивности физических нагрузок. В спорте высших достижений биохимические маркеры являются ключевыми параметрами для оценки влияния физических упражнений на различные органы и системы спортсмена. Значения или концентрации биохимических показателей сыворотки крови зависят от многих факторов. Это и уровень физической подготовки спортсмена, уровень его психоэмоциональной устойчивости, возраст, пол, и, конечно, состояние здоровья. Основной проблемой правильной интерпретации биохимических показателей у спортсменов является отсутствие для них референсных значений .
В нашей статье мы попытались выявить, отличаются ли нормы биохимических показателей крови у высококвалифицированных спортсменов от тех же показателей у не тренированных людей, а также выделить наиболее важные биохимические маркеры у спортсменов, которые необходимо учитывать в работе врача по спортивной медицине.
Наиболее значимыми биохимическими показателями крови у спортсменов на основании проведенного анализа российских и зарубежных исследований являются лактат, креатинфосфокиназа (КФК), креатинин, лактатдегидрогеназа (ЛДГ), мочевая кислота, мочевина, BNP, pro-BNP, алпартатаминотрансфераза (АСТ), аланинаминотрансфераза (АЛТ), билирубин, миоглабин, тропонин, цистатин С, железо.

Печеночные показатели

В одном из исследований была определена концентрация аминотрансфераз (АЛТ, АСТ) и индекса массы тела (ИМТ) у профессиональных спортсменов из 7 различных видов спорта (регби, триатлон, футбол, плавание, езда на велосипеде, баскетбол, горные лыжи) до начала тренировок и соревновательного сезона. Не было выявлено статистически значимых различий в концентрациях между спортсменами и группой контроля (люди, не занимающиеся профессиональным спортом), а также не было выявлено достоверных различий в концентрациях АЛТ и АСТ в сыворотке крови между спортсменами (бегуны, метатели молота, борцы, штангисты) и подобранной по возрасту группой контроля . Активность АСТ значительно увеличивается сразу после тренировки и снижается до нормальных значений через час после физической нагрузки у хоккеистов. . Точная оценка и интерпретация концентрации АЛТ и АСТ у высококвалифицированных спортсменов имеет важное значение для диагностики патологических состояний и профилактики перетренированности . Было проведено исследование среди футболистов. Среднее значение АСТ до и после тренировки были выше, чем в группе контроля. Уровень АЛТ остался в пределах нормы. Среднее значение ГГТ было выше нормы только после тренировки. Что касается обмена билирубина его уровни в плазме крови спортсменов были похожи до и после забега, независимо от пола. . Также было выявлено, что у спортсменов повышение концентрации билирубина стоит на втором месте после увеличения АСТ . В исследовании с участием 10 элитных футболистов образцы крови были взяты в конце сезона, после периода восстановления, а затем после следующей предсезонной подготовки. Средние значения билирубина значительно увеличились в конце периода восстановления, а затем возвратились к исходному уровню перед началом нового сезона .
Лактатдегидрогеназа представляет собой каталитический фермент, который находится в большинстве тканей тела человека, и, в частности, в сердце, печени, почках, мышцах, клетках крови, мозге и легких . При острых нагрузочных реакциях отмечается повышение уровня активности ЛДГ в сыворотке крови . Существует связь между уровнем активности ЛДГ и работоспособностью организма . Повышенная активность ЛДГ наблюдается у спортсменов в состоянии покоя и после выполнения интенсивных физических нагрузок. Результаты исследования выявили снижение активности ЛДГ в состоянии покоя у спортсменов второй группы, что связано с энергетически более экономным режимом работы мышечной ткани спортсменов, тренирующих скоростно-силовые качества .
Уровни ЛДГ, АСТ и АЛТ были значительно выше после завершения забега на дистанцию 100 км, чем у марафонцев и значительно выше после забега на дистанцию 308 км, чем у марафонцев или забега на 100 км .

Мышечные показатели

Креатинфосфокиназа используется в качестве маркера повреждения мышечных волокон. Концентрация в крови увеличивается в ответ на непрерывные мышечные сокращения . В исследовании с участием легкоатлетов было выявлено, что увеличение креатинкиназы во время тренировок зависит от интенсивности тренировки . Хотя концентрации КФК в основном была изучена в индивидуальных видах спорта, также интересно оценить этот параметр в командных видах спорта, которые характеризуются тяжелыми и интенсивными тренировками и соревнованиями. Регби считается одним из самых физически сложных командных видов спорта в мире. В исследовании B. Cunniffe КФК измеряли у 10 регбистов во время международного турнира. Было выявлено, что значения КФК после игры были значительно выше, чем значения данного показателя перед игрой . В исследовании, проведенном на борцах в Турции, было выявлено, что уровень креатинкиназы был значительно выше нормы, принятой для популяции в целом . Швейцарские ученые провели исследование, направленное на изучение уровня мышечных маркеров в биохимическом анализе крови элитных игроков флорбола. Было выявлено значительное повышение креатинфосфокиназы и миоглобина после физической нагрузки . В исследовании по изучению маркеров повреждения мышц, проведенном в Бразилии среди теннисистов, выявлено небольшое увеличение миоглобина и КФК через 24-48 часов после игры. Однако в образцах крови, взятых сразу после игры, обнаружен значительный подъем уровня данных показателей .

Сердечные показатели

Мозговой натрийуретический пептид (BNP) синтезируется кардиомиоцитами и выбрасывается в кровоток. Расщепленная форма предшественника BNP - NT-proBNP также может быть измерена в крови и является маркером для оценки и мониторинга патологических состояний сердца. Этот гормон, являясь антагонистом ренин-ангиотензиновой системы, снижает воздействие на стенку миокарда за счет натрийуретического, вазодилатирующего и симпатоингибирующего эффектов. Также он является регулятором роста клеток сердца . Физические нагрузки вызывают увеличение pro-BNP, тропонина, но концентрация в сыворотке крови редко бывает выше верхней границы нормы, принятой для населения в целом. У 15 горных марафонцев средняя концентрация pro-BNP после забега была более, чем в 2 раза выше таковой до забега . Pro-BNP измеряли у 15 спортсменов мужского пола, участвующих в марафоне в экстремальных условиях (расстояние 246 км, температура 5-36 C и влажность 60-85%). Анализ крови был взят до начала соревнования, в течение 15 минут после окончания забега, и через 48 часов. Было выявлено резкое увеличение Pro-BNP после марафона по сравнению с нормой, но через 48 часов после окончания забега концентрация снизилась почти в два раза. . У спортсменов с гипертрофией левого желудочка, повышение концентрации pro-BNP является симптомом гипертрофической кардиомиопатии. Тем не менее повышенные концентрации маркеров миокарда в сыворотке не должны быть истолкованы как сигнал опасности, а скорее, как физиологический ответ на интенсивную сердечную деятельность . Кроме того, значения NT-proBNP должны быть правильно интерпретированы c учетом скорости клубочковой фильтрации (СКФ) .
Имеются данные о том, что уровень КФК-МБ увеличивается у хоккеистов. Причем концентрация показателя через час после нагрузки ниже, чем до физических упражнений .

Почечные показатели

В спортивной медицине уровень креатинина используется при оценке общего состояния здоровья спортсмена, для которого важную роль играет водно-электролитный баланс. Концентрация креатинина в сыворотке является наиболее широко используемым и общепринятым показателем функции почек. Исходных значений креатинина, специфичных для спортсменов, нет. А те значения, которые используются, характерны для популяции в целом. Однако проводились исследования, которые свидетельствуют о том, что концентрация креатинина в сыворотке крови спортсменов выше, чем в популяции . По результатам проведенных исследований было выявлено, что вид спорта и связанные с ними антропометрические данные спортсменов могут влиять на концентрацию креатинина в сыворотке крови. Уровень креатинина у велосипедистов стабилен во время соревновательного сезона, в то время как он может быть изменен у спортсменов, соревнующихся в других видах спорта. Для интерпретации значений креатинина также важно учитывать различия в режиме тренировок и спортивных характеристик .
Мочевая кислота может быть повышена при непрерывном сокращении мышц во время интенсивных физических нагрузок. В то же время концентрация мочевой кислоты у бегунов на длинные дистанции была минимальной при низкой интенсивности тренировок и самой высокой в течение интенсивной подготовки и во время соревнований . Джованни Ломбарди и др., в течение четырех сезонов проводили мониторинг 18 спортсменов - горнолыжников из сборной Италии. Образцы крови были собраны до начала обучения, в конце тренировки, перед началом соревнований и к концу международных соревнований. По данным исследования, тренировки высокой интенсивности не привели к значительным изменениям мочевой кислоты в сыворотке крови .
Цистатин С является альтернативой креатинину в плане изучения динамики биохимических показателей у спортсменов. Это белок с низким молекулярным весом, который свободно фильтруется клубочками и является качественным маркером экскреторной функции почек. Этот показатель не зависит от возраста, пола и индекса массы тела в отличие от креатинина . Различия между этими двумя маркерами были четко отображены в исследовании у марафонцев. Концентрации цистатина С и креатинина в сыворотке крови бегунов были повышены после марафона на 26% и 46% соответственно. Среднее увеличение цистатина C было в два раза ниже по сравнению с уровнем креатинина . Исследования показали, что значения цистатина С у регбистов были в пределах нормы, в то время как концентрация креатинина во многих случаях выше, чем верхние границы нормы .

Лактат

Уровень лактата в крови тесно связан с интенсивностью физической нагрузки. При определенной интенсивности физической нагрузки лактат возрастает в геометрической прогрессии. Определение уровня лактата у спортсменов применяется во всем мире. Его можно рассматривать в качестве текущего «золотого стандарта» для определения интенсивности физических нагрузок и адаптации к ним организма спортсмена .
И. П. Сивохин и соавторы проводили исследование по изучению динамики изменения концентрации лактата в периферической крови спортсменов-тяжелоатлетов высокой квалификации. Проведенное исследование показало, что биохимический контроль за динамикой изменения лактата является чувствительным индикатором реакции организма спортсменов на тренировочную нагрузку и может использоваться для управления учебно-тренировочным процессом в тяжелой атлетике .
О.П. Петрушова и соавторы проводили исследование по изучению механизмов адаптации кислотно-основного баланса крови пловцов во время тренировочного и соревновательного процесса. Результаты исследования показали, что до физической нагрузки уровень лактата в крови спортсменов соответствует физиологической норме, а при выполнении тестовой нагрузки в крови спортсменов обнаружено существенное увеличение уровня лактата. Также необходимо отметить, что возвращение показателей кислотно-основного баланса крови пловцов к физиологическим нормам происходит довольно быстро, что указывает на высокий уровень тренированности спортсменов .

Железо

В работах по изучению обмена железа у спортсменов, было показано, что интенсивные физические нагрузки приводят к увеличению синтеза гепсидина , который, в свою очередь, приводит к блоку всасывания железа, нарушению переноса железа из макрофагов к эритробластов и может вызвать дефицит железа.
В связи с огромной функциональной ролью железа, нарушения его обмена у высококвалифицированных спортсменов имеют негативные последствия в отношении профессиональных возможностей. При железодефицитных состояниях, уже с ранних стадий отмечается угнетение аэробного энергообразования в клетках. Очевидно, что комплекс физиологических изменений, вызванный дефицитом железа может резко ограничить профессиональные возможности спортсмена и возможность достижения им высоких спортивных результатов .
Свободное железо в сыворотке крови имеет высокую изменчивость в зависимости от времени суток и индивидуального биологического ритма спортсмена. Утренние значения более чем в два раза выше значений, измеренных через 12 часов, следовательно они не могут быть использованы для определения железа в организме. Кроме того, свободное сывороточное железо снижается при воспалительных реакциях и повышается в случаях гемолиза после забора крови. В настоящее время свободное железо является устаревшим маркером и должно использоваться только для расчета насыщения трансферрина или при острых интоксикациях .
При интерпретации полученных результатов врачи используют нормативные показатели, определенные для популяции людей, не являющихся высококвалифицированными спортсменами. Требования, предъявляемые к организму профессиональных спортсменов, значительно отличаются от образа жизни обычного человека и заключаются не только в систематических интенсивных физических нагрузках, но и в регулярном психоэмоциональном напряжении, частой смене часовых поясов и климатических зон, определенном, порой жестком ограничении пищевого режима в некоторых видах спорта. Основные изменения, развивающиеся при систематической физической нагрузке, затрагивают опорно-двигательную систему, эндокринную и сердечно – сосудистую системы. Для адекватной оценки функционирования этих систем у профессиональных спортсменов, не корректно использовать общепопуляционные нормативные показатели.
Таким образом, разработка и научно-методическое обоснование нормативных диапазонов биохимических и гематологических параметров для высококвалифицированных спортсменов является актуальной задачей спортивной медицины. Именно на показателях нормы, установленных для спортсменов, должны базироваться критерии допуска к занятиям спортом, обосновываться временные ограничения и отводы от физической нагрузки.

Выводы

1. Необходимо помнить, что аланинаминотрансфераза (АЛТ) высвобождается в основном из печени, а аспартатаминотрансфераза (АСТ) из мышц во время интенсивных физических нагрузок.
2. Уровень общего билирубина может быть повышен из-за постоянного гемолиза (эритроцитов), что характерно для интенсивных физических нагрузок.
3. Концентрация КФК в сыворотке, как правило, увеличивается после физических нагрузок. Неполное восстановление концентрации КФК является признаком травмы или перетренированности. Концентрация КФК может быть использована для мониторинга возвращения к деятельности спортсменов с мышечной травмой.
4. NT-pro-BNP, маркер разрушения стенки сердца, повышается после тренировки. Повышенная концентрация в сыворотке NT-pro-BNP у спортсменов не должна быть истолкована как сигнал повреждения сердца, а, скорее, как признак адаптации миокарда к физическим нагрузкам.
5. Концентрация креатинина следует интерпретировать с учетом ИМТ спортсменов и фазы соревновательного сезона. Концентрацию креатинина, измеренную в течение сезона, не следует толковать с учетом эталонных интервалов для населения в целом. Следует помнить, что значения креатинина колеблются в течение тренировочно-соревновтельного сезона.
6. Уровень цистатина С является значимой альтернативой уровню креатинина. Мочевая кислота является основным антиоксидантом в крови и увеличивается в ответ на интенсивные физические нагрузки.
7. Концентрация мочевой кислоты стабильна во время всего соревновательного сезона.
8. У спортсменов выявлены высокие уровни ЛПВП по сравнению с группой контроля. Положительное влияние физических нагрузок на липидный профиль спортсмена сохраняется в течение всей жизни, даже после прекращения спортивной карьеры, если бывший спортсмен продолжает физические упражнения.
9. Мониторинг биохимических показателей у высококвалифицированных спортсменов позволяет выявлять уровень адаптации различных функциональных систем к физическим нагрузкам. Установление нормативных референсных значений биохимических показателей у спортсменов высокой квалификации необходимо для эффективной оценки функционального состояния спортсменов, т.к. в процессе спортивной деятельности организм спортсмена приобретает функциональные особенности, выходящие за рамки популяционных норм. Учет данных особенностей может повысить качество медицинской помощи на всех этапах медико-биологического обеспечения.

Список литературы:

1. Бутова О.А., Маслов С.В. Адаптация к физическим нагрузкам: анаэробный метаболизм мышечной ткани // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. 2011. №1. С. 123-128.
2. Ганеева Л.А., Скрипова В.С., Касатова Л.В. и др. Оценка некоторых биохимических параметров энергетического обмена у студентов - легкоатлетов после продолжительной нагрузки // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. 2013. Т. 155. Кн. 1. С. 40–49.
3. Никулин Б.А., Радионова И. И. Биохимический контроль в спорте. // Советский спорт. 2011. С. 9-24.
4. Первушина О.П., Микуляк Н.И. Биомедицинская химия. 2014. Т. 60. Выпуск 5. С. 591-595.
5. Сивохин И.П., Федоров А.И., Комаров О.В. Вопросы функциональной подготовки в спорте высших достижений // 2014. Т 2. С. 139-146.
6. Banfi G., Colombini A, Lombardi G., et al. Metabolic markers in sports medicine // Advances in clinical chemistry. 2012. 56. P. 1-54.
7. Banfi G., Del Fabbro M., Lippi G. Serum creatinine concentration and creatinine-based estimation of glomerular filtration rate in athletes // Sports Medicine. 2009. P. 331–337.
8. Bernstein L., Zions M., Haq S., et al. Effect of renal function loss on NT-proBNP level variations // Clinical Biochemistry. 2009. 42. P. 1091–1098.
9. Chamera T., Spieszny M., Klocek T., et al. Could biochemical liver profile help to assess metabolic response to aerobic effort in athletes // Journal of Strength and Conditioning Research. 2014. 28(. P. 2180–2186.
10. Cunniffe B1, Hore AJ, Whitcombe DM, et al. Time course of changes in immuneoendocrine markers following an international rugby game // European Journal of Applied Physiology. 2010. 108(1). P. 113-22.
11. E. Clénina G., Cordesa M., Huberb A. Iron deficiency in sports – definition, influence on performance and therap // Swiss Sports & Exercise Medicine. 2016. 64 (1). P. 6–18.
12. Fallon K. The clinical utility of screening of biochemical parameters in elite athletes: analysis of 100 cases // British Journal of Sports Medicine. 2008. 42. P. 334–337.
13. García M. Estudio de marcadores bioquímicos de interés en el diagnóstico y pronóstico del síndrome coronario agudo // Doctoral Thesis. 2010. P. 24-36.
14. Godon P., Griffet V., Vinsonneau U. et al. Athlete’s heart or hypertrophic cardiomyopathy: usefulness of N-terminal pro-brain natriuretic peptide // International Journal of Cardiology. 2009. 137. P. 72–74.
15. Gomes RV, Santos RC, Nosaka K, et al. Muscle damage after a tennis match in young players // Biology of Sport. 2014. P. 27-32.
16. Herklotz R., Huber A. Labordiagnose von Eisenstoffwechselstörungen. Swiss medical forum. 2010. 10. P. 500–507.
17. Kafkas M., TAŞKIRAN C., ŞAHİN KAFKAS A., et al. Acute physiological changes in elite free-style wrestlers during a one-day tournament // The Journal of Sports Medicine and Physical Fitness. 2016. 56(10). P. 1113-1119.
18. Kyung-A Shin, Ki Deok Park, Jaeki Ahn, et al. Comparison of Changes in Biochemical Markers for Skeletal Muscles, Hepatic Metabolism, and Renal Function after Three Types of Long-distance Running // Observational Study. 2016. V. 95. 1-6.
19. Choi J., Masaratana P., Latunde-Dada G., et al. Duodenal reductase activity and spleen iron stores are reduced and erythropoiesis is abnormal in Dcytb knockout mice exposed to hypoxic conditions // The journal of nutrition. 2012. 142. P. 1929–1934.
20. Lee H., Park J., Choi I., et al. Enhanced functional and structural properties of high-density lipoproteins from runners and wrestlers compared to throwers and lifters // BMB Reports. 2009. 42. P. 605–610.
21. Lombardi G., Colombini A., Ricci C., et al. Serum uric acid in top-level alpine skiers over four consecutive competitive seasons // Clinica Chimica Acta. 2010. 411. P. 645–648.
22. Mingels А., Jacobs L., Kleijnen V., et al. Cystatin C a marker for renal function after exercise // International Journal of Sports Medicine. 2009. 30. P. 668–671.
23. Muhsin H., Aynur O., İlhan O., et al . Effect of Increasing Maximal Aerobic Exercise on Serum Muscles Enzymes in Professional Field Hockey Players // Global Journal of Health Science. 2015. V. 7. №. 3. P. 69-74.
24. Palacios G., Pedrero-Chamizo R., Palacios N., et al. Biomarkers of physical activity and exercise // Nutricion Hospitalaria. 2015. 31. P. 237-244.
25. Reinke S., Karhausen T., Doehner W., et al. The 
influence of recovery and training phases on body composition, peripheral vascular 
function and immune system of professional soccer players // PLoS One. 2009. 4. P. 4910.
26. Saraslanidis P., Manetzis C., Tsalis G., et al. Biochemical evaluation of running workouts used in training for the 400-M sprint // Journal of the National Strength and Conditioning Association. 2009. 23. P. 2266-2271.
27. Scharhag J., George K., Shave R., et al. Exercise-associated increases in cardiac biomarkers // Medicine & Science in Sports & Exercise. 2008. 40. P. 1408–1415.
28. Wedin J., Henriksson A. Postgame elevation of cardiac markers among elite floorball players // Scandinavian Journal of Medicine & Science in Sports. 2015. P. 495-500.
29. Zielin ́ski J., Rychlewski T., Kusy K., et al. The effect of endurance training on changes in purine metabolism: a longitudinal study of competitive long-distance runners // European Journal of Applied Physiology. 2009. 106. P. 867–876.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Колледж физической культуры

КУРС ЛЕКЦИЙ

ОСНОВЫ БИОХИМИИ СПОРТА

Кучерявый Всеволод Владимирович

Тема 1. Строение белков и ферментативный катализ.

Тема 6. Обмен белков

РАЗДЕЛ 3. ВОДНО-МИНЕРАЛЬНЫЙ ОБМЕН. ВИТАМИНЫ. ГОРМОНЫ

Тема 7. Обмен воды и солей. Витамины

Тема 8. Гормоны биохимия мочи и крови

ЧАСТЬ 2. ОСНОВЫ СПОРТИВНОЙ БИОХИМИИ

РАЗДЕЛ 4. БИОХИМИЯ МЫШЕЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Тема 9. Биохимия мышечного сокращения

Тема 10. Энергетическое обеспечение мышечного сокращения

РАЗДЕЛ 5. ОБЩАЯ БИОХИМИЯ СПОРТИВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Тема 11. Биохимические сдвиги при мышечной работе

Тема 12. Биохимические механизмы утомления

Тема 13. Восстановление с точки зрения биохимии

Тема 14. Общие биохимические закономерности адаптации к мышечной работе

РАЗДЕЛ 6. СПОРТИВНАЯ РАБОТОСПОСОБНОСТЬ И БИОХИМИЯ

Тема 15. Биохимические основы работоспособности

Тема 16. Биохимические способы повышения работоспособности

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Вопросы экзамена по биохимии

ЧАСТЬ 1. ОСНОВЫ ОБЩЕЙ БИОХИМИИ

РАЗДЕЛ 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТАБОЛИЗМА

Тема 1. Строение белков и ферментативный катализ

1. Биологическая роль белков

2. Строение молекулы белка

3. Классификация белков

5. Строение ферментов

Введение. Чем занимается биохимия?

Биохимия изучает химические процессы, происходящие в живых системах. Иначе говоря, биохимия изучает химию жизни. Наука эта относительно молодая. Она родилась в 20 веке. Условно курс биохимии можно разделить на три части.

Общая биохимия занимается общими закономерностями химического состава и обмена веществ разных живых существ от мельчайших микроорганизмов и кончая человеком. Оказалось, что эти закономерности во многом повторяются.

Частная биохимия занимается особенностями химических процессов, протекающих у отдельных групп живых существ. Например, биохимические процессы у растений, животных, грибов и микроорганизмов имеют свои особенности, причем, в ряде случаев очень существенные.

Функциональная биохимия занимается особенностями биохимических процессов протекающих в отдельных организмах, связанных с особенностями их образа жизни. Направление функциональной биохимии, исследующее влияние физических упражнений на организм спортсмена называется биохимией спорта или спортивной биохимией.

Развитие физической культуры и спорта требует от спортсменов и тренеров хороших знаний в области биохимии. Это связано с тем, что без понимания того, как работает организм на химическом, молекулярном уровне трудно надеяться на успех в современном спорте. Многие методики тренировки и восстановления базируются в наше время именно на глубоком понимании того, как работает организм на субклеточном и молекулярном уровне. Без глубокого понимания биохимических процессов невозможно бороться и допингом - злом, которое может погубить спорт.

1. Биологическая роль белков

Роль белков в организме трудно переоценить. Именно поэтому наш курс начинается с описания роли и строения именно этого класса биоорганических соединений. Белки в организме выполняют следующие функции.

1. Структурная или пластическая функция. Белки являются универсальным строительным материалом, из которого состоят практически все структуры живых клеток. Например, в организме человека белки составляют около 1/6 от массы тела. Причем, у тренированных людей с хорошо развитыми мышцами эта цифра может быть и выше.

2. Каталитическая функция. Многие белки, называемые ферментами или энзимами, выполняют в живых системах функцию катализаторов, то есть изменяют скорости протекания химических реакций (о чем подробно будет сказано ниже)

3. Сократительная функция. Именно белковые молекулы лежат в основе всех форм движения живых систем. Мышечное сокращение = это, прежде всего работа белков.

4. Регуляторная функция. В основе этой функции лежит способность белковых молекул реагировать и с кислотами и основаниями, называемуют в химии амфотерностью. Белки участвуют в создании гомеостаза организма. Многие белки являются гормонами.

5. Рецепторная функция. В основе этой функции лежит способность белков реагировать на возникающие изменения условий внутренней среды организма. Различные рецепторы в организме, чувствительные к температуре, давлению, освещенности являются белками. Рецепторы гормонов - это тоже белки.

6. Транспортная функция. Белковые молекулы имеют большой размер, хорошо растворимы в воде, что позволяет им легко перемещаться по водным растворам и переносить различные вещества. Например, гемоглобин переносит газы, альбумины крови переносят жиры и жирные кислоты.

7. Защитная функция. Белки защищают организм, прежде всего, участвуя в создании иммунитета.

8. Энергетическая функция. Белки не являются главными участниками энергетического обмена, но все же до 10% суточной потребности организма в энергии обеспечивают именно они. В то же время, это слишком ценный продукт, чтобы использовать его, как источник энергии. Поэтому белки используются в качестве источника энергии только после углеводов и жиров.

2. Строение молекулы белка

Белки - это высокомолекулярные азотсодержащие соединения, состоящие из аминокислот. В состав белков входят сотни остатков аминокислот. Однако все белки, независимо от происхождения образуются 20 видами аминокислот. Эти 20 аминокислот называют, поэтому протеиногенными.

Аминокислоты содержат карбоксильную группу COOH и аминогруппу NH2. Правда, некоторые белки все же содержат в очень малых количествах аминокислоты, не входящие в состав протеиногенных. Такие аминокислоты называют минорными. Они образуются из протеиногенных аминокислот после завершения синтеза белковых молекул.

Аминокислоты соединяются друг с другом пептидной связью, образуя длинные неразветвленные цепи - полипептиды. Пептидная связь возникает при взаимодействии карбоксильной группы одной аминокислоты и аминогруппы другой с выделением воды. Пептидные связи обладают высокой прочностью, их образуют все аминокислоты. Именно, эти связи образуют первый уровень организации белковой молекулы - первичную структуру белка. Первичная структура - это последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи белка.

Вторичная структура белка представляет собой спиральную структуру, образованную, главным образом, за счет водородных связей.

Третичная структура белка представляет собой глобулу или клубочек, в которую сворачивается вторичная спираль в некоторых белках. В образовании глобулы участвуют различные межмолекулярные силы, прежде всего дисульфидные мостики. Поскольку дисульфидные связи образуются аминокислотами, которые содержат серу, то глобулярные белки обычно содержат много серы.

Некоторые белки образуют четвертичную структуру, состоящую из нескольких глобул, называемых тогда субъединицами. Например, молекула гемоглобина состоит из четырех субъединиц, выполняющих единую функцию.

Все структурные уровни молекулы белка зависят от первичной структуры. Изменения в первичной структуре ведут к изменениям на других уровнях организации белка.

3. Классификация белков

Классификация белков базируется на их химическом составе. Согласно этой классификации белки бывают простые и сложные. Простые белки состоят только из аминокислот, то есть из одного или нескольких полипептидов. К простым белкам, имеющимся в организме человека, относятся альбумины, глобулины, гистоны, белки опорных тканей.

В молекуле сложного белка, кроме аминокислот, ещё имеется неаминокислотная часть, называемая простетической группой. В зависимости от строения этой группы выделяют такие сложные белки, как фосфопротеиды(содержат фосфорную кислоту), нуклеопротеиды(содержат нуклеиновую кислоту), гликопротеиды(содержат углевод), липопротеиды(содержат липоид) и другие.

Согласно классификации, которая базируется на пространственной форме белков, белки разделяются на фибриллярные и глобулярные.

Фибриллярные белки состоят из спиралей, то есть преимущественно из вторичной структуры. Молекулы глобулярных белков имеют шаровидную и эллипсоидную форму.

Примером фибриллярных белков является коллаген - самый распространенный белок в теле человека. На долю этого белка приходится 25 - 30% от общего числа белков организма. Коллаген обладает высокой прочностью и эластичностью. Он входит в состав сосудов мышц, сухожилий, хрящей, костей, стенки сосудов.

Примером глобулярных белков являются альбумины и глобулины плазмы крови.

4. Физико-химические свойства белков

Одной из главных особенностей белков является их большая молекулярная масса, которая колеблется в диапазоне от 6000 до нескольких миллионов дальтон.

Другим важным физико-химическим свойством белков является их амфотерность, то есть наличие, как кислотных, так и основных свойств. Амфотерность связана с наличием в составе некоторых аминокислот свободных карбоксильных групп, то есть кислотных, и аминогрупп, то есть щелочных. Это приводит к тому, что в кислой среде белки проявляют щелочные свойства, а в щелочной среде - кислотные. Однако при определенных условиях белки проявляют нейтральные свойства. Значение рН, при котором белки проявляют нейтральные свойства, называется изоэлектрической точкой. Изоэлектрическая точка для каждого белка индивидуальна. Белки по этому показателю делят на два больших класса - кислые и щелочные, так как изоэлектрическая точка может быть сдвинута либо в одну, либо в другую сторону.

Еще одно важное свойство белковых молекул - это растворимость. Несмотря на большой размер молекул белки довольно хорошо растворимы в воде. Причем растворы белков в воде весьма устойчивы. Первой причиной растворимости белков является наличие на поверхности молекул белков заряда, благодаря чему белковые молекулы практически не образуют нерастворимые в воде агрегаты. Второй причиной устойчивости белковых растворов является наличие у белковой молекулы гидратной (водной) оболочки. Гидратная оболочка отделяет белки друг от друга.

Третье важное физико-химическое свойство белков - это высаливание, то есть способность выпадать в осадок под действием водоотнимающих средств. Высаливание - процесс обратимый. Эта способность то переходить в раствор, то выходить из него очень важна для проявления многих жизненных свойств.

Наконец, важнейшим свойством белков является его способность к денатурации. Денатурация - это потеря белком нативности. Когда мы делаем яичницу на сковороде, мы получаем необратимую денатурацию белка. Денатурация заключается в постоянном или временном нарушении вторичной и третичной структуры белка, но при этом первичная структура сохраняется. Помимо температуры (выше 50 градусов) денатурацию могут вызвать другие физические факторы: излучении, ультразвук, вибрация, сильные кислоты и щелочи. Денатурация может быть обратимой и необратимой. При небольших воздействиях разрушение вторичной и третичной структур белка происходит незначительное. Поэтому белок при отсутствии денатурирующего может восстановить свою нативную структуру. Процесс обратный денатурации называется ренатурация. Однако при продолжительном и сильном воздействии ренатурация становится невозможной, а денатурация, таким образом, необратимой.

5. Строение ферментов

Ферменты или энзимы - это белки, выполняющие в организме каталитические функции. Катализ предусматривает, как ускорение, так и замедление химических реакций.

Ферменты практически всегда ускоряют химические реакции в организме, причем, ускоряют в десятки и сотни раз. У иных реакций, проходящих под контролем ферментов, скорость в их отсутствие падает практически до нуля.

Участок фермента, который непосредственно участвует в катализе, называется активным центом. Он может быть по разному организован у ферментов, имеющих только третичную и четвертичную структуру. У сложных белков в образовании активного цента участвуют, как правило, все субъединицы, а также их простетические группы.

В активном центре выделяют два участка - адсорбционный и каталитический.

Адсорбционный участок - это центр связывания. Он по своему строению соответствует структуре реагирующих веществ, называемых в биохимии субстратами. Говорят, что субстраты и адсорбционный центр фермента совпадает как ключ и замок. У большинства ферментов один активный центр, но бывают ферменты, имеющие несколько активных центров.

Надо сказать, что в ферментативной реакции принимает участи не только активный центр фермента, но и другие его части. Общая конформация фермента играет важную роль в его активности. Поэтому, изменение даже одной аминокислоты в части молекулы, которая не имеет отношения непосредственно к активному центру, может сильно повлиять на активность фермента и даже свести её к нулю. Благодаря изменению конформации фермента происходит «приспособление» его активного центра к структуре субстратов, участвующих в ускоряемой ферментом реакции.

6. Механизм действия ферментов. Специфичность

Надо помнить, что при осуществлении каталитической функции, сам катализатор не меняет своей химической природы. Это утверждение справедливо и для ферментов.

В любой каталитической реакции, осуществляемой ферментами, различают три стадии.

1. Образование фермент-субстратного комплекса. На этой стадии активный центр фермента, связывается с субстратами за счет слабых связей, обычно водородных. Особенностью этого этапа является полная обратимость, так как фермент-субстратный комплекс легко может распадаться на фермент и субстраты. На этой стадии возникает благоприятная ориентация молекул субстратов, что способствует ускорению их взаимодействия.

2. Эта стадия проходит с участием каталитического участка активного центра. Сущность этого этапа состоит в снижении энергии активации и ускорении реакции между субстратами. Результатом этого этапа является образование нового продукта.

3. На этой стадии происходит отделение готового продукта от активного центра с освобождением фермента, который вновь готов для осуществления своей функции.

В клетке ферменты, катализирующие многостадийные процессы часто объединяются в комплексы, называемые мультиферментными системами. Чаще всего эти комплексы встроены в биомембраны или связаны с органоидами клеток. Такое объединение ферментов делает их работу более эффективной.

В некоторых случаях белки-ферменты содержат небелковый компоненты, участвующие в катализе. Такие небелковые элементы называются коферментами. Большинство коферментов в своем составе содержат витамины.

Важнейшим свойством ферментов является их высокая специфичность. В биохимии существует правило: одна реакция - один фермент. Различают два вида специфичности: специфичность действия и специфичность субстратная.

Специфичность действия - это способность фермента катализировать только один определенный тип химической реакции. Если субстрат может вступать в различные реакции, то для каждой реакции нужен свой фермент.

Субстратная специфичность - это способность фермента действовать только на определенные субстраты.

Субстратная специфичность бывает абсолютная и относительная.

При абсолютной специфичности фермент катализирует превращения только одного субстрата.

При относительной - может быть группа похожих субстратов.

7. От чего зависит скорость ферментативных реакций?

В основе химических реакций лежит энергия активации. Если энергия активации высокая, то вещества не могут вступить в реакцию или скорость их взаимодействия будет низкой. Ферменты снижают порог энергии активации.

Скорость ферментативных реакция существенно зависит от многих факторов. К ним относятся концентрации веществ участников ферментативной реакции, а также условия среды, в которых протекает реакция.

Показано, что чем выше концентрация фермента, тем выше скорость реакции. Это объясняется тем, что концентрация фермента намного ниже концентрации субстрата.

При низких концентрациях субстрата скорость прохождения реакции прямо пропорциональна концентрации субстратов. Однако по мере возрастания концентрации субстрата она начинает замедляться и, наконец, достигнув максимальной скорости, перестает расти. Это связано с тем, что по мере увеличения концентрации субстрата количество свободных активных центов становится ограничивающим фактором.

Температура влияет на ферментативные реакции своеобразно. Дело в том, что ферменты - это белки, а это значит, что при высоких температурах (выше 80 градусов), они полностью теряют активность. Поэтому для ферментативных реакций существует понятие температурного оптимума. Таким оптимумом для большинства ферментов является температура тела 37 - 40 градусов. При низких температурах ферменты также неактивны.

Еще одним фактором, определяющим активность ферментов, является рН среды. Здесь для каждого фермента существует свой рН-оптимум. Например ферменты желудочного сока имеют рН-оптимум в кислой среде (рН - 1,0 до 2,0), а ферменты поджелудочной железы предпочитают щелочную среду (рН - 9,0 - 10,0).

Помимо указанных выше факторов на скорость ферментативных реакций оказывают различные вещества - ингибиторы и активаторы.

Ингибиторы - это, чаще всего, низкомолекулярные вещества, тормозящие скорость реакции. Ингибитор связывается с ферментом, мешая ему осуществлять свою функцию.

Активаторы - вещества, избирательно повышающие скорость ферментативных реакций.

Гормоны могут выступать и активаторами, и ингибиторами ферментов.

Скорость ферментативных реакций зависит и от ряда других факторов:

· изменения скорости синтеза ферментов;

· . модификации ферментов;

· изменение конформации фермента

8. Классификация и номенклатура ферментов

Современная классификация ферментов базируется на характеристике химической реакции, катализируемой ферментом. Различают шесть основных классов ферментов.

1. Оксидоредуктазы - ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные реакции. Схематично это выглядит так:

2. Трансферазы - ферменты, катализирующие перенос химических группировок с одной молекулы на другую

AВ + С > А + ВС

3. Гидролазы - ферменты, расщепляющие химические связи путем присоединения воды, то есть гидролиза.

АВ + Н2О >А - Н + В - ОН

4. Лиазы - ферменты катализирующие расщепление химических связей без присоединения воды:

5. Изомеразы - ферменты, катализирующие изомерные превращения, то есть перенос отдельных химических групп в пределах одной молекулы:

6. Синтетазы - ферменты катализирующие реакции синтеза, происходящие за счет энергии АТФ:

АТФ + Н2О > АДФ + H3PO4

Каждый класс в свою очередь делится на подклассы, а те на подподклассы.

Название фермента, как правило состоит из двух частей. Первая часть отражает название субстрата, превращения которого катализируется данным ферментом. Вторая часть названия имеет окончание «-аза», указывает на природу реакции. Например, фермент, отщепляющий от молочной кислоты (лактата) атомы водорода, называется лактатдегидрогеназа. А фермент, катализирующий изомеризацию глюкозо-6-фосфата в фруктозо-6-фосфат называется глюкозофосфатизомераза. Фермент, участвующий в синтезе гликогена называется гликогенсинтетаза.

Тема 2. Этапы метаболизма и биологическое окисление

3. Тканевое дыхание

1. Общая характеристика обмена веществ

Обмен веществ и энергии - это обязательное условие существования живых организмов.

Организм из внешней среды получает энергию и строительные вещества, затем эти вещества перерабатываются и, наконец, ненужные продукты переработки выделяются из организма в окружающую среду. Таким образом, обмен веществ может быть представлен в виде трех процессов.

1. Пищеварение - это процесс в ходе которого пищевые вещества, как правило высокомолекулярные и для организма чужеродные, под действием пищеварительных ферментов расщепляются и превращаются в простые соединения - универсальные для всех живых организмов. Белки, например, распадаются на аминокислоты точно такие же как аминокислоты самого организма. Из углеводов пищи образуется универсальный моносахарид - глюкоза. Поэтому конечные продукты пищеварения могут вводиться во внутреннюю среду организма и использоваться клетками для разнообразных целей.

2. Метаболизм - это совокупность химических реакций, протекающая во внутренней среде организма. Правда, иногда слово «метаболизм» понимают как синоним обмена веществ.

3. Выделение - это процесс удаления отработанных веществ из организма. Этот процесс происходит, как на последних этапах пищеварения, так и в ходе метаболизма. В последнем случае в выделении участвует кровь и особые органы выделения продуктов распада азотистых веществ - почки.

Рассмотрим, однако, более подробно собственно метаболизм.

Метаболизм включает в себя два процесса, которые являются двумя его неразрывными сторонами: катаболизм и анаболизм.

Катаболизм - это процессы расщепления веществ, результатом которых является извлечение энергии и получение молекул меньшего размера. Конечными продуктами катаболизма являются углекислый газ, вода, аммиак.

Катаболизм в организме человека и большинства живых существ характеризуется следующими особенностями.

· В процессе катаболизма преобладают реакции окисления.

· Катаболизм протекает с потреблением кислорода.

· В процессе катаболизма выделяется энергия, примерно половина которой аккумулируется в форме молекул аденозинтрифосфата (АТФ). Значительная часть энергии выделяется виде тепла.

Анаболизм - это реакции синтеза. Для этих процессов характерны следующие особенности.

· Анаболизм - это, главным образом, реакции восстановления.

· В процессе анаболизма происходит потребление водорода.

· Источником энергии для реакций анаболизма служит АТФ.

2. Строение и биологическая роль АТФ

Аденозинтрифосфат или сокращенно АТФ - это универсальное энергетическое вещество организма. АТФ - нуклеотид, в состав молекулы которого входят азотистое основание - аденин, углевод - рибоза и три остатка фосфорной кислоты.

Особенностью молекулы АТФ является то, что второй и третий остатки фосфорной кислоты присоединяются связью, богатой энергией, иначе называемой макроэргической связью. Часто соединения, имеющие макроэргическую связь (а мы столкнемся с ними в процессе изучения предмета) обозначатся термином «макроэрги» или макроэргические вещества.

Строение АТФ можно отразить схемой

Аденин-рибоза - Ф.К. - Ф.К. - Ф.К.

аденозин

При использовании АТФ в качестве источника энергии обычно происходит отщепление путем гидролиза последнего остатка фосфорной кислоты.

АТФ + Н2О > АДФ + Н3РО4 + энергия

В физиологических условиях, то есть при условиях, которые имеются в живой клетке, расщепление моля АТФ сопровождается выделением 10 - 12 ккал энергии (43 -50 кДж).

Главными потребителями энергии АТФ в организме являются

· реакции синтеза;

· мышечная деятельность;

· транспорт молекул и ионов через мембраны.

Таким образом биологическая роль АТФ заключается в том, что это вещество в организме является своего родом эквивалентом ЕВРО или доллара в экономике. Основным поставщиком АТФ в клетке является тканевое дыхание - завершающий этап катаболизма, протекающий в митохондриях большинства клеток организма.

3. Тканевое дыхание

Тканевое дыхание - это основной способ получения АТФ используемый абсолютным большинством клеток организма.

В процессе тканевого дыхания от окисляемого вещества отнимаются два атомов водорода и по дыхательной цепи, состоящей из ферментов и коферментов, передаются на молекулярный кислород, доставляемый кровью из воздуха во все ткани организма. В результате присоединения атомов кислорода и водорода образуется вода. За счет энергии, выделяющееся при движении электронов, по дыхательной цепи, в митохондриях осуществляется синтез АТФ из АДФ и фосфорной кислоты. Обычно синтез трех молекул АТФ сопровождается образованием одной молекулы воды.

В качестве субстрата окисления в тканевом дыхании используются разнообразные промежуточные продукты распада углеводов, жиров и белков. Однако наиболее часто подвергаются окислению промежуточные продукты цикла лимонной кислоты, называемого иначе циклом трикарбоновых кислот или циклом Кребса (изолимонная, альфа-кетоглутаровая, янтарная, яблочная кислоты - это субстраты цикла трикарбоновых кислот). Цикл лимонной кислоты - это завершающий этап катаболизма, в ходе которого происходит окисление остатка уксусной кислоты, входящей а ацетилкофермент А до углекислого газа и воды. В свою очередь ацетилкофермент А - универсальное вещество организма, в которое при своем распаде превращаются главные органические вещества - белки, жиры и углеводы. Тканевое дыхание - это сложный ферментативный процесс. Ферменты тканевого дыхания делятся на три группы: никотинамидные дегидрогеназы, флавиновые дегидрогеназы и цитохромы. Эти ферменты и составляют дыхательную цепь.

Никотинамидные дегидрогеназы отнимают два атома водорода у окисляемого субстрата и присоединяют его к молекуле кофермента НАД (никотинамидадениндинуклеотид) При этом НАД переходит в свою восстановленную форму НАД.Н2.

Флавиновые дегидрогеназы отщепляют два атома водорода от НАД.Н2 и временно присоединяют к ФМН (флавинмононуклеотид). Это кофермент в состав которого входит витамин В2. Затем происходит передача двух атомов водорода флавину, который в свою очередь передает эти атомы на цитохромы.

Цитохромы - это ферменты, содержащие в своем составе ионы трехвалентного железа, которые, присоединяя водород, переходят в двухвалентную форму. Цитохромов несколько и они обозначаются латинскими буквами a, a-3 b, c. Цитохромы передают водород на молекулярный кислород, и образуется вода.

При движении по дыхательной цепи выделяется энергия, которая аккумулируется виде молекул АТФ. Этот процесс называется окислительным или дыхательным фосфорилированием. В сутки в организме образуется не менее 40 кг АТФ. Особенно интенсивно эти процессы идут в мышцах при физической работе.

4. Анаэробное, микросомальное и свободнорадикальное окисление

В некоторых случаях отнятие атома водорода от окисляемых веществ происходит в цитоплазме. Эти процессы происходят без участия кислорода. Поэтому акцепторы водорода здесь другие. Наиболее часто водород присоединяет пировиноградная кислота, возникающая при распаде углеводов и аминокислот. Пировиноградная кислота может присоединить водород и таким образом превратиться в лактат или молочную кислоту. Такой процесс, происходящий, в частности в мышцах при недостатке кислорода, называется анаэробным окислением или гликолизом. За счет выделяющейся при этом энергии в цитоплазме также идет образование АТФ. Процесс образования АТФ в цитоплазме получил название анаэробного или субстратного фосфорилирования. Этот процесс гораздо менее эффективен, нежели тканевое дыхание.

В некоторых случаях при окислении атомы кислорода включаются в молекулы окисляемых веществ. Такое окисление протекает на мембранах эндоплазматической сети и называется микросомальное окисление. За счет включения кислорода окисляемого субстрата возникает гидроксильная группа (-ОН). Поэтому этот процесс часто называют гидроксилирование. В этом процессе активное участие принимает аскорбиновая кислота или витамин С.

Биологическая роль этого процесса не связана с синтезом АТФ. Она состоит в следующем.

1. Включаются атомы кислорода в синтезируемее вещества.

2. Обезвреживаются различные токсичные вещества, так как включение атома кислорода в молекулу яда уменьшает токсичность этого яда, делает его водорастворимым, и облегчат почкам его выведение.

В редких случаях кислород, поступающий из воздуха в организм, превращается в активные формы (О2, НО2, НО+, Н2 О2 и др.), называемые свободными радикалами или оксидантами.

Свободные радикалы кислорода вызывают реакции окисления, затрагивающие белки, жиры, нуклеиновые кислоты. Это окисление получило название свободнорадикальное окисление.

Особенное влияние этот процесс оказывает на жирные кислоты. Перекисное окисление липидов (ПОЛ) помогает обновлению липидного слоя биологических мембран.

Свободнорадикальное окисление может приносить и вред, если происходит слишком интенсивно. Поэтому в организме существует специальная антиоксидантная система, важнейшей частью которой является витамин Е (токоферол).

РАЗДЕЛ 2. МЕТАБОЛИЗМ ОТДЕЛЬНЫХ ГРУПП ВЕЩЕСТВ

Тема 3. Строение и обмен углеводов

3. Пути катаболизма углеводов. Гексозодифосфатный путь расщепления глюкозы

1. Общая характеристика и классификация углеводов. Функции углеводов в организме

Углеводы составляют более 80% всех органических соединений биосферы Земли.

Исключительную роль в энергетическом обмене биосферы играет глюкоза. Именно этот углевод образуется в процессе фотосинтеза. И именно, глюкоза запускает энергетический обмен в нашем организме.

Углеводы делятся на три основных класса: моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

Моносахариды или простые сахара не подвергаются гидролизу и получить из них более простые углеводы невозможно. К моносахаридам относятся: рибоза, дезоксирибоза, глюкоза, фруктоза, галактоза и другие.

Олигосахариды состоят из нескольких моносахаридов, соединенных ковалентными связями. При гидролизе они распадаются на входящие в них моносахариды. Примером олигосахаридов могут служить дисахариды, состоящие из двух молекул моносахаридов. Наиболее распространенные дисахариды сахароза (пищевой или тростниковый сахар), состоящий из остатков глюкозы и фруктозы, лактоза(молочный сахар), состоящий из остатков глюкозы и галактозы.

Полисахариды представляют собой длинные неразветвленные цепи. Включающие сотни и тысячи моносахаридных остатков. Наиболее известные из них - крахмал, целлюлоза, гликоген - состоят из остатков глюкозы.

Функции углеводов в организме весьма разнообразны.

1. Энергетическая.

2. Структурная функция (входят в состав клеточных структур).

3. Защитная (синтез иммунных тел в ответ на антигены).

4.Антисвертывающая (гепарин).

5. Гомеостатическая (поддержание водно-солевого обмена)

6. Механическая (входят в состав соединительных и опорных тканей).

2. Строение и биологическая роль глюкозы и гликогена. Синтез и распад гликогена

Эмпирическая формула глюкозы С6Н12О6. Она может иметь различные пространственные формы. В организме человека глюкоза как правило находится в циклической форме:

Свободная глюкоза в организме человека в основном находится в крови, где ее содержание довольно постоянно и колеблется в диапазоне от 3,9 до 6,1 ммоль/л.

Глюкоза главный источник энергии в организме.

Другим углеводом типичным для человека является гликоген. Состоит гликоген из сильно разветвленных молекул большого размера, содержащих десятки тысяч остатков глюкозы. Эмпирическая формула гликогена: (С6 Н12 О5)n где n число остатков глюкозы.

Основные запасы гликогена сосредоточены в печени и мышцах.

Гликоген является запасной формой глюкозы.

В норме с пищей поступает 400 - 500 г углеводов. Это, главным образом, крахмал, клетчатка, сахароза, лактоза, гликоген. Переваривание углеводов происходит в разных частях пищеварительного тракта, начиная с ротовой полости. Осуществляют его ферменты амилазы. Единственный углевод, который не расщепляется в нашем организме - это клетчатка. Все остальные расщепляются до глюкозы, фруктозы, галактозы и.т. д. и вовлекаются в процессы катаболизма, Значительная часть глюкозы превращается в печени в гликоген. Между приемами пищи часть гликогена в печени превращается в глюкозу, которая поступает в кровь.

Глюкоза, используемая для синтеза гликогена, предварительно активируется. Затем после ряда превращений образует гликоген. В этом процесс участвует нуклеотид УТФ (уридинтрифосфат), который по строению напоминает АТФ. В ходе реакций образуется промежуточное соединение - уридиндифосфатглюкоза (УДФ-глюкоза). Именно это соединение образует молекулы гликогена, вступая в реакцию с так называемой затравкой. Затравкой служат имеющиеся в печени молекулы гликогена.

Реакции образования гликогена обеспечиваются энергией молекулами АТФ. Синтез гликогена ускоряется гормоном инсулином.

Распад гликогена в печени осуществляется в обратном порядке и в конечном итоге образуется глюкоза и фосфорная кислота. Этот процесс ускоряется гормонами глюкагоном и адреналином. Распад гликогена в мышцах стимулирует гормон адреналин, который выделяется в кровь во время мышечной работы. При этом в мышцах не образуется свободная глюкоза и путь расщепления гликогена несколько иной.

3. Катаболизм углеводов. Гексозодифосфатный путь расщепления глюкозы.

Катаболизм глюкозы осуществляется двумя путями.

· Основная часть углеводов (до95%) подвергается распаду по гексозодинофосфатному пути. Именно этот путь является основным источником энергии для организма.

· Остальная часть глюкозы расщепляется через гексозомонофосфатный путь.

ГДФ-путь может протекать в условиях отсутствия кислорода - анаэробно и в присутствии кислорода, то есть в аэробных условиях. Это очень сложная цепь последовательных реакций, конечным результатом которой является образование углекислого газа и воды. Этот процесс можно разбить на три этапа, последовательно идущих друг за другом.

Первый этап, называемый гликолизом, происходит в цитоплазме клеток. Конечным продуктом этого этапа является пировиноградная кислота.

1. Реакция состоит в том, что глюкоза превращается в глюкозо-6фосфат.

Глюкоза + АТФ > глюкоза-6-фосфат + АДФ

2. Глюкоза-6-фосфат превращается во фруктозо-6-фосфат

3. Фруктозо-6-фосфат переходит во фрутозо-1.6-фосфат

5. Затем из фосфоглицеринового альдегида образуется 1.3дифосфоглицерат

6. 1.3дифосфоглицерат переходит в3-фосфоглицерат,

7. который переходит в 2-фосфоглицерат, а затем

8 в фосфопируват, а тот

9 в пируват (пировиноградная кислота).

Общее уравнение гликолиза выглядит так:

Глюкоза + О2 + 8АДФ + 8 Н3РО4 > 2 Пируват + 2Н2О + 8 АТФ

Первый этап распада углеводов практически обратим. Из пирувата, а также из возникающего в анаэробных условиях лактата (молочная кислота), может синтезироваться глюкоза, а из неё гликоген.

Второй и третий этапы ГДФ-пути протекают в митохондриях. Эти этапы требуют присутствия кислорода. В ходе второго этапа от пировиноградной кислоты отщепляется углекислый газ и два атома водорода. Отщепленные атомы водорода по дыхательной цепи передаются на кислород с одновременным синтезом АТФ. Из пирувата же образуется уксусная кислота. Она присоединяется к особому веществу, коферменту А. Это вещество является переносчиком остатков кислот. Результатом этого процесса является образование вещества ацетилкофермент А. Это вещество обладает высокой химической активностью.

Ацетилкофермент А подвергается дальнейшему окислению в цикле трикарбоновых кислот. Это и есть третий этап. Первой реакцией цикла является взаимодействие ацетилкофермента А со щавелево-уксусной кислотой с образованием лимонной кислоты. Поэтому эти реакции и называют циклом лимонной кислоты. Образуя ряд промежуточных трикарбоновых кислот лимонная кислота вновь превращается в щавелево-уксусную и цикл повторяется Результатом этих реакций является образование отщепленного водорода, которые, пройдя по дыхательной цепи(см. предыдущую лекцию), образует с кислородом воду. В результате всех этих реакции образуется 36 молекул АТФ. В сумме ГДФ-путь дает 38 молекул АТФ в пересчете на одну молекулу глюкозы

Глюкоза + 6 О2 + 38 АДФ + 38 Н3 РО4 > 6СО2 + 6 Н2О +38 АТФ

Расщепление гликогена добавляет к этому уравнению еще одну молекулу АТФ,

При недостатке кислорода аэробный путь прерывается образованием пирувата, который превращается в лактат. В результате таких превращений образуется лишь две молекулы АТФ.

4. Гексозомонофосфатный путь распада углеводов

Как уже подчеркивалось выше ГМФ-путь распада углеводов - побочный. Данный путь встречается в надпочечниках, эритроцитах, жировой ткани, печени и протекает в цитоплазме клеток.

ГМФ-путь распада глюкозы имеет анаболическое назначение и обеспечивает различные реакции синтеза рибозой и водородом.

ГМФ-путь можно разделить на два этапа, причем, первый этап протекает обязательно, а второй не всегда.

Первый этап начинается с перехода глюкозы в активную форму глюкозо-6-фосфат, от которого затем отщепляется молекула углекислого газа и две пары атомов водорода, присоединившиеся к коферменту НАДФ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат). Конечным продуктом первого этапа является рибозо-5-фосфат.

Образовавшийся в результате первого этапа НАДФ.Н2 поставляет атомы водорода в различные процессы синтеза, в частности для синтеза жирных кислот и холестерина. Рибозо-5-фосфат используется для синтеза нуклеотидов, из которых образуются затем нуклеиновые кислоты и коферменты.

Второй этап протекает тогда, когда рибозо-5-фосфат полностью не расходуются для синтеза. Неиспользованные молекулы этого вещества вступают во взаимодействия друг с другом, в ходе которых они обмениваются группами атомов и в качестве промежуточных продуктов появляются моносахариды с различным числом атомов углерода, такие как триозы, пентозы, тетрозы, гексозы. В конечном итоге из шести молекул рибозо-5-фосфата образуется 5 молекул глюкозо-6-фосфата.

Таким образом, второй этап делает данный способ распада глюкозы цикличным, поэтому его называют пентозным циклом.

Пентозный цикл - это резервный путь энергетического обмена, который в ряде случаев может выдвигаться на первые роли.

Тема 4. Строение и обмен жиров и липоидов

3. Катаболизм жиров

4. Синтез жиров

1. Химическое строение и биологическая роль жиров и липоидов

Жиры или липиды - это группа разнообразных по строению веществ, обладающих одинаковыми физико-химическими свойствами: они не растворимы в воде, но хорошо растворимы в органических растворителях (бензол, толуол, бензин, гексан и др.)

Жиры делятся на две группы - собственно жиры или липиды и жироподобные вещества или липоиды.

Молекула жира состоит из глицерина и трех остатков жирных кислот, соединенных сложноэфирной связью. Это так называемые истинные жиры или триглицериды.

Жирные кислоты, входящие в состав жиров делятся на предельные и непредельные. Первые не имеют двойных связей и называются ещё насыщенными, а вторые имеют двойные связи и называются ненасыщенными. Есть ещё полиненасыщенные жирные кислоты, имеющие две и более двойные связи. Такие жирные кислоты в организме человека не синтезируются и должны обязательно поступать с пищей, так как являются для синтеза некоторых важных липоидов. Чем больше двойных связей, тем ниже температура плавления жира. Ненасыщенные жирные кислоты делают жиры более жидкими. Их много содержится в растительном масле.

Жиры разного происхождения отличаются набором жирных кислот, входящих в их состав.

Жиры нерастворимы в воде. Однако, в присутствии особых веществ - эмульгаторов - жиры при смешивании с водой образуют устойчивую смесь - эмульсию. Пример эмульсии - молоко, а пример эмульгатора - мыла - натриевые соли жирных кислот. В организме человека в роли эмульгаторов выступают желчные кислоты и некоторые белки.

В организме животных и человека можно выделит три класса липоидов.

1. Фосфолипиды, состоящие из жирных кислот, спирта и обязательно фосфорной кислоты.

2. Гликолипиды, состоящие из жирной кислоты, спирта и какого-нибудь простого углевода, чаще всего галактозы.

3. Стероиды, содержащие сложное стерановое кольцо.

Значение жиров и стероидов в организме очень велико.

· Жиры являются важным источником энергии. Из одного грамма жира организм извлекает около 9ккал энергии, что в 2 раза больше, чем из 1 г углеводов.

· Жиры защищают организм от переохлаждения и механических воздействий (например ударов).

· Жирные кислоты и липоиды входят в состав многих гормонов.

· Липоиды являются важнейшими компонентами клеточных мембран.

· Под воздействием УФ-излучения из липоида - холестерина образуется витамин D.

2. Переваривание и всасывание жиров

В суточном рационе обычно содержится 80-100 г жиров. Переваривание жира в организме человека происходит в тонком кишечнике. Жиры предварительно с помощью желчных кислот превращается в эмульсию. В процессе эмульгирования крупные капли жира превращаются в мелкие, что значительно увеличивает их суммарную поверхность. Ферменты сока поджелудочной железы - липазы, являясь белками, не могут проникать внутрь капель жира и расщепляют только молекулы жира, находящиеся на поверхности. Поэтому увеличение общей поверхности капель жира за счет эмульгирования значительно повышает эффективность действия этого фермента. Под действием липазы жир путем гидролиза расщепляется до глицерина и жирных кислот.

Поскольку в пище присутствуют разнообразные жиры, то в результате их переваривания образуется большое количество разновидностей жирных кислот.

Продукты расщепления жира всасываются слизистой тонкого кишечника. Глицерин растворим в воде, поэтому его всасывание происходит легко. Жирные кислоты, нерастворимые в воде, всасываются виде комплексов с желчными кислотами (комплексы, состоящие из жирных и желчных кислот, называются холеиновыми кислотами) В клетках тонкой кишки холеиновые кислоты распадаются на жирные и желчные кислоты. Желчные кислоты из стенки тонкого кишечника поступают в печень и затем снова выделяются в полость тонкого кишечника.

Освободившиеся жирные кислоты в клетках стенки тонкого кишечника вновь соединяются с глицерином, в результате чего вновь образуется молекула жира. Но в этот процесс вступают только жирные кислоты, входящие в состав жира человека. Таким образом, синтезируется человеческий жир. Такая перестройка пищевых жирных кислот в собственные жиры называется ресинтезом жира.

Ресинтезированные жиры по лимфатическим сосудам минуя печень поступают в большой круг кровообращения и откладываются в запас в жировых депо. Главные жировые депо организма располагаются в подкожной жировой клетчатке, большом и малом сальниках, околопочечной капсуле.

3. Катаболизм жиров

Использование жира в качестве источника энергии начинается с его выхода из жировых депо в кровяное русло. Этот процесс называется мобилизация жира. Мобилизация жира ускоряется под действием симпатической нервной системы и гормона адреналина.

В печени происходит гидролиз жира до глицерина и жирных кислот.

Глицерин легко переходит в фосфоглицериновый альдегид. Это вещество является также промежуточным продуктом углеводов в поэтому легко вовлекается в углеводный обмен.

Жирные кислоты соединяются с коферментом А и образуют соединение ацилкофермент А (ацил-КоА). эти процессы происходят в цитоплазме. Далее ацил-КоА передает жирную кислоту корнетину. Корнетин переносит жирную кислоту внутрь митохондрии и вновь отдает ее кофермента А, но в этот раз митохондриальному. В митохондриях окисление жирных кислот проходит в два этапа.

Первый этап - в-окисление. Окислению подвергается углеродный атом жирной кислоты, находящийся в положении «бета». От жирной кислоты, связанной с КоА, дважды отщепляется по два атома водорода, которые затем по дыхательной цепи передаются на молекулярный кислород. В итоге образуется вода и образуется пять молекул АТФ. Этот процесс повторяется многократно, пока жирная кислота полностью не превратится в ацетил-КоА.

Второй этапом окисления - цикл трикарбоновых кислот, в котором происходит дальнейшее окисление остатка уксусной кислоты, входящей в ацетилкофермент А, до углекислого газа и воды. При окислении одной молекулы ацетилкофермента А выделяется до 12 молекул АТФ. Таким образом, окисление жирных кислот до углекислого газа и воды дает большое количество энергии. Например, из одной молекулы пальмитиновой кислоты (С15 Н31СООН) образуется 130 молекул АТФ. Однако, в силу особенностей строения жирных кислот (слишком много атомов углерода по сравнению с кислородом) их окисление существенно затруднено по сравнению с углеводами. Поэтому жир обеспечивает организм энергией при работе средней мощности, но зато продолжительной. Отсюда вывод, чтобы сжигать жир нужно осуществлять работу средней мощности, но продолжительную.

Схема бета-окисления

При продолжительных физических нагрузках и избыточном образовании ацетилкофермента А, происходит реакция конденсации уксусной кислоты с образованием кетоновых тел. В мышцах, почках и миокарде эти тела вновь переходят в ацетилкофермент А.Таким образом кетоновые тела играют важную роль при длительных спортивных тренировках. Однако при перетренировке они могут образовывать в крови ацетон, который выделяется с потом, мочой и выдыхаемым воздухом.

Активация синтеза кетоновых тел при голодании. Точечные линии - скорость метаболических путей снижена; сплошные линии - скорость метаболических путей повышена. При голодании в результате действия глюкагона активируются липолиз в жировой ткани и 3-окисление в печени. Количество оксалоацетата в митохондриях уменьшается, так как он, восстановившись до малата, выходит в цитозоль, где опять превращается в оксалоацетат и используется в глюконеогенезе. В результате скорость реакций ЦТК снижается и, соответственно, замедляется окисление ацетил-КоА. Концентрация ацетил-КоА в митохондриях увеличивается, и активируется синтез кетоновых тел. Синтез кетоновых тел увеличивается также при сахарном диабете

4. Синтез жиров

Синтезируются жиры из глицерина и жирных кислот

Глицерин в организме возникает при распаде жира (пищевого и собственного), а также легко образуются из углеводов.

Жирные кислоты синтезируются из ацетилкофермента А. Ацетилкофермент А - универсальный метаболит. Для его синтеза необходимы водород и энергия АТФ. Водород же получается из НАДФ.Н2. В организме синтезируются только насыщенные и мононасыщенные (имеющие одну двойную связь) жирные кислоты. Жирные кислоты, имеющие две и более двойных связей в молекуле, называемые полинасыщенные, в организме не синтезируются и должны поступать с пищей. Для синтеза жира могут быть использованы жирные кислоты - продукты гидролиза пищевого и собственного жиров.

Все участники синтеза жира должны быть в активном виде: глицерин в форме глицерофосфата, а жирные кислоты в форме ацетилкофермента А. Синтез жира осуществляется в цитоплазме клеток (преимущественно жировой ткани, печени, тонкой кишки). Пути синтеза жиров представлены в схеме.

Следует отметить, что глицерин и жирные кислоты могут быть получены из углеводов. Поэтому при избыточном потреблении их на фоне малоподвижного образа жизни развивается ожирение.

Тема 5. Строение и обмен нуклеиновых кислот

1. Строение мононуклеотидов

3. Переваривание нуклеиновых кислот. Катаболизм

4. Синтез нуклеотидов

5. Синтез нуклеиновых кислот

1. Строение мононуклеотидов

По своему строению нуклеиновые кислоты являются полинуклеотидами, состоящими из мононуклеотидов или нуклеотидов.

Нуклеотид сложное органическое соединение, состоящее из трех частей: азотистого основания, углевода и остатков фосфорной кислоты.

Азотистые основания - это гетероциклические органические соединения, относящиеся к двум классам - пурины и пиримидины. Из пуринов в состав нуклеиновых кислот входят аденин и гуанин

А из пиримидинов цитозин, тимин(ДНК) и урацил(РНК) .

Углеводом, входящим в состав нуклеотидов может быть рибоза (РНК) и дезоксирибоза (ДНК)

Азотистое основание, связанное с углеводом называется нуклеозидом.

Фосфорная кислота присоединяется эфирной связью к пятому атому углерода рибозы или дезоксирибозы. Нуклеотиды, входящие в состав нуклеиновых кислот имеют один остаток фосфорной кислоты и называются мононуклеотидами. Однако в клетке встречаются ди- и тринуклеотиды.

Например, нуклеотид, состоящий из аденина, рибозы и одного остатка фосфорной кислоты называется аденозинмонофосфат или АМФ, а из цитозина и одного остатка фосфорной кислоты цитозинмонофосфат или ЦМФ.

2. Строение нуклеиновых кислот

С точки зрения химии нуклеиновые кислоты - нерегулярные полимеры, состоящие из довольно сложно устроенных мономеров, называемых нуклеотидами.

Нуклеиновых кислот в клетках встречается два класса - ДНК и РНК. ДНК - дезоксирибонуклеиновая кислота, а РНК - рибонуклеиновая кислота.

Структура ДНК очень сложна и своеобразна. Каждый нуклеотид, из которого состоит ДНК, состоит из остатков сахара дезоксирибозы, остатка фосфорной кислоты и азотистого основания. Азотистых оснований четыре разновидности: аденин, гуанин, цитозин, и тимин. Нуклеотиды соединены в длинные цепи с помощью фосфорно-диэфирных связей.

В 1953 году исследователи Джеймс Уотсон и Френсис Крик предложили модель, которая объясняла строение молекулы ДНК. Согласно их теории ДНК состоит из двух спиральных цепей, соединенных водородными связями. Азотистые основания обеих цепей находятся внутри спирали и образуют водородные связи. Эти связи соединяют цепи ДНК не случайным образом, а по принципу комплементарности или соответствия. Суть этого принципа в следующем, если в одной цепи стоит тимин, то в противоположной цепи, ему соответствует аденин, а против гуанина всегда стоит цитозин. Это значит, что при удвоении ДНК на каждой из её цепей может быть достроена другая, и вместо одной молекулы получатся сразу две.

Принцип комплементарности лежит в основе всех процессов связанных с реализацией генетической информации: репликации ДНК (удвоения ДНК), транскрипции (синтеза РНК на ДНК матрицах), и трансляции (биосинтеза белка на основе матриц РНК).

На схемах ниже продемонстрирована структура ДНК и принцип комплементарности.

Структура ДНК

Принцип комплементарности

Помимо ДНК в клетках встречаются три разновидности РНК: информационные (и-РНК), транспортные (т-РНК) и рибосомные (р-РНК). Все они отличаются от ДНК рядом особенностей. Во-первых, вместо азотистого основания тимина они содержат урацил. Во-вторых, вместо сахара дезоксирибозы они содержат рибозу. В-третьих, они, как правило, односпиральные.

3. Переваривание и всасывание нуклеиновых кислот. Катаболизм

С пищей в сутки в организм поступает около 1 г нуклеиновых кислот.

Переваривание нуклеиновых кислот происходит в тонком кишечнике. Сначала, поступившие с пищей нуклеиновые кислоты под действием ферментов панкреатического сока - нуклеаз - превращаются в мононуклеотиды. Затем уже под влиянием ферментов тонкого кишечника от мононуклеотидов отщепляется фосфорная кислота, и образуются нуклеозиды. Часть нуклеозидов расщепляется затем на азотистое основание и углевод.

Продукты переваривания нуклеиновых кислот поступают в кровь, а затем в печень и другие органы.

Подобные документы

Результат расщепления и функции белков, жиров и углеводов. Состав белков и их содержание в пищевых продуктах. Механизмы регулирования белкового и жирового обмена. Роль углеводов в организме. Соотношение белков, жиров и углеводов в полноценном рационе.

презентация , добавлен 28.11.2013


Специфические свойства, структура и основные функции, продукты распада жиров, белков и углеводов. Переваривание и всасывание жиров в организме. Расщепление сложных углеводов пищи. Параметры регулирования углеводного обмена. Роль печени в обмене веществ.

курсовая работа , добавлен 12.11.2014


Функции обмена веществ в организме: обеспечение органов и систем энергией, вырабатываемой при расщеплении пищевых веществ; превращение молекул пищевых продуктов в строительные блоки; образование нуклеиновых кислот, липидов, углеводов и других компонентов.

реферат , добавлен 20.01.2009


Обмен белков, липидов и углеводов. Типы питания человека: всеядность, раздельное и низкоуглеводное питание, вегетарианство, сыроедение. Роль белков в обмене веществ. Недостаток жиров в организме. Изменения в организме в результате изменения типа питания.

курсовая работа , добавлен 02.02.2014


Клетка как элементарная единица строения и жизнедеятельности организмов. Молекулярная масса белков, методы ее определения. Классификация белков по степени сложности. Виды нуклеиновых кислот, их биологическая роль. Витамины в питании человека и животных.

контрольная работа , добавлен 17.10.2015


Значение для организма белков, жиров и углеводов, воды и минеральных солей. Белковый, углеводный, жировой обмен организма человека. Нормы питания. Витамины, их роль в обмене веществ. Основные авитаминозы. Роль минеральных веществ в питании человека.

контрольная работа , добавлен 24.01.2009


Роль и значение белков, жиров и углеводов для нормального протекания всех жизненно важных процессов. Состав, структура и ключевые свойства белков, жиров и углеводов, их важнейшие задачи и функции в организме. Основные источники данных пищевых веществ.

презентация , добавлен 11.04.2013


Обмен веществ и энергии как основная функция организма, его основные фазы и протекающие процессы - ассимиляции и диссимиляции. Роль белков в организме, механизм их обмена. Обмен воды, витаминов, жиров, углеводов. Регуляция теплообразования и теплоотдачи.

реферат , добавлен 08.08.2009


Инсулин и глюкагон как регуляторы депонирования и мобилизации углеводов и жиров. Синтез и секреция инсулина. Нарушения метаболизма углеводов и липидов при сахарном диабете. Коматозные состояния как результат нарушения обмена жиров при сахарном диабете.

курсовая работа , добавлен 25.05.2009


Преобразование химической энергии в механическую работу или силу как основная функции мышц, их механические свойства. Применение закона Гука в отношении малых напряжений и деформаций. Механизм мышечного сокращения. Ферментативные свойства актомиозина.

Институт физической культуры (филиал)

ФГБОУ ВО «УралГУФК»

Б1.В.10 СПОРТИВНАЯ БИОХИМИЯ

Учебно-методическое пособие

для практических занятий и самостоятельной работы студентов,

обучающихся по направлению 49.03.01 «Физическая культура»

УДК 577.1 (075)

ББК 28.072 я73

Методические рекомендации для практических занятий и выполнению самостоятельной работы студентов по дисциплине «Спортивная биохимия »/ .- Уфа: Башкирский институт физической культуры (филиал) ФГБОУ ВО «УралГУФК», 2015.- 88 с.

Рецензент: канд. биол. наук., доцент кафедры физических средств

реабилитации –

Предлагаемое издание составлено в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом высшего образования по дисциплине «Спортивная биохимия». Предназначено для подготовки бакалавров по направлению 49.03.01 – «Физическая культура».

В пособии рассмотрены основные темы, связанные с изучением дисциплины «Спортивная биохимия». Содержание каждой темы рассматривается как в теоретическом плане, так и в плане практического использования в процессе самостоятельного изучения дисциплины. Рекомендована литература для более глубокой проработки материала.

© Башкирский институт физической культуры (филиал) ФГБОУ ВО «УралГУФК»

С О Д Е Р Ж А Н И Е

Введение
Темы: 1 и 2.Химический состав мышечной ткани. Ультратонкое строение мышечной клетки. Механизм мышечного сокращения.
Тема 3. Биоэнергетика работающей мышцы
Тема 4. Биохимические изменения в организме при выполнении упражнений различной мощности и продолжительности
Темы 5 и 6. Биохимические основы развития утомления. Биохимические процессы, проходящие в период отдыха
Тема 7. Биохимические основы адаптации к физической нагрузке. Биохимические основы правил построения тренировочного процесса
Тема 8. Биохимические основы скоростно-силовых качеств. Биохимические основы выносливости
Тема 9. Биохимический контроль в спорте

Самостоятельная работа студентов 70

Тема 10. Биохимические основы рационального питания

спортсменов 72

1. введение

Большой удельный вес в современной спортивной практике занимают медико-биологические дисциплины, в частности, биологическая химия . Эффективное управление процессом тренировки не возможно без знания спортивной биохимии и законов регуляции обмена веществ во время выполнения физических упражнений.

В соответствии с требованиями, предъявляемыми к высококвалифицированному специалисту в области физической культуры и спорта, перед студентами, изучающими курс спортивной биохимии, стоят следующие задачи:

Углубление знаний о медико-биологических закономерностях спортивной тренировки, утомления и восстановления после работы;

Ознакомление с основными методами биохимического контроля в спорте;

Иллюстрация основных теоретических положений конкретными практическими работами ;

Приобретение умений, необходимых для работы с научной литературой , позволяющих оперативно использовать информацию для постановки и решения профессиональных задач.

Работу по подготовке к каждому занятию, представленному в данном пособии, целесообразно начинать с внимательного изучения лекционного материала и краткого теоретического введения, объясняющего значение выполняемых работ . Вопросы к занятию акцентируют внимание студентов на ключевых разделах рассматриваемой темы.

Вопросы предлагаемых вариантов домашнего задания включают все разделы соответствующей темы, а их выполнение позволяет закрепить теоретический материал. Для самопроверки усвоения материала в конце каждой темы приводятся вопросы программированного контроля знаний в форме тестов с вариантами ответов, один из которых правильный.

В приложение включены: перечень ключевых терминов по спортивной биохимии, список сокращений.

Список литературы включает библиографию , рекомендованную для более глубокой подготовки по предлагаемым темам.

ТемЫ 1, 2.

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ МЫШЕЧНОЙ ткани.

Ультратонкое строение мышечной клетки.

МЕХАНИЗМ МЫШЕЧНОГО СОКРАЩЕНИЯ

На долю мышечной ткани в организме человека приходится 40-45% веса тела человека. У женщин масса мышц обычно ниже, чем у мужчин, с чем и связаны половые различия в проявлении мышечной силы и уровня физической работоспособности. Мышцы, благодаря сократительной функции, обеспечивают процессы движения. Проявление различных двигательных качеств человека, особенно силы и скорости, зависит от морфологического строения мышц, их химического состава, особенностей протекания в них биохимических процессов, а также от регуляторного воздействия нервной системы.

Мышечное волокно является структурной единицей скелетных мышц, представляя собой большую многоядерную клетку, а точнее – бесклеточное образование – симпласт, которое образуется путём слияния в эмбриональном периоде множества миобластов.

Мембрана мышечной клетки электровозбудима и называется сарколеммой. На сарколемме находятся места контакта с окончаниями двигательных нервов – синапсы (нервно-мышечные соединения). Подобно другим мембранам, сарколемма имеет избирательную проницаемость для различных веществ. Через нее не проходят высокомолекулярные вещества, но проходят вода, глюкоза, молочная и пировиноградная кислоты, аминокислоты, кетоновые тела и некоторые другие низкомолекулярные соединения. Сарколемма имеет также транспортные системы , с помощью которых поддерживается разность концентраций ионов Nа+ и K+, а также Cl- внутри клетки и межклеточной жидкости, что приводит к возникновению на ее поверхности мембранного потенциала. Образование мембранного потенциала действия под влиянием нервного импульса – необходимое условие возбуждение мышечного волокна. На поверхности сарколеммы располагаются извилистые коллагеновые волокна, придающие ей прочность и эластичность. Внутренняя жидкость мышечной клетки называется саркоплазмой. Внутри саркоплазмы находится система продольных и поперечных трубочек мембран, пузырьков, носящая название саркоплазматического ретикулума (СР). СР регулирует концентрацию ионов Са2+ внутри клетки, что непосредственно связано с сокращением и расслаблением мышечного волокна. Как во всякой активно работающей клетке, в мышечном волокне велико число митохондрий. Около 80% объема волокна занимают длинные нити - миофибриллы.

Миофибриллы – это сократительные элементы, количество которых в мышечном волокне может достигать нескольких тысяч. Под микроскопом заметно, что миофибриллы имеют поперечную исчерченность в виде чередующихся темных и светлых участков – дисков. Темные диски отличаются двойным лучепреломлением и называются А-дисками (анизотропными), а светлые диски не обладают двойным лучепреломлением и называются I-дисками (изотропными). В центральной части диска-А имеется светлый участок – Н-зона. В середине диска-I проходит Z-мембрана, которая пронизывает все волокно, как бы удерживая и упорядочивая расположение А - и I-дисков многих миофибрилл. Участок миофибриллы между двумя Z-мембранами называется саркомером. Эта наименьшая функциональная, то есть сократительная единица мышцы. Саркомеры следуют друг за другом вдоль миофибриллы, повторяясь через каждые 1500-2300 нм. В миофибрилле может располагаться несколько сотен саркомеров. От их длины и количества в миофибрилле зависят скорость и сила сокращения мышцы. Большинство мышечных клеток выстраивается так, что их саркомеры располагаются параллельно друг другу, соответственно совпадают А - и I-диски всех мышечных клеток в волокне, что придает покоящейся мышце поперечно-полосатую исчерченность (рис. 1).

По данным электронной микроскопии (рис. 1) миофибриллярные структуры представляют собой агрегаты, состоящие из толстых филаментов около 14 нм и из расположенных между ними тонких филаментов диаметром 7-8 нм. Толстые филаменты или нити находятся в А-дисках и состоят из сократительного белка миозина. Тонкие нити находятся в I-дисках и содержат сократительный белок актин, а также регуляторные белки тропомиозин и тропонин. Филаменты (нити) располагаются таким образом, что тонкие своими концами входят в промежутки между толстыми (рис. 2).

Таким образом, диски-I состоят только из тонких нитей, а диски-А – из нитей двух типов. В состоянии покоя зона Н содержит только толстые филаменты, так как тонкие туда не доходят. Толстые и тонкие нити миофибрилл взаимодействуют между собой в процессе сокращения посредством образования между ними поперечных мостиков.

Типы мышечных волокон и их вовлечение в мышечную деятельность

В скелетных мышцах различают два основных типа мышечных волокон: медленносокращающиеся (МС) или красные и быстросокращающиеся (БС) или белые, отличающихся по сократительным и метаболическим характеристикам (табл. 1).

0 " style="border-collapse:collapse;border:none">

Биохимические исследования в спортивной практике проводятся либо самостоятельно, либо входят в комплексный медико- биологический контроль подготовки спортсменов высокой квалифика-ции.

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ БИОХИМИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ:

Оценка уровня общей и специальной тренированности спортсмена (необходимо отметить, что биохимические исследования более эффек-тивны для характеристики общей тренированности, т. е. физической подготовки спортсмена. Специальная тренированность в значительной мере зависит от технической, тактической и психологической подго-товки спортсмена).

Оценка соответствия применяемых тренировочных нагрузок функциональному состоянию спортсмена, выявление перетренирован-ности.

Контроль протекания восстановления после тренировки.

Оценка эффективности новых методов и средств развития скоростно-силовых качеств, повышения выносливости , ускорения восста-новления и т. п.

Оценка состояния здоровья спортсмена, обнаружение начальных симптомов заболеваний.

МЕТОДЫ БИОХИМИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ

Особенностью проведения биохимических исследований в спорте является их сочетание с физической нагрузкой. Это обусловлено тем, что в состоянии покоя биохимические параметры тренированного спортсмена находятся в пределах нормы и не отличаются от анало-гичных показателей здорового человека.

Однако характер и выражен-ность возникающих под влиянием физической нагрузки биохимиче-ских сдвигов существенно зависят от уровня тренированности и функционального состояния спортсмена. Поэтому при проведении биохимических исследований в спорте пробы для анализа (например, крови или мочи) берут до тестирующей физической нагрузки, во вре-мя ее выполнения, после ее завершения и в разные сроки восстанов-ления.

Физические нагрузки, используемые для тестирования, можно раз-делить на два типа : стандартные и максимальные.

Стандартные физические нагрузки являются строго дозирован-ными. Их параметры определены заранее. При проведении биохи-мического контроля в группе спортсменов (например, игроков од-ной команды, членов одной спортивной секции и т. п.) эти нагрузки должны быть доступными для всех испытуемых и хорошо воспроиз-водимыми.

В качестве таких нагрузок могут использоваться Гарвардский степ- тест, работа на велоэргометре и на других тренажерах, бег на тредбане. При использовании Гарвардского степ-теста (подъем на скамейку вы-сотой 50 см для мужчин и 40 см - для женщин) заранее задаются высо-та скамейки, частота восхождения (высота скамейки и темп выполне-ния нагрузки обусловливают мощность выполняемой работы) и время выполнения этого теста.

При выполнении стандартной работы на велоэргометре и других тренажерах задается усилие, с которым производится вращение педа-лей, или масса отягощения, темп выполнения нагрузки (в случае вело- тренажера - частота вращения педалей) и продолжительность нагрузки.

При работе на тредбане («бегущая дорожка») регламентируются угол наклона дорожки, скорость движения ленты и время, отводимое на выполнения нагрузки.

В качестве стандартной работы можно также использовать цикли-ческие упражнения, такие как бег, спортивная ходьба, гребля, плава-ние, бег на лыжах, езда на велосипеде, бег на коньках и т. п., выпол-няемые всеми испытуемыми с одинаковой скоростью в течение заранее установленного времени или на одной и той же дистанции.

Из всех описанных стандартных нагрузок все же более предпочти-тельна работа на велотренажере, так как в этом случае объем выпол-ненной работы может быть определен с большой точностью и мало за-висит от массы тела испытуемых.

При оценке уровня тренированности с помощью стандартных на-грузок желательно подбирать группы спортсменов примерно одинако-вой квалификации.

Стандартная нагрузка также может быть использована для оценки эффективности тренировок одного спортсмена. С этой целью биохими-ческие исследования данного спортсмена проводятся на разных этапах тренировочного процесса с использованием одних и тех же стандарт-ных нагрузок.

Максимальные, или предельные, физические нагрузки (работа «до отказа») не имеют заранее заданного объема. Они могут выполняться с за-данной интенсивностью в течение максимального времени, возможного для каждого испытуемого, или в течение заданного времени, или на опре-деленной дистанции с максимально возможной мощностью. В этих случа-ях объем нагрузки определяется тренированностью спортсмена.

В качестве максимальных нагрузок можно использовать описанные выше Гарвардский степ-тест, велоэргометрическую пробу, бег на тред-бане, выполняемые «до отказа». «Отказом» следует считать снижение заданного темпа (частоты восхождения на скамейку или вращения пе-далей, скорости бега на тредбане).

Работой «до отказа» также являются соревновательные нагрузки в ряде видов спорта (например, гимнастические и легкоатлетические уп-ражнения, спортивная ходьба, гребля, плавание, велогонки, бег на лы-жах и коньках).

Стандартные и максимальные нагрузки могут быть непрерывными, ступенчатыми и интервальными.

Для оценки общей тренированности (общей физической подготовки - ОФП) обычно используются стандартные нагрузки, неспецифические для данного вида спорта (для исключения влияния технической и так-тической подготовки обследуемых спортсменов). Примером такой не-специфической нагрузки может быть велоэргометрический тест.

Оценка специальной тренированности проводится чаще всего с применением упражнений, свойственных соответствующей спортивной специализации.

Мощность тестирующих нагрузок (стандартных и максимальных) определяется задачами биохимического контроля.

Для оценки анаэробной работоспособности используются нагрузки в зоне максимальной и субмаксимальной мощности. Аэробные воз-можности спортсмена определяются с помощью нагрузок в зоне боль-шой и умеренной мощности.

ОБЩАЯ НАПРАВЛЕННОСТЬ БИОХИМИЧЕСКИХ СДВИГОВ В ОРГАНИЗМЕ ПОСЛЕ ВЫПОЛНЕНИЯ СТАНДАРТНЫХ И МАКСИМАЛЬНЫХ НАГРУЗОК В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УРОВНЯ ТРЕНИРОВАННОСТИ

Биохимические сдвиги, возникающие после выполнения стандарт-ной нагрузки, обычно тем больше, чем ниже уровень тренированности спортсмена. Поэтому одинаковая по объему стандартная работа вызы-вает выраженные биохимические изменения у слабо подготовленных испытуемых и мало влияет на биохимические показатели хорошо тре-нированных атлетов.

Например значительное увеличение содержания в крови лактата после стандартной нагрузки указывает на низкие воз-можности аэробного энергообразования, вследствие чего мышцам пришлось для энергообеспечения выполняемой работы в значительной мере использовать гликолитический ресинтез АТФ. У спортсменов с высоким уровнем тренированности хорошо развито аэробное энерго-обеспечение (тканевое дыхание), и оно при выполнении стандартной нагрузки является основным источником энергии, в связи с чем по-требность в гликолитическом способе образования АТФ мала, что в итоге проявляется лишь незначительным повышением в крови концен-трации лактата.

Водородный показатель (рН);

Щелочной резерв крови;

Концентрация белков плазмы;

Концентрация глюкозы;

Концентрация лактата;

Концентрация жира и жирных кислот;

Концентрация мочевины.

Биологическое значение перечисленных биохимических показате-лей, их величины в покое, а также их изменение под влиянием физиче-ских нагрузок описано выше в главах 12 «Биохимия крови» и 16 «Био-химические сдвиги в организме при мышечной работе».

Необходимо еще раз подчеркнуть, что при интерпретации результа-тов биохимических исследований нужно обязательно учитывать харак-тер выполненной физической работы.

Моча

В связи с возможностью инфицирования при взятии крови (напри-мер, заражение гепатитом или СПИДом) в последнее время объектом биохимического контроля в спорте становится моча.

Для проведения биохимических исследований может быть исполь-зована суточная моча (т. е. моча, собранная в течение суток), а также порции мочи, полученные до и после выполнения физических нагру-зок.

В суточной моче обычно определяют креатининовый коэффици-ент - выделение креатинина с мочой за сутки в расчете на 1 кг мас-сы тела. У мужчин выделение креатинина колеблется в пределах 18-32 мг/сутки-кг, у женщин - 10-25 мг/сутки-кг. Креатининовый коэффициент характеризует запасы креатинфосфата в мышцах и коррелирует с мышечной массой. Поэтому величина креатининового коэффициента позволяет оценить возможности креатинфосфатного ресинтеза АТФ и степень развития мускулатуры. По этому показа-телю можно также оценить динамику увеличения запасов креатин-фосфата и нарастания мышечной массы у отдельных спортсменов в ходе тренировочного процесса.

Для проведения биохимического анализа также используются пор-ции мочи, взятые до и после нагрузки. В этом случае непосредственно перед выполнением тестирующих нагрузок испытуемые должны пол-ностью опорожнить мочевой пузырь, а сбор мочи после нагрузки осу-ществляется через 15-30 мин после ее выполнения. Для оценки течения восстановительных процессов могут быть исследованы порции мочи, полученные на следующее утро после выполнения тестирующей на-грузки.

Исследования, выполненные на кафедре биохимии СПбГАФК им. П.Ф. Лесгафта, выявили четкую корреляцию между изменениями био-химических показателей крови и мочи, вызванными физической рабо-той, причем в моче наблюдался более высокий рост этих показателей. В качестве примера на рис. 22 приведены данные о влиянии велоэрго- метрической нагрузки в зоне большой мощности на показатели сво- боднорадикального окисления - диеновые конъюгаты, ТБК-зависимые продукты, шиффовы основания (см. главу 17 «Молекулярные механиз-мы утомления) и уровень лактата крови и мочи.

До нагрузки

После нагрузки

Мочадиеновые ТБК-зависимые шиффовы основания лактатконъюгаты продукты (усл. ед./л) (мкмоль/л) (усл. ед./мл) (ммоль/л) Рис. 22. Изменение биохимических показателей крови и мочи под влиянием велоэргометрической нагрузкиКак видно из рисунка, для всех исследованных показателей, кроме шиффовых оснований, значительно большие сдвиги под влиянием физической нагрузки обнаруживаются в моче. Например, уровень лактата в крови повысился немногим более чем в 2 раза, в то время как в моче отмечается увеличение содержания лактата в 11 раз.

Это различие может быть обусловлено тем, что в моче во время выполне-ния физических нагрузок происходит постепенное накопление (куму- лирование) поступающих из крови химических соединений, приво-дящее после завершения работы к значительному повышению их со-держания в моче. Кроме того, физические нагрузки вызывают не только изменение содержания в моче ее ингредиентов, но и приводят к появлению в ней веществ, отсутствующих в состоянии покоя, - так называемых патоло-гических компонентов (см. главу 16 «Биохимические сдвиги в организ-ме при мышечной работе»).

В спортивной практике при проведении анализа мочи, полученной до и после выполнения тестирующих нагрузок, обычно определяются следующие физико-химические и химические показатели:

Объем (диурез);

Плотность (удельный вес);

Кислотность (рН);

Сухой остаток;

Мочевина;

Показатели свободнорадикального окисления (диеновые конъюга- ты, ТБК-зависимые продукты, шиффовы основания);

Патологические компоненты (белок, глюкоза, кетоновые тела).

Перечисленные биохимические показатели мочи были подробнорассмотрены в главах 13 «Биохимия почек и мочи» и 16 «Биохимиче-ские сдвиги в организме при мышечной работе». При оценке обнаруженных изменений в порциях мочи после вы-полнения тестирующих нагрузок необходимо исходить из их характе-ра. У хорошо подготовленных спортсменов стандартные нагрузки при-водят к незначительному изменению физико-химических свойств и хи-мического состава мочи. У малотренированных, наоборот, эти сдвиги весьма существенны. После выполнения максимальных нагрузок более выраженные изменения показателей мочи обнаруживаются у спорт-сменов высокой квалификации.

Отдельно следует остановиться на особенностях экскреции мочеви-ны с мочой после завершения мышечной работы. В литературе приво-дятся данные как об увеличении, так и о снижении выделения мочеви-ны после физической нагрузки. Эта противоречивость обусловлена разным временем забора проб мочи. На кафедре биохимии СПбГАФК им. П.Ф. Лесгафта подробно изучена динамика экскреции мочевины после выполнения стандартных нагрузок большой мощности. Оказа-лось, что в порциях мочи, взятых для анализа через 15-30 мин после выполнения нагрузки, содержание мочевины обычно понижено по сравнению с ее экскрецией до начала работы, причем это более выра-жено у слабо подготовленных испытуемых.

Обнаруженное явление можно объяснить тем, что при выполнении работы ухудшается экскре-торная функция почек (в главе 16 «Биохимические сдвиги в организме при мышечной работе» отмечалось, что при выполнении продолжи-тельной физической работы уровень мочевины в крови может возрас-тать в несколько раз, что и является свидетельством уменьшения по-чечной экскреции). В порциях мочи, взятых утром на следующий день после выполнения нагрузки, обнаруживается повышенное по сравне-нию с уровнем покоя содержание мочевины.

Здесь также прослежива-ется зависимость выделения мочевины от уровня тренированности: у малотренированных экскретируются большие количества мочевины, а у спортсменов высокой квалификации ее содержание лишь незначи-тельно превышает дорабочий уровень. В последнее время при анализе мочи все большее применение нахо-дят методы экспресс-диагностики. Эти очень простые методы (в основ-ном с использованием индикаторной бумаги) позволяют в любых усло-виях оперативно проводить исследование мочи, причем это могут де-лать не только специалисты-биохимики, но и тренеры и сами спорт-смены.

С помощью экспресс-методов можно быстро определить в пор-циях мочи концентрацию мочевины, наличие белка, глюкозы, кетоно-вых тел, измерить величину рН. Недостатком экспресс-контроля явля-ется низкая чувствительность используемых методик. К методам экспресс-контроля можно также отнести цветную оса-дочную реакцию по Я.А. Кимбаровскому (ЦОРК). Эта реакция прово-дится следующим образом: к порции исследуемой мочи добавляется раствор азотнокислого серебра. При последующем нагревании выпада-ет окрашенный осадок.

Интенсивность реакции Кимбаровского выра-жается в условных единицах, исходя из цвета и насыщенности окраски полученного осадка, с использованием специальной цветной шкалы. Величины ЦОРК коррелируют с глубиной биохимических и физиоло-гических сдвигов, возникающих под влиянием физической нагрузки, в том числе с изменением содержания мочевины в крови. Поэтому с по-мощью ЦОРК можно косвенно судить о концентрации мочевины в крови.

3,7
3,3
1,2
4,4
4,8
8,5
5,6
0,3

Составил студент 2курса, 4 факультета,

1 группы

Соколов Максим

Москва 2003

1. Задачи, виды

и организация биохимического контроля.

2. Объекты исследования.

3. Основные биохимические показатели состава крови и мочи, их изменение при мышечной деятельности.

4. Биохимический контроль развития систем энергообеспе­чения организма при мышечной деятельности.

5. Биохимический контроль за уровнем тренированности, утомления и восстановления организма спортсмена.

6. Контроль за применением допинга в спорте.

Биохимический контроль в спорте

При адаптации организма к физическим нагрузкам, перетренировке, а также при патологических состоя­ниях в организме изменяется обмен веществ, что приводит к появлению в различных тканях и биологи­ческих жидкостях отдельных метаболитов (продуктов обмена веществ), которые отражают функциональные изменения и могут служить биохимическими тестами либо показателями их характеристики. Поэтому в спорте наряду с медицинским, педагогическим, пси­хологическим и физиологическим контролем исполь­зуется биохимический контроль за функциональным состоянием спортсмена.

В практике спорта высших достижений обычно проводятся комплексные научные обследования спортсменов, дающие полную и объективную инфор­мацию о функциональном состоянии отдельных сис­тем и всего организма, о его готовности выполнять физические нагрузки. Такой контроль на уровне сбор­ных команд страны осуществляют комплексные науч­ные группы (КНГ), в состав которых входит несколько специалистов: биохимик, физиолог, психолог, врач, тренер.

1. Задачи , виды

и организация биохимического контроля

Определение биохимических показателей обмена веществ позволяет решать следующие задачи ком­плексного обследования: контроль за функциональ­ным состоянием организма спортсмена, которое от­ражает эффективность и рациональность выполняе­мой индивидуальной тренировочной программы, наблюдение за адаптационными изменениями ос­новных энергетических систем и функциональной перестройкой организма в процессе тренировки, ди­агностика предпатологических и патологических из­менений метаболизма спортсменов. Биохимический контроль позволяет также решать такие частные задачи, как выявление реакции организма на физические нагрузки, оценка уровня тренированности, адекватности применения фармакологических и других восстанавливающих средств, роли энергетических метаболи­ческих систем в мышечной деятельности, воздействия климатических факторов и др. В связи с этим в практике спорта используется биохими­ческий контроль на различных этапах подготовки спортсменов.

В годичном тренировочном цикле подготовки квалифицированных спортсменов выделяют разные виды биохимического контроля:

Текущие обследования (ТО), проводимые повседневно в соответ­ствии с планом подготовки;

Этапные комплексные обследования (ЭКО), проводимые 3-4 раза
в год;

Углубленные комплексные обследования (УКО), проводимые 2 раза
в год;

Обследование соревновательной деятельности (ОСД).

На основании текущих обследований определяют функциональное состояние спортсмена - одно из основных показателей тренированности, оценивают уровень срочного и отставленного тренировочного эффекта физических нагрузок, проводят коррекцию физических нагрузок в ходе тренировок.

В процессе этапных и углубленных комплексных обследований спорт­сменов с помощью биохимических показателей можно оценить кумулятив­ный тренировочный эффект, причем биохимический контроль дает трене­ру, педагогу или врачу быструю и достаточно объективную информацию о росте тренированности и функциональных системах организма, а также других адаптационных изменениях.

При организации и проведении биохимического обследования особое внимание уделяется выбору тестирующих биохимических показателей: они должны быть надежными либо воспроизводимыми, повторяющимися при многократном контрольном обследовании, информативными, отражающи­ми сущность изучаемого процесса, а также валидными либо взаимосвя­занными со спортивными результатами.

В каждом конкретном случае определяются разные тестирующие био­химические показатели обмена веществ, поскольку в процессе мышечной деятельности по-разному изменяются отдельные звенья метаболизма. Первостепенное значение приобретают показатели тех звеньев обмена ве­ществ, которые являются основными в обеспечении спортивной работо­способности в данном виде спорта.

Немаловажное значение в биохимическом обследовании имеют ис­пользуемые методы определения показателей метаболизма, их точность и достоверность. В настоящее время в практике спорта широко применя­ются лабораторные экспресс-методы определения многих (около 60) раз­личных биохимических показателей в плазме крови с использованием портативного прибора 1Р-400 швейцарской фирмы «Доктор Ланге» или других фирм. К экспресс-методам определения функционального состоя­ния спортсменов относится также предложенный академиком В.Г. Шахба-зовым новый метод определения энергетического состояния человека, в основу которого положены изменения биоэлектрических свойств ядер эпителиальных клеток в зависимости от физиологического состояния организма. Данный

метод позволяет выявить нарушение гомеостаза организма, состояние утомления и другие изменения при мышечной дея­тельности.

Контроль за функциональным состоянием организма в условиях учебно-тренировочного сбора можно осуществлять с помощью специаль­ных диагностических экспресс-наборов для биохимического анализа мочи и крови. Основаны они на способности определенного вещества (глюко­зы, белка, витамина С, кетоновых тел, мочевины, гемоглобина, нитратов и др.) реагировать с нанесенными на индикаторную полоску реактивами и изменять окраску. Обычно наносится капля исследуемой мочи на индика­торную полоску «Глюкотеста», «Пентафана», «Меди-теста» или других диагностических тестов и через 1 мин ее окраска сравнивается с индика­торной шкалой, прилагаемой к набору.

Одни и те же биохимические методы и показатели могут быть исполь­зованы для решения различных задач. Так, например, определение содер­жания лактата в крови используется при оценке уровня тренированности, направленности и эффективности применяемого упражнения, а также при отборе лиц для занятий отдельными видами спорта.

В зависимости от решаемых задач изменяются условия проведения биохимических исследований. Поскольку многие биохимические показате­ли у тренированного и не тренированного организма в состоянии относи­тельного покоя существенно не различаются, для выявления их особен­ностей проводят обследование в состоянии покоя утром натощак (физио­логическая норма), в динамике физической нагрузки либо сразу после нее, а также в разные периоды восстановления.

При обследовании спортсменов применяются различные типы тести­рующих физических нагрузок, которые могут быть стандартными и макси­мальными (предельными).

Стандартные физические нагрузки - это нагрузки, при которых огра­ничиваются количество и мощность выполняемой работы, что обеспечива­ется с помощью специальных приборов - эргометров. Наиболее часто ис­пользуют степэргометрию (восхождение в разном темпе на ступеньку или лестницу разной высоты, например Гарвардский степ-тест), велоэргометрию (фиксированную работу на велоэргометре), нагрузки на тредмиле - движущейся с фиксируемой скоростью ленте. В настоящее время сущес­твуют диагностические комплексы, позволяющие выполнять специальную дозированную физическую нагрузку: плавательный тредмил, гребные эргометры, инерционные велоэргометры и др. Стандартные физические нагрузки способствуют выявлению индивидуальных метаболических раз­личий и используются для характеристики уровня тренированности орга­низма.

Максимальные физические нагрузки применяются при выявлении уровня специальной тренированности спортсмена на разных этапах подго­товки. В данном случае используются нагрузки, наиболее характерные для данного вида спорта. Выполняются они с максимально возможной интен­сивностью для данного упражнения.

При выборе тестируемых нагрузок следует учитывать, что реакция ор­ганизма человека на физическую нагрузку может зависеть от факторов, непосредственно не связанных с уровнем тренированности, в частности от вида тестируемого упражнения, специализации спортсмена, а также от ок­ружающей обстановки, температуры среды, времени суток и др. Выполняя привычную для себя работу, спортсмен может осуществить большой ее объем и добиться значительных метаболических сдвигов в организме. Особенно отчетливо это проявляется при тестировании ана­эробных возможностей, весьма специфичных и в наибольшей степени проявляющихся только при работе, к которой спортсмен адаптирован. Следовательно, для велосипедистов наиболее подходящими являются ве-лоэргометрические тесты, для бегунов - беговые и т. д. Однако это не означает, что для легкоатлетов или спортсменов других видов спорта нельзя использовать велоэргометрические тесты, которые позволяют наиболее точно учитывать объем выполненной работы. Однако велосипе­дисты при велоэргометрическом тестировании будут иметь преимущес­тво по сравнению с представителями других видов спорта той же квали­фикации и специализирующихся в упражнениях, относящихся к той же зоне мощности.

Используемые тестируемые нагрузки, специфические по мощности и продолжительности, должны соответствовать нагрузкам, используемым спортсменом в процессе тренировки. Так, для легкоатлетов-бегунов, спе­циализирующихся на короткие и сверхдлинные дистанции, тестирующие нагрузки должны быть разными, способствующими проявлению их основ­ных двигательных качеств - скорости либо выносливости. Важным усло­вием применения тестируемых физических нагрузок является точное уста­новление их мощности либо интенсивности и длительности.

На результаты исследования влияет также температура окружающей среды, время тестирования и состояние здоровья. Более низкая работо­способность наблюдается при повышенной температуре среды, а также в утреннее и вечернее время. К тестированию, как и к занятиям, спортом, особенно с максимальными нагрузками, должны допускаться только пол­ностью здоровые спортсмены, поэтому врачебный осмотр должен пред­шествовать другим видам контроля. Контрольное биохимическое тестиро­вание проводится утром натощак после относительного отдыха в течение суток. При этом должны соблюдаться примерно одинаковые условия внешней среды, которые влияют на результаты тестирования.

Изменение биохимических показателей под воздействием физических нагрузок зависит от степени тренированности, объема выполненных на­грузок, их интенсивности и анаэробной или аэробной направленности, а также от пола и возраста обследуемых. После стандартной физической нагрузки значительные биохимические сдвиги обнаруживаются у менее тренированных людей, а после максимальных - у высокотренированных. При этом после выполнения специфических для спортсменов нагрузок в условиях соревнования или в виде прикидок в тренированном организме возможны значительные биохимические изменения, которые не характер­ны для нетренированных людей.

2. Объекты исследования

и основные биохимические показатели

Объектами биохимического исследования являются выдыхаемый воздух и биологические жидкости - кровь, моча, слюна, пот, а также мышечная ткань.

Выдыхаемый воздух - один из основных объектов исследования процессов энергетического обмена в организме, использования отдель­ных энергетических источников в энергообеспечении мышечной деятель­ности. В нем определяют количество потребляемого кислорода и выдыха­емого углекислого газа. Соотношение этих показателей в определенной мере отражает интенсивность процессов энергообмена, долю в них ана­эробных и аэробных механизмов ресинтеза АТФ.

Кровь используется как один из наиболее важных объектов биохими­ческих исследований, так как в ней отражаются все метаболические изме­нения в тканевых жидкостях и лимфе организма. По изменению состава крови либо жидкой ее части - плазмы можно судить о гомеостатическом состоянии внутренней среды организма или изменении его при спортив­ной деятельности (табл. 1).

Для многих исследований требуется небольшое количество крови (0,01-0,05 мл), поэтому берут ее из безымянного пальца руки либо из ребра мочки уха. После выполненной физической работы забор крови

ТАБЛИЦА 1. Основные химические компоненты цельной крови и плазмы здоро­ вого взрослого человека

Компоненты крови	Цельная кровь
Сухой остаток (белок крови), %
Общий белок, г л"1
Гемоглобин, г л"1	120-140 (женщины)
	140-160 (мужчины)
Гематокрит, мл 100 мл"1	37-47 (женщины)
	40 - 54 (мужчины)
Глобулины, г л"1
Альбумины, г л"1
Мочевина, ммоль л~1
Мочевая кислота, ммоль л"1
Креатин, ммоль л"1
Креатинин, ммоль л"1
Глюкоза, ммоль л"1
Молочная кислота, ммоль л"1
Пировиноградная кислота, ммоль л~1
Нейтральные жиры, ммоль л"1
Свободные жирные кислоты, ммоль л~1
Холестерин общий, ммоль л""
Кетоновые тела, ммоль л""
Ацетоуксусная кислота, ммоль л~1
Ацетон, ммоль л"1
Лимонная кислота, ммоль л~1
Аскорбиновая кислота, ммоль л"1
Билирубин общий, ммоль л"1
Гормоны (см. главу 8)

При физических нагрузках и воздействии других факторов среды, а также при патологических изменениях обмена веществ или после приме­нения фармакологических средств содержание отдельных компонентов крови существенно изменяется. Следовательно, по результатам анализа крови можно охарактеризовать состояние здоровья человека, уровень его тренированности, протекание адаптационных процессов и др. В последние годы в связи с угрозой заражения СПИДом исследования крови необходи­мо проводить с соблюдением всех предусмотренных мер защиты.

Моча в определенной степени отражает работу почек - основного вы­делительного органа организма, а также динамику обменных процессов в различных органах и тканях. Поэтому по изменению количественного и ка­чественного ее состава можно судить о состоянии отдельных звеньев об­мена веществ, избыточному их поступлению, нарушению гомеостатических реакций в организме, в том числе связанных с мышечной деятельнос­тью. С мочой из организма выводятся избыток воды, многие электролиты, промежуточные и конечные продукты обмена веществ, гормоны, витами­ны, чужеродные вещества (табл. 2). Суточное количество мочи (диурез) в норме в среднем составляет 1,5 л. Мочу собирают в течение суток, что вносит определенные затруднения в проведение исследований. Иногда мочу берут дробными порциями (например, через 2 ч), при этом фиксиру­ют порции, полученные до выполнения физической работы и после нее. Моча не может быть достоверным объектом исследования после кратко временных тренировочных нагрузок, так как сразу после этого весьма сложно собрать необходимое для ее анализа количество.

При различных функциональных состояниях организма в моче могут появляться химические вещества, не характерные для нормы: глюкоза, бе­лок, кетоновые тела, желчные пигменты, форменные элементы крови и др. Определение этих веществ в моче может использоваться в биохимической диагностике отдельных заболеваний, а также в практике спорта для кон­троля эффективности тренировочного процесса, состояния здоровья спортсмена.

ТАБЛИЦА 2 Химический состав

мочи здорового взрослого человека

Компоненты мочи
		ммоль сут "
Органические вещества:
мочевина
аминокислоты
креатинин
мочевая кислота
Неорганические вещества:
фосфор неорганический
кальций (общий)
бикарбонаты		0,5 ммоль л"1
		(при рН 5,6)
азот аммиака

Слюна обычно используется параллельно с

другими биохимическими объектами. В слюне определяют электролиты (N3 и К), активность фер­ментов (амилазы), рН. Существует мнение, что слюна, обладая меньшей, чем кровь, буферной емкостью, лучше отражает изменения кислотно-ще­лочного равновесия организма человека. Однако как объект исследования слюна не получила широкого распространения, поскольку состав ее зави­сит не только от физических нагрузок и связанных с ними изменений внутритканевого обмена веществ, но и от состояния сытости («голодная» или «сытая» слюна).

Пот в отдельных случаях представляет интерес как объект исследова­ния. Необходимое для анализа количество пота собирается с помощью хлопчатобумажного белья или полотенца, которое замачивают в дистилли­рованной воде для извлечения различных компонентов пота. Экстракт вы­паривают в вакууме и подвергают анализу.

Мышечная ткань является очень показательным объектом биохими­ческого контроля мышечной деятельности, однако используется редко, так как образец мышечной ткани необходимо брать методом игольчатой био­ псии. Для этого над исследуемой мышцей делается небольшой разрез кожи и с помощью специальной иглы берется кусочек (проба) мышечной ткани (2-3 мг), которая сразу замораживается в жидком азоте и в даль­нейшем подвергается структурному и биохимическому анализу. В пробах определяют количество сократительных белков (актина и миозина), АТФ-азную активность миозина, показатели энергетического потенциала (со­держание АТФ, гликогена, креатинфосфата), продукты энергетического обмена, электролиты и другие вещества. По их содержанию судят о сос­таве и функциональной активности мышц, ее энергетическом потенциале, а также изменениях, которые происходят при воздействии однократной физической нагрузки или долговременной тренировки.

При биохимическом обследовании в практике спорта используются следующие биохимические показатели:

Энергетические субстраты (АТФ, КрФ, глюкоза, свободные жирные кислоты);

Ферменты энергетического обмена (АТФ-аза, КрФ-киназа, цитохромоксидаза, лактатдегидрогеназа и др.);

Промежуточные и конечные продукты обмена углеводов, липидов и белков (молочная и пировиноградная кислоты, кетоновые тела, мочевина, креатинин, креатин, мочевая кислота, углекислый газ и др.); показатели кислотно-основного состояния крови (рН крови, парци­альное давление СО2, резервная щелочность или избыток буферных осно­ваний и др.);

Регуляторы обмена веществ (ферменты, гормоны, витамины, актива­торы, ингибиторы);

Минеральные вещества в биохимических жидкостях (например, би­карбонаты и соли фосфорной кислоты определяют для характеристики бу­ферной емкости крови);

Анаболические стероиды и другие запрещенные вещества в практи­ке спорта (допинги), выявление которых - задача допингового контроля.

3. Основные биохимические показатели состава крови и мочи, их изменение при мышечной деятельности

Показатели углеводного обмена

Глюкоза. Содержание глюкозы в крови поддерживается на относительно постоянном уровне специальными регуляторными механизмами в пределах 3,3-5,5 ммоль л"1 (80-120 мг%). Изменение ее содержания в крови при мышечной деятельности индивидуально и зависит от уровня тренирован­ности организма, мощности и продолжительности физических упражнений. Кратковременные физические нагрузки субмаксимальной интенсивности могут вызывать повышение содержания глюкозы в крови за счет усиленной мобилизации гликогена печени. Длительные физические нагрузки приводят к снижению содержания глюкозы в крови. У нетренированных лиц это сни­жение более выражено, чем у тренированных. Повышенное содержание глюкозы в крови свидетельствует об интенсивном распаде гликогена пече­ни либо относительно малом использовании глюкозы тканями, а понижен­ное ее содержание - об исчерпании запасов гликогена печени либо интен­сивном использовании глюкозы тканями организма.

По изменению содержания глюкозы в крови судят о скорости аэроб­ного окисления ее в тканях организма при мышечной деятельности и ин­тенсивности мобилизации гликогена печени. Этот показатель обмена уг­леводов редко используется самостоятельно в спортивной диагностике, так как уровень глюкозы в крови зависит не только от воздействия физи­ческих нагрузок на организм, но и от эмоционального состояния челове­ка, гуморальных механизмов регуляции, питания и других факторов.

У здорового человека в моче глюкоза отсутствует, однако может поя­виться при интенсивной мышечной деятельности, эмоциональном возбуж­дении перед стартом и при избыточном поступлении углеводов с пищей (алиментарная глюкозурия) в результате увеличения ее уровня в крови (состояние гипергликемии). Появление глюкозы в моче при физических нагрузках свидетельствует об интенсивной мобилизации гликогена пече­ни. Постоянное наличие глюкозы в моче является диагностическим тестом заболевания сахарным диабетом.

Молочная кислота. Гликолитический механизм ресинтеза АТФ в ске­летных мышцах заканчивается образованием молочной кислоты, которая затем поступает в кровь. Выход ее в кровь после прекращения работы про­исходит постепенно, достигая максимума на 3-7-й минуте после окончания работы. Содержание молочной

кислоты в крови в норме в состоянии относительного покоя составляет 1-1,5 ммоль л"1 (15-30 мг%) и сущес­твенно возрастает при выполнении интенсивной физической работы. При этом накопление ее в крови совпадает с усиленным обра­зованием в мышцах, которое существенно повышается после напряженной кратковременной нагрузки и может достичь около 30 ммоль кг1 массы при изнеможении. Количество молочной кислоты больше в венозной кро­ви, чем в артериальной. С увеличением мощности нагрузки содержание ее в крови может возрастать у нетренированного человека до 5- 6 ммоль л"1, у тренированного - до 20 ммоль л~1 и выше. В аэробной зоне физических нагрузок лактат составляет 2-4 ммоль л~1, в смешанной - 4-10 ммоль л~1, в анаэробной - более 10 ммоль л~1. Ус­ловная граница анаэробного обмена соответствует 4 ммоль лактата в 1 л крови и обозначается как порог анаэробного обмена (ПАНО), или лактатный порог (ЛП). Снижение содержания лактата у одного и того же спортсмена при вы­полнении стандартной работы на разных этапах тренировочного процесса свидетельствует об улучшении тренированности, а повышение - об ухуд­шении. Значительные концентрации молочной кислоты в крови после выпол­нения максимальной работы свидетельствуют о более высоком уровне тренированности при хорошем спортивном результате или о большей ме­таболической емкости гликолиза, большей устойчивости его ферментов к смещению рН в кислую сторону. Таким образом, изменение концентрации молочной кислоты в крови после выполнения определенной физической нагрузки связано с состоя­нием тренированности спортсмена. По изменению ее содержания в крови определяют анаэробные гликолитические возможности организма, что важ­но при отборе спортсменов, развитии их двигательных качеств, контроле тренировочных нагрузок и хода процессов восстановления организма.

Показатели липидного обмена

Свободные жирные кислоты . Являясь структурными компонентами липидов, уровень свободных жирных кислот в крови отражает скорость липолиза триглицеридов в печени и жировых депо. В норме содержание их в крови составляет 0,1-0,4 ммоль л"1 и увеличивается при длительных фи­зических нагрузках.

По изменению содержания СЖК в крови контролируют степень под­ключения липидов к процессам энергообеспечения мышечной деятельнос­ти, а также экономичность энергетических систем или степень сопряжения между липидным и углеводным обменом. Высокая степень сопряжения этих механизмов энергообеспечения при выполнении аэробных нагрузок является показателем высокого уровня функциональной подготовки спорт­смена.

Кетоновые тела . Образуются они в печени из ацетил-КоА при уси­ленном окислении жирных кислот в тканях организма. Кетоновые тела из печени поступают в кровь и доставляются к тканям, в которых большая часть используется как энергетический субстрат, а меньшая выводится из организма. Уровень кетоновых тел в крови в определенной степени отра­жает скорость окисления жиров. Содержание кетоновых тел в крови в нор­ме относительно небольшое - 8 ммоль л~1. При накоплении в крови до 20 ммоль л~1 (кетонемия ) они могут появиться в моче, тогда как в норме в моче кетоновые тела не выявляются. Появление их в моче (кетонурия ) у здоровых людей наблюдается при голодании, исключении углеводов из ра­циона питания, а также при выполнении физических нагрузок большой мощности или длительности. Этот показатель имеет также диагностическое значение при выявлении заболевания сахарным диабетом, тиреотоксикозом.

По увеличению содержания кетоновых тел в крови и появлению их в моче определяют переход энергообразования с углеводных источников на липидные при мышечной активности. Более раннее подключение липидных источников указывает на экономичность аэробных механизмов энер­гообеспечения мышечной деятельности, что взаимосвязано с ростом тре­нированности организма.

Холестерин . Это представитель стероидных липидов, не участвующий в процессах энергообразования в организме. Содержание холестерина в плазме крови в норме составляет 3,9-6,5 ммоль л"1 и зависит от пола (у мужчин выше), возраста (у детей ниже), диеты (у вегетарианцев ниже), двигательной активности. Постоянное увеличение уровня холестерина и его отдельных липопротеидных комплексов в плазме крови служит диаг­ностическим тестом развития тяжелого заболевания - атеросклероза , сопровождающегося поражением кровеносных сосудов. Ус­тановлена зависимость коронарных нарушений от концентрации холесте­рина в крови. При поражении сосудов сердца наблюдается ишемия миокарда или инфаркт, а сосудов мозга - инсульты, сосудов ног - атрофия конечностей. В работах последних лет показано, что выведению из организма чело­века холестерина способствуют пищевые волокна (клетчатка), содержащи­еся в овощах, фруктах, черном хлебе и других продуктах, а также лецитин и систематические занятия физическими упражнениями.

Продукты перекисного окисления липидов ( ПОЛ ). При физических нагрузках усиливаются процессы перекисного окисления липидов и накап­ливаются продукты этих процессов, что является одним из факторов, ли­митирующих физическую работоспособность. Поэтому при биохимичес­ком контроле реакции организма на физическую нагрузку, оценке специ­альной подготовленности спортсмена, выявлении глубины биодеструктив­ных процессов при развитии стресс-синдрома проводят анализ содержа­ния продуктов перекисного окисления в крови: малонового диальдегида, диеновых конъюгатов, а также активность ферментов глутатионпероксидазы, глутатионредуктазы и каталазы.

Фосфолипиды . Содержание фосфолипидов в норме в крови состав­ляет 1,52-3,62 г л~1. Повышение их уровня в крови наблюдается при диабете, заболеваниях почек, гипофункции щитовидной железы и других нарушениях обмена, а понижение - при жировой дистрофии печени, т. е. когда поражаются структуры печени, в которых они синтезируются. Для стимуляции синтеза фосфолипидов и снижения содержания в крови триглицеридов необходимо увеличить потребление с пищей липотропных веществ. Поскольку длительные физические нагрузки сопровождаются жировой дистрофией печени, в спортивной практике иногда используют контроль содержания триглицеридов и фосфолипидов в крови.

Показатели белкового обмена

Гемоглобин . Основным белком эритроцитов крови является гемоглобин, который выполняет кислородтранспортную функцию. Он содержит железо, связывающее кислород воздуха. Концентрация гемоглобина в крови зави­сит от пола и составляет в среднем 7,5-8,0 ммоль л~1 (120-140 г л~1) - у женщин и 8,0-10,0 ммоль л~1 (140-160 г л~1) - у мужчин, а также от степени тренированности. При мышечной деятельности резко повышается потребность организма в кислороде, что удовлетворяется более пол­ным извлечением его из крови, увеличением скорости кровотока, а также постепенным увеличением количества гемоглобина в крови за счет изме­нения общей массы крови. С ростом уровня тренированности спортсме­нов в видах спорта на выносливость концентрация гемоглобина в крови у женщин возрастает в среднем до 130-150 г л"1, у мужчин - до 160- 180 г л~1. Увеличение содержания гемоглобина в крови в определенной степени отражает адаптацию организма к физическим нагрузкам в гипоксических условиях.

При интенсивных тренировках, особенно у женщин, занимающихся циклическими видами спорта, а также при нерациональном питании про­исходит разрушение эритроцитов крови и снижение концентрации гемо­глобина до 90 г л"1 и ниже, что рассматривается как железодефицитная «спортивная анемия». В таком случае следует изменить программу трени­ровок, а в рационе питания увеличить содержание белковой пищи, желе­за и витаминов группы В.

Миоглобин . В саркоплазме скелетных и сердечной мышц находится высокоспециализированный белок, выполняющий функцию транспорта кислорода подобно гемоглобину. Содержание миоглобина в крови в нор­ме незначительное (10-70 нг л~1). Под влиянием физических нагрузок, при патологических состояниях организма он может выходить из мышц в кровь, что приводит к повышению его содержания в крови и появлению в моче (миоглобинурия). Количество миоглобина в крови зависит от объ­ема выполненной физической нагрузки, а также от степени тренирован­ности спортсмена. Поэтому данный показатель может быть использован для диагностики функционального состояния работающих скелетных мышц.

Актин . Содержание актина в скелетных мышцах в качестве структур­ного и сократительного белка существенно увеличивается в процессе тре­нировки. По его содержанию в мышцах можно было бы контролировать развитие скоростно-силовых качеств спортсмена при тренировке, однако определение его содержания в мышцах связано с большими методически­ми затруднениями. Тем не менее после выполненных физических нагрузок отмечается появление актина в крови, что свидетельствует о разрушении либо обновлении миофибриллярных структур скелетных мышц. В крови содержание актина определяют радиоиммуннологическим методом и по его изменению судят о переносимости физических нагрузок, интенсивнос­ти восстановления миофибрилл после мышечной работы.

Альбумины и глобулины . Это низкомолекулярные основные белки плазмы крови. Альбумины составляют 50-60 % всех белков сыворотки крови, глобулины - 35-40 %. Они выполняют разнообразные функции.в организме: входят в состав иммунной системы, особенно глобулины, и за­щищают организм от инфекций, участвуют в поддержании рН крови, транс­портируют различные органические и неорганические вещества, использу­ются для построения других веществ. Количественное соотношение их в сыворотке крови в норме относительно постоянно и отражает состояние здоровья человека. Соотношение этих белков изменяется при утомлении, многих заболеваниях и может использоваться в спортивной медицине как диагностический показатель состояния здоровья.

Мочевина . При усиленном распаде тканевых белков, избыточном пос­туплении в организм аминокислот в печени в процессе связывания токси­ческого для организма человека аммиака (МН3) синтезируется нетоксичес­кое азотсодержащее вещество - мочевина. Из печени мочевина поступа­ет в кровь и выводится с мочой.

Концентрация мочевины в норме в крови каждого взрослого человека индивидуальна - в пределах 3,5-6,5 ммоль л~1. Она может увеличиваться до 7-8 ммоль л~1 при значительном поступлении белков с пищей, до 16- 20 ммоль л~1 - при нарушении выделительной функции почек, а также после выполнения длительной физической работы за счет усиления ката­болизма белков до 9 ммоль л"1 и более.

В практике спорта этот показатель широко используется при оценке переносимости спортсменом тренировочных и соревновательных физи­ческих нагрузок, хода тренировочных занятий и процессов восстановления организма. Для получения объективной информации концентрацию моче­вины определяют на следующий день после тренировки утром натощак. Если выполненная физическая нагрузка адекватна функциональным воз­можностям организма и произошло относительно быстрое восстановление метаболизма, то содержание мочевины в крови утром натощак возвраща­ется к норме (рис.1). Связано это с уравновешиванием скорости синтеза и распада белков в тканях организма, что свидетельствует о его восстановлении. Если содержание мочевины на следующее утро остается выше нормы, то это свидетельствует о недовосстановлении организма ли­бо развитии его утомления.

Обнаружение белка в моче . У здорового человека белок в моче отсут­ствует. Появление его (протеинурия ) отмечается при заболевании почек (нефрозы), поражении мочевых путей, а также при избыточном поступлении белков с пищей или после мышечной деятельности анаэробной направлен­ности. Это связано с нарушением проницаемости клеточных мембран почек из-за закисления среды организма и выхода белков плазмы в мочу.

По наличию определенной концентрации белка в моче после выполне­ния физической работы судят о ее мощности. Так, при работе в зоне боль­шой мощности она составляет 0,5 %, при работе в зоне субмаксимальной мощности может достигать 1,5 %.

Рис . 1

мочевины в крови

гребцов во время

отдыха (1,5 ч, 5 ч и

утром после

тренировочного дня):

1 - полное

восстановление;

2, 3 - разная

недовосстановления

Исходное

мочевины

следующего дня

Креатинин . Это вещество образуется в мышцах в процессе распада креатинфосфата. Суточное выделение его с мочой относительно постоян­но для данного человека и зависит от мышечной массы тела. У мужчин оно составляет 18-32 мг кг"1 массы тела в сутки, у женщин - 10-25 мг кг"1. По содержанию креатинина в моче можно косвенно оценить скорость креатинфосфокиназной реакции, а также содержание мышечной массы тела. По количеству креатинина, выделяемого с мочой, определяют содержание тощей мышечной массы тела согласно следующей формуле:

тощая масса тела = 0,0291 х креатинин мочи (мг сут~1) + 7,38.

Изменение количества тощей массы тела свидетельствует о снижении или увеличении массы тела спортсмена за счет белков. Эти данные важ­ны в атлетической гимнастике и силовых видах спорта.

Креатин . В норме в моче взрослых людей креатин отсутствует. Обна­руживается он при перетренировке и патологических изменениях в мыш­цах, поэтому наличие креатина в моче может использоваться как тест при выявлении реакции организма на физические нагрузки.

В моче у детей раннего возраста креатин постоянно присутствует, что связано с преобладанием его синтеза над использованием в скелетных мышцах.

Показатели кислотно- основного состояния ( КОС) организма

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"1;

ВВ - буферные основания цельной крови либо плазмы (43- 53 мэкв -л"1) - 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"1) - показатель избытка или недостатка буферной емкости (ВВ - ЫВВ = ВЕ).

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 коре-

ТАБЛИЦА 3

Изменение

кислотно - основного

состояния

организма

Примечание . Направление стрелки указывает на повышение или пони­жение показателей

ляционная 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.

Наиболее информативным показателем КОС является величина ВЕ - щелочной резерв, который

увеличивается с повышением квалификации спортсменов, особенно специализирующихся в скоростно-силовых видах спорта. Большие буферные резервы организма являются серьезной пред­посылкой для улучшения спортивных результатов в этих видах спорта.

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 (по Т.Т. Березову и Б.Ф. Коровкину, 1998).

Биологически активные вещества - регуляторы обмена веществ

Ферменты . Особый интерес в спортивной диагностике представляют тка­невые ферменты, которые при различных функциональных состояниях ор­ганизма поступают в кровь из скелетных мышц и других тканей. Такие ферменты называются клеточными , или индикаторными . К ним относятся альдолаза, каталаза, лактатдегидрогеназа, креатинкиназа и др. Для от­дельных клеточных ферментов, например лактатдегидрогеназы скелетных мышц, характерно наличие нескольких форм (изоферментов). Появление в крови индикаторных ферментов или их отдельных изоформ, что связано с нарушением проницаемости клеточных мембран тканей, может использо­ваться при биохимическом контроле за функциональным состоянием спортсмена.

В спортивной практике часто определяют наличие в крови таких тка­невых ферментов процессов биологического окисления веществ, как аль­долаза - фермент гликолиза и каталаза - фермент, осуществляющий восстановление перекисей водорода. Появление их в крови после физи­ческих нагрузок является показателем неадекватности физической нагруз­ки, развития утомления, а скорость их исчезновения свидетельствует о скорости восстановления организма.

После выполненных физических нагрузок в крови могут появляться отдельные изоформы ферментов - креатинкиназы, лактатдегидрогеназы, характерные для какой-то отдельной ткани. Так, после длительных физических нагрузок в крови спортсменов появляется изоформа креатинфосфокиназы, характерная для скелетных мышц; при остром инфар­кте миокарда в крови появляется изоформа креатинкиназы, характерная для сердечной мышцы. Если физическая нагрузка вызывает значитель­ный выход ферментов в кровь из тканей и они долго сохраняются в ней в период отдыха, то это свидетельствует о невысоком уровне трениро­ванности спортсмена, а, возможно, и о предпатологическом состоянии организма.

Гормоны , При биохимической диагностике функционального состоя­ния спортсмена информативными показателями является уровень гормо­нов в крови. Могут определяться более 20 различных гормонов, регулиру­ющих разные звенья обмена веществ. Концентрация гормонов в крови до­вольно низкая и обычно варьируется в пределах от 10~8 до 10~11 моль л~1, что затрудняет широкое использование этих показателей в спортивной ди­агностике. Основные гормоны, которые используются при оценке функци­онального состояния спортсмена, а также их концентрация в крови в нор­ме и направленность изменения при стандартной физической нагрузке представлены в табл. 4.

Величина изменения содержания гормонов в крови зависит от мощ­ности и длительности выполняемых нагрузок, а также от степени трениро­ванности спортсмена. При работе одинаковой мощности у более трениро­ванных спортсменов наблюдаются менее значительные изменения этих показателей в крови. Кроме того, по изменению содержания гормонов в крови можно судить об адаптации организма к физическим нагрузкам, интенсивности регулируемых ими метаболических процессов, развитии процессов утомления, применении анаболических стероидов и других гормонов.

Витамины . Выявление витаминов в моче входит в диагностический комплекс характеристики состояния здоровья спортсменов, их физичес­кой работоспособности. В практике спорта чаще всего выявляют обеспе­ченность организма водорастворимыми витаминами, особенно витами­ном С. В моче витамины появляются при достаточном обеспечении ими организма. Данные многочисленных исследований свидетельствуют о не­достаточной обеспеченности многих спортсменов витаминами, поэтому контроль их содержания в организме позволит своевременно скорректи­ровать рацион питания или назначить дополнительную витаминизацию путем приема специальных поливитаминных комплексов.

Минеральные вещества В мышцах образуется неорганический фосфат в виде фосфорной кислоты (Н3Р04) при реакциях перефосфорилирования в креатинфосфокиназном механизме синтеза АТФ и других процессах. По изменению его концентра­ции в крови можно судить о мощности креатинфосфокиназного механиз­ма энергообеспечения у спортсменов, а также об уровне тренированнос­ти, так как прирост неорганического фосфата в крови спортсменов высо­кой квалификации при выполнении анаэробной физической работы боль­ше, чем в крови менее квалифицированных спортсменов.

Таблица 4. Направленность изменений концентрации гормонов в крови при физических нагрузках.

		Направленность
	Концентрация в крови, нг л"1	изменения концентрации при физических
Адреналин
Глюкагон
Соматотропин
Кортизол
Тестостерон	3-12 (мужчины)
	0,1-0,3 (женщины)
Эстрадиол
Тироксин

4. Биохимический контроль развития систем энергообеспе­ чения организма при мышечной деятельности

Спортивный результат в определенной степени лимитируется уровнем развития механизмов энергообеспечения организма. Поэтому в практике спорта проводится контроль мощности, емкости и эффективности ана­эробных и аэробных механизмов энергообразования в процессе трени­ровки, что можно осуществлять и по биохимическим показателям.

Для оценки мощности и емкости креатинфосфокиназного механизма энергообразования используются показатели общего алактатного кислородного долга, количество креатинфосфата и активность креатинфосфокиназы в мышцах. В тренированном организме эти показатели значитель­но выше, что свидетельствует о повышении возможностей креатинфосфокиназного (алактатного) механизма энергообразования.

Степень подключения креатинфосфокиназного механизма при выпол­нении физических нагрузок можно оценить также по увеличению в крови содержания продуктов обмена КрФ в мышцах (креатина, креатинина и не­органического фосфата) или изменению их содержания в моче.

Для характеристики гликолитического механизма энергообразования часто используют величину максимального накопления лактата в артери­альной крови при максимальных физических нагрузках, а также величину общего и лактатного кислородного долга, значение рН крови и показате­ли КОС, содержание глюкозы в крови и гликогена в мышцах, активность ферментов лактатдегидрогеназы, фосфорилазы и др.

О повышении возможностей гликолитического (лактатного) энерго­образования у спортсменов свидетельствует более поздний выход на мак­симальное количество лактама в крови при предельных физических на­грузках, а также более высокий его уровень. У высококвали­фицированных спортсменов, специализирующихся в скоростных видах спорта, количество лактата в крови при интенсивных физических нагруз­ках может возрастать до 26 ммоль л"1 и более, тогда как у нетренирован­ных людей максимально переносимое количество лактата составляет 5- 6 ммоль -л"1, а 10 ммоль л~1 может привести к летальному исходу при функциональной норме 1-1,5 ммоль-л"1. Увеличение емкости гликолиза сопровождается увеличением запасов гликогена в скелетных мышцах, осо­бенно в быстрых волокнах, а также повышением активности гликолитических ферментов.

Для оценки мощности аэробного механизма энергообразования чаще всего используются уровень максимального потребления кислорода (МПК или ИЭ2тах), время наступления ПАНО, а также показатель кислородтранспортной системы крови - концентрация гемоглобина. Повышение уровня 1/О2тах свидетельствует об увеличении мощности аэробного механизма энергообразования. Максимальное потребление кислорода у взрослых людей, не занимающихся спортом, у мужчин составляет 3,5 л -мин"1, у женщин - 2,0 л мин"1 и зависит от массы тела. У высококвалифициро­ванных спортсменов абсолютная величина 1/О2тах у мужчин может достигать 6-7 л мин"1, у женщин - 4-5 л мин"1.

По длительности работы на уровне ПАНО судят о повышении емкости механизма энергообразования. Нетренированные люди не могут выпол­нять физическую работу на уровне ПАНО более 5-6 мин. У спортсменов, специализирующихся на выносливость, длительность работы на уровне ПАНО может достигать 1-2 ч.

Эффективность аэробного механизма энергообразования зависит от скорости утилизации кислорода митохондриями, что связано прежде все­го с активностью и количеством ферментов окислительного фосфорилирования, количеством митохондрий, а также от доли жиров при энергообра­зовании. Под влиянием интенсивной тренировки аэробной направленнос­ти увеличивается эффективность аэробного механизма за счет увеличения скорости окисления жиров и увеличения их роли в энергообеспечении ра­боты.

5. Биохимический контроль за уровнем тренированности , утомления и восстановления организма спортсмена

Уровень тренированности в практике биохимического контроля за функци­ональным состоянием спортсмена оценивается по изменению концентра­ции лактата в крови при выполнении стандартной либо предельной физической нагрузки для данного контингента спортсменов. О более высоком уровне тренированности свидетельствуют меньшее накопление лактата (по сравнению с нетренированными) при выполнении стандартной нагрузки, что связано с увеличением доли аэробных механизмов в энергообеспечении этой работы;

Большее накопление молочной кислоты при выполнении предельной работы, что связано с увеличением емкости гликолитического механизма энергообеспечения;

Повышение ПАНО (мощность работы, при которой резко возрастает уровень лактата в крови) у тренированных лиц по сравнению с нетрениро­ванными;

Более длительная работа на уровне ПАНО;

Меньшее увеличение содержания лактата в крови при возрастании
мощности работы, что объясняется совершенствованием анаэробных про­цессов и экономичностью

энерготрат организма;

Увеличение скорости утилизации лактата в период восстановления после физических нагрузок.

С увеличением уровня тренированности спортсменов в видах спорта на выносливость увеличивается общая масса крови: у мужчин - от 5-6 до 7-8 л, у женщин - от 4-4,5 до 5,5-6 л, что приводит к увеличению концен­трации гемоглобина до 160-180 г л"1 - у мужчин и до 130-150 г л"1 - у женщин.

Контроль за процессами утомления и восстановления, которые явля­ются неотъемлемыми компонентами спортивной деятельности, необходим для оценки переносимости физической нагрузки и выявления перетрени­рованности, достаточности времени отдыха после физических нагрузок, эффективности средств повышения работоспособности, а также для ре­шения других задач.

Утомление , вызванное физическими нагрузками максимальной и суб­максимальной мощности, взаимосвязано с истощением запасов энергети­ческих субстратов (АТФ, КрФ, гликогена) в тканях, обеспечивающих этот вид работы, и накоплением продуктов их обмена в крови (молочной кис­лоты, креатина, неорганических фосфатов), поэтому и контролируется по этим показателям. При выполнении продолжительной напряженной рабо­ты развитие утомления может выявляться по длительному повышению уровня мочевины в крови после окончания работы, по изменению компо­нентов иммунной системы крови, а также по снижению содержания гормо­нов в крови и моче.

В спортивной диагностике для выявления утомления обычно опреде­ляют содержание гормонов симпато-адреналовой системы (адреналина и продуктов его обмена) в крови и моче. Эти гормоны отвечают за степень напряжения адаптационных изменений в организме. При неадекватных функциональному состоянию организма физических нагрузках наблюдает­ся снижение уровня не только гормонов, но и предшественников их син­теза в моче, что связано с исчерпанием биосинтетических резервов эн­докринных желез и указывает на перенапряжение регуляторных функций организма, контролирующих адаптационные процессы.

Для ранней диагностики перетренированности, скрытой фазы утом­ления используется контроль за функциональной активностью иммунной системы. Для этого определяют количество и функциональную актив­ность клеток Т- и В-лимфоцитов: Т-лимфоциты обеспечивают процессы клеточного иммунитета и регулируют функцию В-лимфоцитов; В-лимфоциты отвечают за процессы гуморального иммунитета, их функциональ­ная активность определяется по количеству иммуноглобулинов в сыво­ротке крови.

Определение компонентов иммунной системы требует специальных условий и аппаратуры. При подключении иммунологического контроля за функциональным состоянием спортсмена необходимо знать его исходный иммунологический статус с последующим контролем в различные перио­ды тренировочного цикла. Такой контроль позволит предотвратить срыв адаптационных механизмов, исчерпание иммунной системы и развитие инфекционных заболеваний спортсменов высокой квалификации в перио­ды тренировки и подготовки к ответственным соревнованиям (особенно при резкой смене климатических зон).

Восстановление организма связано с возобновлением количества израсходованных во время работы энергетических субстратов и других веществ. Их восстановление, а также скорость обменных процессов происходят не одновременно (см. главу 18). Знание времени восстановле­ния в организме различных энергетических субстратов играет большую роль в правильном построении тренировочного процесса. Восстановле­ние организма оценивается по изменению количества тех метаболитов углеводного, липидного и белкового обменов в крови или моче, которые существенно изменяются под влиянием тренировочных нагрузок. Из всех показателей углеводного обмена чаще всего исследуется скорость ути­лизации во время отдыха молочной кислоты, а также липидного обмена - нарастание содержания жирных кислот и кетоновых тел в крови, которые в период отдыха являются главным субстратом аэробного окисления, о чем свидетельствует снижение дыхательного коэффициен­та. Однако наиболее информативным показателем восстановления орга­низма после мышечной работы является продукт белкового обмена - мочевина. При мышечной деятельности усиливается катаболизм ткане­вых белков, способствующий повышению уровня мочевины в крови, поэтому нормализация ее содержания в крови свидетельствует о восста­новлении синтеза белка в мышцах, а следовательно, и восстановлении организма.

6. Контроль за применением допинга в спорте

В начале XX ст. в спорте для повышения физической работоспособнос­ти, ускорения процессов восстановления, улучшения спортивных резуль­татов стали широко применять различные стимулирующие препараты, включающие гормональные, фармакологические и физиологические, - так называемые допинги. Использование их не только создает неравные условия при спортивной борьбе, но и причиняет вред здоровью спорт­смена в результате побочного действия, а иногда являются причиной ле­тального исхода. Регулярное применение допингов, особенно гормо­нальных препаратов, вызывает нарушение функций многих физиологи­ческих систем:

Сердечно-сосудистой;

Эндокринной, особенно половых желез (атрофия) и гипофиза, что приводит к нарушению детородной функции, появлению мужских вторич­ных признаков у женщин (вирилизация) и увеличению молочных желез у мужчин (гинекомастия);

Печени, вызывая желтухи, отеки, циррозы;

Иммунной, что приводит к частым простудам, вирусным заболеваниям;

Нервной, проявляющейся в виде психических расстройств (агрессив­ность, депрессия, бессонница);

Прекращение роста трубчатых костей, что особенно опасно для рас­тущего организма, и др.

Многие нарушения проявляются не сразу после использования допин­гов, а спустя 10-20 лет или в потомстве. Поэтому в 1967 г. МОК создал медицинскую комиссию (МК), которая определяет список запрещенных к использованию в спорте препаратов и ведет антидопинговую работу, ор­ганизовывает и проводит допингконтроль на наличие в организме спорт­смена запрещенных препаратов. Каждый спортсмен, тренер, врач коман­ды должен знать

запрещенные к использованию препараты.

Классификация допингов

К средствам, которые используются в спорте для повышения спортивного мастерства, относятся: допинги, допинговые методы, психологические ме­тоды, механические факторы, фармакологические средства ограниченно­го использования, а также пищевые добавки и вещества.

К средствам, которые причиняют особый вред здоровью и подверга­ются контролю, относятся допинги и допинговые методы (манипуляции).

По фармакологическому действию допинги делятся на пять классов: 1 - психостимуляторы (амфетамин, эфедрин, фенамин, кофеин, кокаин и др.); 2 - наркотические средства (морфин, алкалоиды-опиаты, промедол, фентанил и др.); 3 - анаболические стероиды (тестостерон и его произ­водные, метан-дростенолон, ретаболил, андродиол и многие другие), а также анаболические пептидные гормоны (соматотропин, гонадо-тропин, эритропоэтин); 4 - бета-блокаторы (анапримин (пропранолол), окспренолол, надолол, атенолол и др.); 5 - диуретики (новурит, дихлоти-азид, фуросемид (лазикс), клопамид, диакарб, верошпирон и др.).

Допинги являются биологически активными веществами, выделен­ными из тканей животных или растений, получены синтетически, как и их аналоги. Многие допинги входят в состав лекарств от простуды, гриппа и других заболеваний, поэтому прием спортсменом лекарств должен согла­совываться со спортивным врачом во избежание неприятностей при допингконтроле.

К допинговым методам относятся кровяной допинг, различные мани­пуляции (например, подавление процесса овуляции у женщин и др.).

Биологическое действие в организме отдельных классов допингов разнообразно. Так, психостимуляторы повышают спортивную деятель­ность путем активации деятельности ЦНС, сердечно-сосудистой и дыха­тельной систем, что улучшает энергетику и сократительную активность скелетных мышц, а также снимают усталость, придают уверенность в сво­их силах, однако могут привести к предельному напряжению функций этих систем и исчерпанию энергетических ресурсов. Наркотические вещества подавляют болевую чувствительность, так как являются сильными анальге­тиками, и отдаляют чувство утомления. Анаболические стероиды усили­вают процессы синтеза белка и уменьшают их распад, поэтому стимули­руют рост мышц, количества эритроцитов, способствуя ускорению адап­тации организма к мышечной деятельности и процессов восстановления, улучшению композиционного состава тела. Бета-блокаторы противодей­ствуют эффектам адреналина и норадреналина, что как бы успокаивает спортсмена, повышает адаптацию к физическим нагрузкам на выносли­вость. Диуретики, или мочегонные средства усиливают выведение из ор­ганизма солей, воды и некоторых химических веществ, что способствует снижению массы тела, выведению запрещенных препаратов.

Следует отметить, что среди рассмотренных классов допинга наибо­лее часто применяются анаболические стероиды. В тяжелой атлетике, па-уэрлифтинге, бодибилдинге их применяют около 90 % мужчин и 20 % женщин. В других видах спорта они используются в меньшей степени (78 % - футболисты, 40 % - спринтеры). При этом используемые дозы могут многократно превышать рекомендуемые (5-10 мг) и достигать 300 мг и даже 2 г.

Задачи , объекты и метолы лопингконтроля

Задачей допингконтроля является выявление возможного использования допинговых веществ и допинговых методов спортсменами на соревно­ваниях и в процессе тренировки, применение к виновным специальных санкций.

Допингконтроль проводится во время Олимпийских игр, чемпионатов мира и Европы, а в последнее время - и на менее крупных соревновани­ях либо даже в период тренировки (по решению международных спортив­ных организаций). Назначается допинговый контроль медицинской комис­сией МОК или НОК, а проводится аккредитованными МОК специальными лабораториями, обычно той страны, в которой проводятся соревнования. Допинглаборатории существуют при биохимических или других институ­тах, оснащенных современной аппаратурой.

В последнее время в качестве основного объекта контроля использу­ется проба мочи , поскольку это неинвазивный объект и собрать можно не­ограниченный объем. Образец мочи должен составлять не менее 100 мл с рН 6,5. Забор мочи производят в присутствии эксперта МК МОК. Собран­ная проба делится на две части и на холоду доставляется в центр допин­гового контроля.

С целью обнаружения применения кровяного допинга используют об­разцы венозной крови.

Для выявления допинговых веществ в моче или крови спортсмена при­меняются высокочувствительные методы биохимического анализа, так как концентрация этих веществ незначительна. К таким методам относятся: газовая хроматография , масс - спектрометрия , жидкостная хроматография , флюоресцентный иммунный анализ . При этом следует использовать не менее двух методов.

Хотя методы допингконтроля высокочувствительны, в настоящее вре­мя затруднения вызывает выявление анаболических пептидных гормонов (соматотропина, эритропоэтина и др.), а также применение кровяного до­пинга.

Литература:

1. Биохимия: Учебник для институтов физической культуры/ Под ред. В.В. Меньшикова, Н.И. Волкова.- М.: Физкультура и спорт, 1986. – 384 с.

2. Рогозкин В.А. Биохимическая диагностика в спорте. – Л.: Наука, 1988. – 50 с.

3. Хмелевский Ю.В., Усатенко О.К. Основные биохимические константы в норме и при патологии. – Киев: Здоров’я, 1984. – 120 с.

4. Физиологическое тестирование спортсменов высокого класса/ Под ред. Дж. Дункана МакДауэла, Говарда Э. Уэнгера, Говарда Дж. Грина. – Киев:Олимпийская литература,1998. – 430 с.

5. Н.И. Волков, Э.Н. Несен, А.А. Осипенко, С.Н. Корсун, Олимпийская литература, 2000. – 502 с.