Тема 6.3 Общие закономерности и особенности обмена веществ при занятиях
Физической культурой
План изучения темы
1. Две стороны обмена веществ – ассимиляция и диссимиляция.
2. Кортикальная регуляция обмена веществ при выполнении спортивных упражнений.
Краткое изложение теоретических вопросов:
Процесс обмена веществ имеет две стороны:
ассимиляция (assimile – уподобляю, лат.) – процесс синтеза сложных органических веществ из более простых компонентов, поступающих в клетку извне, с использованием внутренней энергии клетки;
диссимиляция(di – два; здесь – другой способ, лат.) – процесс распада сложных органических веществ самой клетки до более простых компонентов (впоследствии выводимых наружу) с выделением энергии.
Разновидности ассимиляции и диссимиляции
Разновидности ассимиляции (в зависимости от исходных веществ):
ассимиляция автотрофная – если поступающие в биотическую систему вещества минеральные (например, у растений).
ассимиляция гетеротрофная – если эти вещества органические (например, у животных или у грибов); данной разновидности ассимиляции может предшествовать подготовительный процесс: пищеварение (у животных), хотя он может и отсутствовать (у грибов).
Разновидности диссимиляции (в зависимости от конечных продуктов):
брожение– разновидность, при которой происходит неполный распад исходных веществ (до органических составляющих, еще способных к дальнейшему распаду с выделением энергии); брожение у разных форм может протекать как в присутствии кислорода (в аэробной среде), так и в его отсутствие (в анаэробных условиях),
дыхание – разновидность, осуществляемая только при участии кислорода, при которой происходит полный распад исходных веществ (до минеральных компонентов); дыханию всегда предшествует брожение.
Популяции организмов, отличающиеся по характеру обмена веществ, играют разную роль в экосистемах. Характер обмена веществ определяет потребности организма и его требования к среде обитания.
Биохимические изменения в организме при мышечной деятельности
Биохимические изменения в организме связаны со следующими факторами:
1) Обеспечение клеток кислородом
2) Интенсивность расходования и восстановления АТФ
3) Преобладающий тип восстановления АТФ
4) Процесс, который выигрывает конкуренцию за источник энергии
5) Активность нервной и эндокринной системы
6) Характер и мощность мышечной системы
В зависимости от степени удовлетворение организма кислородом по мере выполнения мышечной работы различают следующие состояния:
1) Истинно-устойчивое состояние (потребность в кислороде полностью удовлетворяется, работа осуществляется за счёт аэробных процессов)
2) Неустойчивое состояние (потребность в кислороде возрастает по мере выполнения работы). Работа осуществляется за счёт аэробных и анаэробных процессов).
3) Ложно-устойчивое состояние (потребность в кислороде достигается за счёт НПК 100-200 м.). Работа осуществляется за счёт аэробных процессов.
Ресинтез АТФ за счёт макроэргических фосфорных соединений, образующихся в процессе мышечной деятельности, также может осуществляться двумя путями:
1)путём гликолитического фосфорилирования.
2)путём дыхательного фосфорилирования.
Гликолитическое фосфорилирование, подобно креатинкиназной и миокиназной реакциям, является анаэробным путём ресинтеза АТФ. Ресинтез АТФ гликолитическим фосфорилированием является преобладающим при спортивных упражнениях максимальной интенсивности (бег на 100, 200, 400, 800м.), когда имеет место резкое несоответствие между сильно возросшей потребностью организма в кислороде и ограниченными возможностями её удовлетворения.
Однако гликолиз имеет и недостатки, заключающиеся в его малой энергетической эффективности и в том, что не полное окисление глюкозы приводит к накоплению в организме недоокисленных продуктов кислотного характера-молочной и пировиноградной кислот.
Дыхательное фосфорилирование, в цикл аэробного окисления, сопряженного с фосфорилированием, могут вовлекаться не одни углеводы, а широкий круг веществ (углеводы, липиды, продукты дезаминирования аминокислот).
Во-вторых, дыхательное фосфорилирование энергетически во много раз эффективнее, а следовательно, экономнее гликолитического.
В-третьих, конечными продуктами аэробного окисления являются вода-вещество, не вызывающее резких изменений во внутренней среде организма, а летучая углекислота, легко из него удаляется.
Ресинтез АТФ при мышечной деятельности может осуществляться как в ходе реакции, идущих без кислорода, так и за счёт окислительных превращений в клетках, связанных с потреблением кислорода. В обычных условиях Ресинтез АТФ происходит в основном путём аэробных превращений, но при напряженной мышечной деятельности, когда доставка кислорода к мышцам затруднена, в тканях одновременно усиливаются и анаэробные процессы ресинтеза АТФ. В скелетных мышцах человека выявлено три вида анаэробных процессов, в ходе которых возможен Ресинтез АТФ:
· Креатин-фосфокиназная реакция (фосфогенный или алактатный анаэробный процесс), где Ресинтез АТФ происходит за счёт перефосфорилирования между креатинфосфатом и АДФ;
· Миокиназная реакция, при которой Ресинтез АТФ осуществляется за счёт дефосфорилирования определённой части АДФ;
· Гликолиз (лактацидный анаэробный процесс), где Ресинтез АТФ осуществляется по ходу ферментативного анаэробного расщепления углеводов, заканчивающего образованием молочной кислоты.
Для количественной оценки процессов анаэробного и аэробного преобразования энергии при мышечной деятельности используются три основных критерия:
- Критерии мощности, оценивающий скорость преобразования энергии в данном процессе;
- Критерии емкости, отражающий общие запасы энергетических веществ или количество освобождаемой энергии и выполненной работы;
- Критерии эффективности, который показывает соотношение между энергией, затраченной на Ресинтез АТФ, и общим количеством энергии, выделенной в ходе данного процесса.
Анаэробные и аэробные процессы преобразования энергии заметно различаются по мощности, емкости и эффективности. По этим параметрам анаэробные процессы имеют преимущество при выполнении кратковременных упражнений высокой интенсивности, а аэробные - при длительной работе умеренной интенсивности.
Энергетическое обеспечение мышечной деятельности в зависимости от её характера и длительности.
При переходе от состояния относительного покоя к интенсивной мышечной деятельности потребность организма в кислороде возростает во много раз. Однако сразу же эта повышенная потребность не может быть удовлетворена, так нужно известное время для того, чтобы усилилась деятельность систем дыхания и кровообращения и чтобы кровь, обогащенная кислородом, смогла дойти до работающих мышц. Поэтому начало всякой интенсивной работы происходит в условиях неудовлетворенной потребности организма в кислороде (кислородный дефицит).
Если работа совершается с максимальной интенсивностью и длится короткое время, то поглощение кислорода не успевает во время работы достигнуть максимальной величины. При этом потребность в кислороде так велика, что даже и максимально возможное поглощение кислорода не могло бы удовлетворить её. Чем меньше интенсивность работы и больше длительность, тем лучшие условия создаются для удовлетворения потребности организма в кислороде.
При работе умеренной интенсивности может установиться соответствие между потребностью организма в кислороде и фактическим его потреблением, так называемое, устойчивое состояние. Однако устойчиво состояние возможно только при работе постоянной умеренной интенсивности. Всякое увеличение мощности работы по ходу её (успокоения, спурты) приводит к повышению потребности в кислороде, которая сразу же не может быть удовлетворена. В этих случаях также временно возникают несоответствие между потребностью в кислороде и её удовлетворением, т.е. кислородная задолженность и аэробные условия, которые ликвидируются лишь при возвращении к работе прежней интенсивности.
При более длительной интенсивной работе всё в большей степени используется гликолиз. Интенсивная работа длительностью более 5-10 сек. всегда сопровождается повышением содержания молочной железы в крови, образующейся в мышцах в результат быстрого протекающего процесса гликолиза. Наибольших величин оно достигает при выполнении упражнений максимальной и субмаксимальной интенсивности. (бег на 100, 200, 400м).
При выполнении упражнений средней и умеренной интенсивности, но большей длительности ресинтеза АТФ за счёт креатинфосфата и гликолиза имеет место лишь в начале работы, а затем постепенно сменяется дыхательным фосфорилированием. Содержание молочной кислоты в крови, повысившееся в начале работы, по мере её продолжения постепенно снижается, а к кону работы может достигать даже нормально уровня, так как молочная кислота в процессе подвергает аэробному окислению до углекислоты и воды, а частично используется для ресинтеза углеводов.
При работе различной интенсивности и длительности в качестве субстратов, окисляемых дл ресинтеза АТФ, используются различные вещества в зависимости от степени снабжения организма кислородом. В условиях аэробного гликолитического ресинтеза АТФ расщепляется преимущественно находящийся в мышцах гликоген, содержание которого по мере продолжения работы снижается. Свободная глюкоза, приносимая к мышцам кровью, используется при этом мало. Для вовлечения в процесс гликолиза требуется её фосфорилирование, происходящее с участием АТФ. Содержание АТФ, расходуемое на энергетическое обеспечение мышечных сокращений, в этих условиях снижено. Расходование же гликогена в этих условиях происходит без затруднений, так как для образования из него гексозофосфорных эфиров требуется неограниченная фосфорная кислота, содержание которой в мышцах даже повышенно вследствие расщепления АТФ.