БИОХИМИЯ ЧЕЛОВЕКА - Л. В. Капилевич - 2016

ЧАСТЬ 1. СПОРТИВНАЯ БИОХИМИЯ

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ УТОМЛЕНИЯ, ВОССТАНОВЛЕНИЯ И АДАПТАЦИИ К ФИЗИЧЕСКОЙ РАБОТЕ

В физиологии принято различать понятия утомление и усталость. Утомление - состояние организма, возникающее вследствие работы и объективно характеризующееся снижением работоспособности; усталость - это субъективная сторона проявления утомления, психическое переживание, связанное с утомлением, чувство утомления.

Развитие охранительного (запредельного) торможения

Утомление организма при мышечной работе прежде всего связано с утомлением центральной нервной системы, так как интенсивная мышечная деятельность является в то же время и интенсивной деятельностью нервных центров. Последняя в результате длительной напряженной работы нарушается. Выражением этого нарушения является изменение нормального взаимоотношения процессов возбуждения и торможения, причем тормозной процесс начинает преобладать. В результате расстраивается нормальное течение рефлекторных процессов, нарушаются регуляция вегетативных функций и координация движений, двигательный аппарат постепенно приходит в недеятельное состояние.

Нервная система наиболее чувствительна к изменениям внутренней среды. Такие факторы утомления, как накопление в крови продуктов работы клеток, уменьшение содержания в крови сахара, недостаток при некоторых условиях кислорода в крови, понижают работоспособность организма не прямо, а главным образом опосредствованно - через центральную нервную систему.

Работа, связанная с преодолением сверхдлинных дистанций в различных видах спорта, совершается длительное время, в течение которого нервные центры постепенно утомляются. Интенсивная деятельность сердечно-сосудистой и дыхательной систем в течение длительного срока приводит к снижению функциональных свойств их нервных регуляторных аппаратов. Таким образом, понижение работоспособности организма при длительной нагрузке, обусловленное расстройством деятельности соответствующих нервных центров, связано и с постепенным изменением функций кровообращения и дыхания.

Важным фактором утомления при напряженной работе умеренной мощности (бег и плавание на сверхдлинные дистанции, лыжные переходы и т. п.) следует считать снижение концентрации сахара в крови - гипогликемию. Уменьшение количества сахара в крови является сигналом начинающегося существенного изменения внутренней среды организма и в то же время причиной развития компенсаторных реакций по мобилизации углеводов из депо и по превращению в углеводы жиров и белков, а в дальнейшем и причиной такого изменения деятельности центральной нервной системы, которое может привести к полному прекращению работы. Прием углеводов (50-100 г сахара) при длительной работе оказывает положительное влияние на функциональное состояние центральной нервной системы, повышая тем самым работоспособность организма, снижая утомление или отдаляя время его острого развития.

Помимо уменьшения концентрации сахара в крови, в развитии утомления при длительной напряженной работе может играть роль нарушение теплорегуляции. Потоотделение, если оно не сопровождается испарением пота с поверхности тела или одежды, не ведет к увеличению теплоотдачи. Отставание же теплоотдачи от уровня теплопродукции при мышечной работе приводит к повышению температуры тела, что может отрицательно повлиять на работоспособность (если повышение температуры значительно). Особенно это может иметь место при высокой влажности среды и малой проницаемости одежды.

Напряженная деятельность нервных центров при мышечной работе большой мощности быстрее приводит к их истощению, чем при работе умеренной мощности. Также быстрее, чем при работе умеренной мощности, снижается работоспособность органов дыхания и кровообращения.

Работа большой мощности совершается в условиях ложного устойчивого состояния. Потребление кислорода достигает максимальной величины, на которую способен организм (до 4,5-5 л у хорошо тренированного человека), и в то же время значительно отстает от кислородного запроса. Следовательно, работа выполняется в условиях недостатка кислорода, и кислородный долг во время работы неуклонно увеличивается. Следствием этого является накопление в организме недоокисленных продуктов. Таким образом, существенными факторами утомления при выполнении работы большой мощности являются растущая кислородная задолженность и связанное с ней накопление в организме недоокисленных продуктов, что приводит к угнетению деятельности нервных центров.

Утомление при работе максимальной и субмаксимальной мощности в первую очередь связано с изменением функционального состояния центральной нервной системы. Мышечные сокращения большой частоты и силы вызываются интенсивной деятельностью нервных центров. В то же время центральная нервная система подвергается воздействию мощного потока идущих от периферии двигательного аппарата центростремительных проприоцептивных импульсов. В результате этого в нервных центрах развивается состояние парабиотического торможения, функциональная подвижность их понижается, что исключает возможность воспроизведения центробежных импульсов в первоначальном ритме, и движения бегуна, пловца и т. д. замедляются, «сковываются».

Механизмы восстановления после мышечной работы

Еще И. П. Павловым был вскрыт ряд закономерностей течения восстановительных процессов, не потерявших значения в настоящее время.

1. В работающем органе наряду с процессами разрушения и истощения происходит процесс восстановления, он наблюдается не только после окончания работы, но уже и в процессе деятельности.

2. Взаимоотношения истощения и восстановления определяются интенсивностью работы; во время интенсивной работы восстановительный процесс не в состоянии полностью компенсировать расход, поэтому полное возмещение потерь наступает позднее, во время отдыха.

3. Восстановление израсходованных ресурсов происходит не до исходного уровня, а с некоторым избытком (явление избыточных компенсаций).

Взгляды И. П. Павлова развил его ученик Ю. В. Фольборт (1951), который заключил, что повторные физические нагрузки могут вести к развитию двух противоположных состояний: если каждая последующая нагрузка приходится на ту фазу восстановления, в которой организм достиг исходного состояния, то развивается состояние тренированности, возрастают функциональные возможности организма; если же работоспособность еще не вернулась к исходному состоянию, то новая нагрузка вызывает противоположный процесс - хроническое истощение. Постепенное исчезновение явлений утомления, возвращение функционального статуса организма и его работоспособности к дорабочему уровню либо превышение последнего соответствует периоду восстановления. Продолжительность этого периода зависит от характера и степени утомления, состояния организма, особенностей его нервной системы, условий внешней среды. В зависимости от сочетания перечисленных факторов восстановление протекает в различные сроки: от минут до нескольких часов или суток при наиболее напряженной и длительной работе.

В зависимости от общей направленности биохимических сдвигов в организме и времени, необходимого для их возвращения к норме, выделяются два типа восстановительных процессов: срочное и отставленное. Срочное восстановление распространяется на первые 0,5-1,5 часа отдыха после работы; оно сводится к устранению накопившихся за время упражнения продуктов анаэробного распада и восполнению образовавшегося кислородного долга. Отставленное восстановление распространяется на многие часы отдыха после работы. Оно заключается в усиливающихся процессах пластического обмена и реставрации нарушенного во время упражнения ионного и эндокринного равновесия в организме. В период отставленного восстановления завершается возвращение к норме энергетических запасов организма, усиливается синтез разрушенных при работе структурных и ферментных белков. В целях рационального чередования нагрузок необходимо учитывать скорость протекания восстановительных процессов в организме спортсменов после отдельных упражнений, их комплексов, занятий, микроциклов.

Отличительной особенностью протекания восстановительных процессов после тренировочных и соревновательных нагрузок является неодновременное (гетерохронное) возвращение после проделанной тренировочной нагрузки различных показателей к исходному уровню.

Синтез гликогена протекает в мышцах и в печени из глюкозы, поступающей в организм с пищей. Предельное время восстановления в организме запасов гликогена - 24-36 ч.

Синтез жиров осуществляется в жировой ткани из пищи. Для восполнения запасов жира необходимо не более 36-48 ч.

Синтез белков в основном идет в мышечной ткани. Часть аминокислот (незаменимых) обязательно должна поступать с пищей. Максимальное время синтеза белков - 48-72 ч.

Отставленное восстановление также включает и восстановление (репарацию) поврежденных внутриклеточных структур. Это касается миофибрилл, митохондрий, различных клеточных мембран. По времени это самый длительный процесс, он требует до 72-96 ч.

Методы ускорения восстановления

В практике наиболее часто используется деление восстановительных средств на три основные группы, комплексное использование которых и составляет систему восстановления: педагогические, медико-биологические и психологические.

Педагогические средства можно считать наиболее действенными, поскольку, какие бы эффективные медико-биологические и психологические ни применяли, они могут рассматриваться только как вспомогательные, содействующие ускорению восстановления и повышению спортивных результатов только при рациональном построении тренировки. Для достижения адекватного возможностям организма тренировочного эффекта необходимо:

✵ рациональное планирование тренировки, т. е. соответствие нагрузок функциональным возможностям организма;

✵ рациональное сочетание общих и специальных средств;

✵ оптимальное построение тренировочных и соревновательных микро-, макро- и мезоциклов;

✵ широкое использование переключений деятельности спортсмена;

✵ введение восстановительных микроциклов;

✵ использование тренировки в среднегорье и высокогорье;

✵ рациональное построение общего режима жизнедеятельности;

✵ правильное построение отдельного тренировочного занятия, создание эмоционального фона тренировки;

✵ индивидуально подобранная разминка и заключительная часть занятий;

✵ использование активного отдыха и расслабления.

В спортивной тренировке помимо педагогических широко используются и медико-биологические средства восстановления, к числу которых относятся: рациональное питание, физио- и гидропроцедуры; различные виды массажа; прием белковых препаратов, спортивных напитков; использование бальнеотерапии, локального отрицательного давления (ЛОД, баровоздействие), бани-сауны, оксигенотерапии, кислородных коктейлей, адаптогенов и препаратов, влияющих на энергетические процессы, электростимуляции, аэронизации и др. Действие этих средств направлено на восполнение затраченных при нагрузке энергетических и пластических ресурсов организма, восстановление витаминного баланса, микроэлементов, терморегуляции и кровоснабжения, повышение ферментной и иммунной активности и тем самым не только облегчение естественного течения процессов восстановления, но и повышение защитных сил организма, его устойчивости по отношению к действию различных неблагоприятных и стрессовых факторов. Кроме всего вышеуказанного к медико-биологическим средствам восстановления специалисты относят сбалансированное питание, фармакологические препараты (исключая запрещенные) и витамины. Большое значение имеет соблюдение гигиенического режима дня, последовательное чередование его составляющих (сон, питание, работа, спортивные занятия).

Для управления психическим состоянием и снятия нервно- психического напряжения спортсменов специалисты рекомендуют следующие средства: внушение, сон-отдых, аутогенную тренировку, психорегулирующую тренировку, активирующую терапию, приемы мышечной релаксации, специальные дыхательные упражнения, комфортные условия быта с введением отвлекающих факторов и исключением отрицательных эмоций, разнообразные виды интересного досуга с учетом индивидуальных наклонностей спортсмена, особенно при комплектовании команд в предсоревновательном периоде и др.

Биохимические закономерности адаптации к мышечной работе

Адаптация организма к постоянно изменяющимся условиям среды (внешним и внутренним) - безостановочно происходящий процесс приспособления организма к данным изменениям, призванный сохранять в нем гомеостатическое равновесие. В данном разделе будет рассмотрена адаптация организма спортсмена к мышечной работе, так как в ее проявление существенный вклад вносят биохимические механизмы.

Общепринятым определением такой адаптации является следующее. Адаптация к мышечной работе - это структурно-функциональная перестройка организма, позволяющая спортсмену выполнять физические нагрузки большей мощности и продолжительности, развивать более высокие мышечные усилия по сравнению с нетренированным человеком.

Срочная (экстренная) адаптация

Срочная адаптация - это ответ организма на однократное воздействие тренировочной нагрузки, выражающийся в «аварийном» приспособлении к изменившемуся состоянию внутренней среды. Ответ этот сводится преимущественно к изменениям в энергетическом обмене и к активации высших нервных центров, ответственных за регуляцию энергетического обмена.

К основным изменениям катаболических процессов, приводящих к усилению энергообеспечения физических нагрузок, можно отнести следующие:

✵ ускорение распада гликогена в печени с образованием свободной глюкозы (стимулируется адреналином);

✵ усиление аэробного и анаэробного окисления мышечного гликогена, обеспечивающее выработку большого количества АТФ под влиянием адреналина;

✵ повышение скорости тканевого дыхания в митохондриях. Это происходит по двум причинам. Во-первых, увеличивается снабжение митохондрий кислородом, во-вторых, повышается активность ферментов тканевого дыхания;

✵ увеличение мобилизации жира из жировых депо под влиянием симпатической нервной системы и адреналина;

✵ повышение скорости окисления жирных кислот и образования кетоновых тел;

✵ замедление анаболических процессов затрагивает в первую очередь синтез белков и вызывается глюкокортикоидами.

Долговременная (хроническая) адаптация

Что же касается долговременной адаптации, то она формируется постепенно на основе многократной реализации срочной адаптации путем суммирования следов повторяющихся нагрузок.

Можно выделить следующие основные направления долговременной адаптации:

✵ повышение скорости восстановительных процессов, особенно ускорение синтеза белков и нуклеиновых кислот;

✵ увеличение содержания внутриклеточных органоидов - миофибрилл, митохондрий, саркоплазматической сети, в конечном счете эти изменения вызывают мышечную гипертрофию;

✵ совершенствование механизмов нервно-гормональной регуляции, при этом возрастают синтетические возможности эндокринных желез, что позволяет при выполнении физических нагрузок дольше поддерживать в крови высокий уровень гормонов, обеспечивающих мышечную деятельность;

✵ развитие резистентности к биохимическим сдвигам. Это касается устойчивости организма к повышению кислотности, вызванному накоплением лактата. Предполагается, что нечувствительность к росту кислотности у адаптированных спортсменов обусловлена образованием у них молекулярных форм белков, сохраняющих свои биологические функции при пониженных значениях pH.

Срочная и долговременная адаптация оказывают друг на друга взаимное влияние. Срочная адаптация приводит к возникновению в организме глубоких биохимических и функциональных сдвигов, которые запускают механизмы долговременной адаптации. А долговременная адаптация увеличивает возможности срочной адаптации. Такое взаимодействие срочной и долговременной адаптаций постепенно ведет к росту работоспособности спортсмена.

Тренировочный эффект

В спортивной практике для оценки влияния тренировочного процесса на формирование адаптации к мышечной работе используются три разновидности тренировочного эффекта: срочный, отставленный и кумулятивный.

Срочный тренировочный эффект характеризует срочную адаптацию. По своей сути срочный тренировочный эффект представляет собой биохимические сдвиги в организме спортсмена, вызываемые процессами, составляющими срочную адаптацию. Эти сдвиги фиксируются во время выполнения физической нагрузки и в течение срочного восстановления.

Отставленный тренировочный эффект представляет собой биохимические изменения, возникающие в организме спортсмена в ближайшие дни после тренировки, т. е. в период отставленного восстановления. Главным проявлением отставленного тренировочного эффекта является суперкомпенсация веществ, используемых во время физической работы. К ним прежде всего следует отнести мышечные белки, креатинфосфат, гликоген мышц и печени.

Кумулятивный тренировочный эффект отражает биохимические сдвиги, постепенно накапливающиеся в организме спортсмена в процессе длительных тренировок. В частности, кумулятивным эффектом можно считать прирост в ходе длительных тренировок показателей срочного и отставленного эффектов.

Кумулятивный эффект обладает специфичностью, его проявление в большей мере зависит от характера тренировочных нагрузок.

Вопросы для самоконтроля

1. Почему возникает утомление с биологической точки зрения?

2. К чему приводит развитие охранительного торможения в головном мозге?

3. В чем отличие локальной и общей усталости?

4. За счет чего можно снизить усталость?

5. Назовите причины возникновения охранительного торможения.

6. Какие процессы происходят в организме в период срочного восстановления?

7. Какие биохимические процессы являются основными при отставленном восстановлении?

8. За какое время восполняются запасы белка в организме?

9. В чем заключается суть явления суперкомпенсации?

10. От чего зависит высота суперкомпенсации?

11. Какие медико-биологические методы используются для ускорения процессов восстановления?

12. Какие психологические методы используются для ускорения процессов восстановления?

13. Существуют ли разрешенные лекарственные препараты, ускоряющие восстановление организма?

14. Каким образом осуществляется поддержание энергетических ресурсов в организме человека при выполнении продолжительной физической работы?

15. Какие два вида адаптации выделяют?

16. Когда происходят процессы срочной адаптации?

17. Чем регулируется процесс адаптации?

18. Какие процессы происходят в период срочной адаптации?

19. Какие процессы происходят в период долговременной адаптации?

20. К чему в конечном итоге приводит хроническая адаптация?

21. Какие выделяют виды тренировочного эффекта?