Биохимические процессы утомления и восстановления

1.

Характеристика процессов
утомления и восстановления в
спорте.
Автор-составитель :
Проф. Е.О. Данченко
ВГУ имени П.М. Машерова

2.

Основные показатели кислородного
обеспечения организма
• Потребление кислорода – количество О2,
поглощенное организмом в течение
определенного отрезка времени (обычно в
течение 1 мин).
• В покое и при умеренной мышечной
деятельности, т. е. когда ресинтез АТФ
основывается только на аэробных процессах
(окислительное фосфорилирование),
потребление О2 соответствует кислородному
запросу организма.

3.

• По мере увеличения интенсивности
деятельности (например, при повышении
мощности мышечной работы) для достаточно
эффективного ресинтеза АТФ включаются
анаэробные процессы.
• В основном это связано с тем, что
окислительное фосфорилирование
относительно медленный процесс и он не
успевает при напряженной мышечной
деятельности обеспечить достаточную
скорость ресинтеза АТФ.

4.

• Поэтому необходима активация более
быстрых анаэробных процессов.
• После окончания работы возникает
необходимость поддерживать
потребление О2 в течение определенного
отрезка времени на повышенном уровне,
чтобы ресинтезировать затраченные
количества креатинфосфата и устранить
молочную кислоту.

5.

• «Кислородный долг» - количество
кислорода, которое необходимо
дополнительно потребить после
окончания работы, чтобы за счет
окислительного фосфорилирования
покрыть расходы анаэробных
энергетических процессов.
• Кислородный запрос при работе =
потребление О2 во время работы +
кислородный долг

6.

• Кислородный долг включает два компонента:
а) алактатный кислородный долг — это
количество О2, которое необходимо затратить
для ресинтеза АТФ и КФ и пополнения
тканевого резервуара кислорода (кислород,
связанный в мышечной ткани с миоглобином);
б) лактатный кислородный долг — это
количество О2, которое необходимо для
устранения накопленной во время работы
молочной кислоты.

7.

• Устранение молочной кислоты заключается
в окислении одной ее части до Н2О и СО2 и
в ресинтезе гликогена из остальной части.
• Алактатный кислородный долг устраняется
на первых минутах после окончания
работы.
• Устранение лактатного кислородного долга
может продолжаться 30 мин и больше.

8.

Биохимическая характеристика различных
видов спортивной деятельности по зонам
относительной мощности работы
С ориентацией на мощность и расход энергии
установлены следующие зоны относительной
мощности в циклических видах спорта:
1. Максимальная степень мощности:
продолжительность работы от 20 до 25 секунд
(бег на 100 и 200 метров; плавание на 50
метров; велогонка на 200 метров)

9.

2. Субмаксимальная степень мощности:
продолжительность работы при таких нагрузках
от 25 секунд до 3-5 минут (бег на 400, 800, 100,
1500 м; плавание на 100, 200, 400 м; бег на
коньках на 500, 1500, 300 м; велогонки на 300,
1000, 2000, 3000, 4000 м).
3. Большая степень мощности:
продолжительность работы от 3-5 мин до 30 мин
(бег на 2, 3, 5, 10 км; плавание на 800, 1500 м;
бег на коньках на 5, 10 км; велогонки на 100 км и
более)

10.

4. Умеренная степень мощности:
продолжительность работы достигает свыше 30
мин (бег на 15 км и более; спортивная ходьба
на 10 км и более; бег на лыжах на 10 км и
более, а также велогонки на 100 км и более.

11.

12.

Зона максимальной мощности
• В её пределах может выполняться работа, требующая
предельно быстрых движений.
• Высвобождение энергии максимально.
• Кислородный запас в единицу времени самый большой,
потребление организмом кислорода незначительно.
• Работа мышц совершается почти полностью за счёт
бескислородного (анаэробного) распада веществ.
• Практически весь кислородный запрос организма
удовлетворяется уже после работы, т.е. запрос во
время работы почти равен кислородному долгу.

13.

• Дыхание незначительно: на протяжении 10 – 20
секунд, в течение которых совершается работа
спортсмен либо не дышит, либо делает несколько
коротких вдохов.
• После финиша его дыхание ещё долго усиленно, в это
время погашается кислородный долг.
• Из-за кратковременности работы кровообращение не
успевает усилиться, частота сердечных сокращений
значительно возрастает к концу работы.
• Однако минутный объём крови увеличивается
ненамного, потому что не успевает вырасти
систолический объём сердца.

14.

Зона субмаксимальной мощности
• В мышцах протекают не только анаэробные
процессы, но и процессы аэробного окисления,
доля которых увеличивается к концу работы из-за
постепенного усиления кровообращения.
• Интенсивность дыхания также всё время
возрастает до самого конца работы.
• Процессы аэробного окисления хотя и возрастают
на протяжении работы, всё же отстают от
процессов бескислородного распада.

15.

• Прогрессирует кислородная задолженность.
• Кислородный долг к концу работы больше, чем
при максимальной мощности.
• В крови происходят большие химические сдвиги в
кислотно-щелочном и водно-солевом равновесии.

16.

Зона большой мощности
• Интенсивность дыхания и кровообращения успевает
уже в первые минуты работы возрасти до очень
больших величин, которые сохраняются до конца
работы.
• Возможности аэробного окисления более высоки,
однако они всё же отстают от анаэробных процессов.
• Сравнительно большой уровень потребления
кислорода несколько отстаёт от кислородного запроса
организма, поэтому накопление кислородного долга
всё же происходит.
• К концу работы он будет значителен. Значительны и
сдвиги в составе крови и мочи.

17.

Зона умеренной мощности
• Работа умеренной мощности характеризуется
устойчивым состоянием, с чем связано
усиление дыхания и кровообращения
пропорционально интенсивности работы и
отсутствие накопления продуктов анаэробного
распада.
• При многочасовой работе наблюдается
значительный общий расход энергии, что
уменьшает углеводные ресурсы организма.

18.

• В развитии утомления различают скрытое
(преодолеваемое) утомление, при котором
сохраняется высокая работоспособность,
поддерживаемая волевым усилием.
• Экономичность двигательной деятельности в
этом случае падает, работа выполняется с
большими энергетическими затратами.
• Это компенсируемая форма утомления.

19.

• При дальнейшем выполнении работы
развивается некомпенсированное (полное)
утомление.
• Главный признак - снижение
работоспособности.
• Угнетаются функции надпочечников,
снижается активность дыхательных
ферментов, происходит вторичное усиление
процессов анаэробного гликолиза.

20.

Классификация видов утомления
Виды
Умственное
Сенсорное
Эмоциональное
Физическое
Проявления
Наблюдается при игре в
шахматы, у спортсменовстрелков при напряженной
функции анализаторов
Эмоции - неразлучные
спутники спортивной
деятельности
Отмечается в результате
напряженной мышечной
деятельности

21.

В работающих мышцах при утомлении
происходит:
1) исчерпание запасов энергетических
субстратов (АТФ, креатинфосфат - КФ,
гликоген)
2) накапливаются продукты распада (молочная
кислота, кетоновые тела)
3) отмечаются резкие сдвиги внутренней среды
организма.

22.

• Запасы АТФ в мышцах незначительны,
их едва хватает на 1 с напряженной
мышечной работы.
• Запасов креатинфосфата (КФ),
используемого для ресинтеза АТФ при
работе максимальной интенсивности,
хватает всего на 6-8 с.

23.

• Снижение скорости ресинтеза АТФ может
явиться причиной наступающего
утомления.
• В скелетной мышце человека после
максимальной кратковременной работы до
отказа концентрация креатинфосфата
падает почти до нуля, а концентрация АТФ примерно до 60-70% значения в состоянии
покоя.

24.

• В состоянии утомления снижается
концентрация АТФ в нервных клетках и
нарушается синтез ацетилхолина в
синаптических образованиях
• Нарушается деятельность ЦНС по
формированию двигательных импульсов и
передаче их к работающим мышцам;
• Замедляется скорость переработки сигналов,
поступающих от рецепторов;
• В моторных центрах развивается
охранительное торможение, связанное с
образованием гамма-аминомасляной кислоты.

25.

Регуляция мышечной работы
При утомлении в процессе выполнения
физических нагрузок угнетается деятельность
желез внутренней секреции, что ведёт к
уменьшению выработки гормонов и снижению
активности ряда ферментов.
Это сказывается на:
1) миофибриллярной АТФ-азе, контролирующей
преобразование химической энергии в
механическую работу. При снижении скорости
расщепления АТФ в миофибриллах
автоматически уменьшается и мощность
выполняемой работы.

26.

2) уменьшается активность ферментов
аэробного окисления и нарушается сопряжение
реакций окисления с ресинтезом АТФ.
3) для поддержания необходимого уровня АТФ
происходит вторичное усиление гликолиза,
сопровождающееся закислением внутренних
сред и нарушением гомеостаза.
4) усиливающийся катаболизм белковых
соединений сопровождается повышением
содержания мочевины в крови.

27.

• Длительная максимальная физическая
нагрузка приводит к увеличению
образования в мышечных клетках
молочной кислоты, диффундирующей
затем в кровь и вызывающей изменения
кислотно-щелочного равновесия.
• Снижение рН внутренней среды влияет на
активность ряда ферментов, которая
максимальна в слабощелочной среде (рН =
7,35 - 7,40).

28.

• Снижение рН в процессе физической
нагрузки приводит к уменьшению
активности многих ферментов.
• У спортсменов величина рН может
составлять 6,9 и ниже (после нагрузки
высокой интенсивности в течение 40-60 с).

29.

Течение восстановительных
процессов в организме
спортсменов после выполнения
тренировочных нагрузок
различного характера

30.

Закономерности течения восстановительных
процессов
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.

31.

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

32.

Повторные физические нагрузки могут вести к
развитию двух противоположных состояний:
1) если каждая последующая нагрузка
приходится на ту фазу восстановления, в
которой организм достиг исходного состояния,
то развивается состояние тренированности,
возрастают функциональные возможности
организма;
2) если же работоспособность ещё не
вернулась к исходному состоянию, то новая
нагрузка вызывает противоположный процесс хроническое истощение.

33.

• В зависимости от общей направленности
биохимических сдвигов в организме и
времени, необходимом 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
оплате образовавшегося долга; отставленное
восстановление распространяется на многие
часы отдыха после работы.

34.

Время, необходимое для завершения восстановления
различных биохимических процессов в период отдыха
после напряженной мышечной работы
Процессы
Время
восстановления
Восстановление О2-запасов в организме
10-15 с
Восстановление алактатных анаэробных
резервов в мышцах
2-5 мин
Оплата алактатного О2 долга
3-5 мин
Устранение молочной кислоты
0,5-1,5 ч
Оплата лактатного О2 долга
0,5-1,5 ч
Ресинтез внутримышечных запасов гликогена
12-48 ч
Восстановление запасов гликогена в печени
12-48 ч
Усиление индуктивного синтеза ферментных и
структурных белков
12-72 ч

35.

• Интенсивность протекания восстановительных
процессов и сроки восполнения
энергетических запасов организма зависят от
интенсивности их расходования во время
выполнения упражнения (правило В.А.
Энгельгартда)
• Интенсификация процессов восстановления
приводит к тому, что в определенный момент
отдыха после работы запасы энергетических
веществ превышают их дорабочий уровень.

36.

• Это явление получило название
суперкомпенсации, или сверхвосстановления.
• Протяженность фазы суперкомпенсации во
времени зависит от общей продолжительности
выполнения работы и глубины вызываемых ею
биохимических сдвигов в организме.
• Важным фактором, определяющим характер
восстановительных процессов, является возраст.
• У детей восстановительный период после
определенных мышечных нагрузок короче, чем у
взрослых.

37.

Биохимический контроль в
спорте

38.

Задачи при обследовании спортсменов
1. Отбор и допуск к тренировкам (занятиям
физической культурой) и соревнованиям;
2. Оценка реакции организма на тренировочные и
соревновательные нагрузки;
3. Определение состояния тренированности
(физической работоспособности);
4. Выявление признаков непереносимости
повышенных физических нагрузок, перетренировки;
5. Оценка степени и скорости восстановления;
6. Выявление нарушений обмена
предрасполагающих к заболеваниям, по
обоснованию направленности занятий физической
культурой для их профилактики.

39.

Объекты биохимических исследований
Наиболее важными объектами биохимических
исследований в спорте являются пробы крови
(сыворотки крови) и мочи, слюна и пот как
объект исследования не получили широкого
распространении.

40.

• В последнее время все большее распространение
получает использование проб мышечной ткани
(методы биопсии), в которых определяют
количество сократительных белков (актина и
миозина), АТФ-азную активность миозина,
показатели энергетического потенциала мышц
(содержание АТФ, гликогена, креатинфосфата).
• Анализ тканей наиболее прямо характеризует
изменения химизма и обмена, которые произошли
в мышце или другом органе, однако такие
исследования проводят редко из-за сложности
забора проб.

41.

Классификация биохимических показателей
по функциональному значению
1. Содержание источников энергии (питательных
веществ): глюкозы, триглицеридов, жирных
кислот, свободных аминокислот.
2. Промежуточные продукты обмена:
органические кислоты (наиболее часто молочная
кислота, пировиноградная), кетоновые тела и др.
3. Состояние кислотно-щелочного равновесия: рН
крови, парциальное давление СО2, резервная
щелочность, дефицит оснований крови и др.

42.

4. Состояние окислительных процессов
оценивают по определению парциального
давления О2, насыщение крови кислородом, и
состав недоокисленных продуктов обмена
крови и мочи.
Наиболее простым методом оценки
кислородной емкости крови (у здоровых людей)
является определение концентрации
гемоглобина, а также его общего количества.

43.

5. Состояние белкового обмена оценивают,
определяя содержание общего белка и
белковых фракций сыворотки крови,
концентрации в крови и выделение с мочой
конечных продуктов белкового обмена
(мочевина, аммиак, креатинин, креатин,
мочевая кислота).
6. Для оценки функции эндокринной системы и
совершенства регуляции обмена определяют
гормоны и их метаболиты, биологически
активные вещества (гистамин, серотонин).

44.

7. Определение активности ряда ферментов, в
частности, креатинфосфокиназы,
лактатдегидрогеназы, аминотрансфераз
(аланиновая или аспарагиновая) и др. в крови.
8. Состояние минерального и водного обмена
оценивают, определяя минеральные вещества.

45.

Патологические (ненормальные) вещества, к
ним относят, обычные вещества организма,
которые обнаруживаются в других
биологических жидкостях. Например,
миоглобин при его обнаружении в крови и моче.
Белок, глюкоза, в повышенном количестве
кетоновые тела в моче также относятся к
патологическим веществам.

46.

При анализе мочи исследуют следующие
биохимические показатели:
• объем;
• плотность;
• кислотность (рН);
• сухой остаток;
• лактат;
• мочевину;
• показатели свободно-радикального окисления;
• патологические компоненты: белок, глюкоза,
кетоновые тела.

47.

• Особенности обмена веществ у спортсменов
можно выявить лишь в динамике, изучая
реакцию организма на ту или иную
физическую нагрузку.
• Несмотря на большое многообразие
возможных вариантов физических нагрузок их
можно разделить на две группы:
1) стандартизированные нагрузки;
2) максимальные нагрузки.

48.

• Изложенные выше биохимические показатели,
используемые с целью биохимического
контроля в спорте, дают объективную
информацию о функциональном состоянии
спортсменов в различные периоды
тренировочного процесса, но выполнение
анализов возможно при наличии
биохимических лабораторий.

49.

• Поэтому рекомендуется на базах, не имеющих
биохимических лабораторий и для самоконтроля
спортсменов пользоваться простым и доступным
в исполнении комплексом биохимических методов
экспресс диагностики, которые позволяют в любой
момент получить ориентировочные объективные
данные о функциональном состоянии спортсмена.
• Комплексное использование ряда методов
биохимической экспресс - диагностики
представляет определенную ценность
биохимического контроля, который является
составной частью современного систематического
контроля.