Биохимические основы спортивной тренировки

1. БИОХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СПОРТИВНОЙ ТРЕНИРОВКИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение
высшего образования
Российский химико-технологический университет им. Д.И.
Менделеева
БИОХИМИЧЕСКИЕ
Факультет естественных наук
ОСНОВЫ
СПОРТИВНОЙ ТРЕНИРОВКИ

2. План лекции:

1.Биоэнергетика мышечной деятельности и биохимические
основы работоспособности
2. Биохимические сдвиги в организме при мышечной работе
3. Молекулярные механизмы утомления
4. Биохимические закономерности восстановления после
мышечной работы
5. Биохимические закономерности адаптации к мышечной
работе
2

3. Метаболическая карта человека

1) повышение запасов энергетических ресурсов как в скелетных мышцах, так и в других
тканях и органах;
2) расширение потенциальных возможностей ферментных систем;
3) совершенствование механизмов регуляции обмена веществ с участием нервной и
эндокринной систем.
Наиболее важными факторами, лимитирующими физическую
работоспособность человека, являются его биоэнергетические возможности.3

4. Временные интервалы, необходимые для нормализации биохимических процессов

5. Энергетические запасы организма человека в норме

Источник энергии
Энергетическ
ая ценность,
кДж/г
Концентрация
в ткани
Масса
ткани
Запас
энергии,
кДж
Гликоген скелетных
мышц
17
18 г/кг
28 кг
8440
Гликоген печени
17
70 г/кг
2 кг
2345
Глюкоза крови
17
1 г/кг
5л
84
Триглицериды
жировой ткани
38
900 г/кг
10 кг
339000
Триглицериды мышц
38
9 г/кг
28 кг
9496
Триглицериды и
свободные ВЖК крови
38
1 г/л
5л
188

6. Химический состав мышечной ткани

• 72-80% - вода
• 16-21% - белки (миоглобин –
белок, по строению и
функции подобный
гемоглобину, но обладающий
большим сродством к
кислороду).
• 4-7% - органические (АТФ, Кф,
гликоген) и минеральные
вещества (К, Na, Mg, Ca).
6

7.

1.Биоэнергетика мышечной
деятельности
и
биохимические основы
работоспособности
7

8. Биоэнергетика мышечной деятельности

!!! Мышцы в состоянии
покоя у взрослого человека
потребляют около 10% от
всего кислорода,
поступающего в организм
(при интенсивной работе – до
60%)
АТФ – универсальная
энергетическая валюта клеток
(в мышцах в покое концентрация
5ммоль/л, время жизни – 1-2 с)
Ресинтез АТФ (образование АТФ в
мышечных клетках во время физической
работы)
2 пути синтеза АТФ (аэробный и
анаэробный ((креатинфосфатный,
гликолитический, миокиназный)
8

9. Пути ресинтеза АТФ в мышцах

10. Аэробный путь ресинтеза АТФ (клеточное дыхание)

• Окисление глюкозы до СО2 и
Н2О.
• Выход АТФ – 38 моль.
• Эффективность образования АТФ
в процессе окислительного
фосфорилирования зависит от
снабжения мышцы кислородом.
• Для образования 1 моль АТФ
требуется 3,45 л кислорода. Такое
количество кислорода
потребляется в покое за 10-15
минут, а при интенсивной
мышечной деятельности — за 1
минуту. В результате возникает
кислородная задолженность,
количество кислорода, которое
требовалось, но не было
получено организмом извне, за
счет дыхания.
• Аэробный путь служит источником
энергии при длительных нагрузках при
достаточном количестве дыхательного
субстрата.
• Те виды спорта, в которых главное –
выносливость, например марафон, бег
трусцой или лыжные гонки по
пересеченной местности, зависят
почти целиком от аэробного ресинтеза
АТФ.
10

11.

Аэробная работоспособность
Зависит от:
• количества митохондрий в мышечных клетках и содержание в них
миоглобина;
• функционального состояния вегетативных и регуляторных систем организма;
• запасов внемышечных источников энергии;
• состояния печени как поставщика в мышцы внемышечных источников
энергии;
• состояния кардиорспираторной системы;
• количества кислорода и эффективности его использования;
• активности окислительных ферментов;
• целостности мембран митохондрий;
• концентрации гормонов, особенно гормонов надпочечников, ионов кальция
и других регуляторов.
С 9 - 10- летнего возраста наблюдается интенсивное
развитие аэробного пути ресинтеза АТФ, его
возможности увеличиваются пропорционально массе
тела. Наибольшее развитие аэробной
работоспособности отмечается только к 20 - 25 годам - в
период физиологической зрелости организма. За счет
регулярных тренировок высокий уровень аэробной
работоспособности можно сохранить до 40 - 45 лет. 11

12.

Способы повышения аэробной работоспособности
улучшение работы кардиореспираторной
системы
повторная и интервальная тренировки, а
также непрерывная длительная работа
равномерной и переменной мощности.
миоглобиновая интервальная
тренировка (короткие (не более 5 10 сек.) нагрузки средней
интенсивности, чередуемые с
такими же короткими промежутками
отдыха.
использование неспецифических нагрузок
типа подвижных игр
циркуляторная интервальная тренировка
(«интервальная тренировка по
Фрайбургскому правилу»). Этот метод
заключается в чередовании кратковременных
упражнений небольшой интенсивности и
длительностью от 30 до 90 с с интервалами
отдыха такой же продолжительности.
12

13. Креатинкиназный (алактатный путь) ресинтеза АТФ

• Кф – макроэргическое вещество, которое при исчерпании запасов АТФ отдает
фосфорильную группу на АДФ.
• Концентрация в мышце в покое - 15-20 ммоль /кг.
Скорость расщепления креатинфосфата в работающей мышце прямо
пропорциональна интенсивности выполняемой работы и величине мышечного
напряжения.
Креатинфосфатная реакция служит для предотвращения быстрого истощения
запаса АТФ, причем за 1 минуту интенсивной мышечной работы расходуется
70% креатинфосфата.
После того, как запасы креатинфосфата в мышцах будут исчерпаны примерно
на одну треть, скорость креатинкиназной реакции снижается и включаются
другие процессы ресинтеза АТФ.
Играет основную роль в энергообеспечении кратковременных
упражнений максимальной мощности: спринт, прыжки, метание и т.п.
Составляет биохимическую основу локальной мышечной выносливости!

14.

Алактатная (креатинфосфатная) работоспособность
Зависит от:
• содержания в мышцах креатинфосфата;
• активности фермента креатинкиназы, который отвечает за синтез
креатинфосфата и других ферментов, участвующих в мышечной
деятельности.
• количества миофибрилл и развития саркоплазматической сети.
• количество нервно-мышечных синапсов, обеспечивающих передачу
нервных импульсов от нервов к мышцам.
• содержания в мышцах белка коллагена, участвующего в мышечном
расслаблении.
Особенно быстро развиваются возможности
креатинфосфатного пути ресинтеза АТФ в 15 17 лет и достигают наибольшего развития к 19
- 20 годам. Сохраняется высокая алактатная
работоспособность до 30-летнего возраста,
после чего наблюдается снижение.
14

15. Способы повышения алактатной работоспособности

1. Кратковременные (не более 10 с) упражнения, выполняемые с предельной мощностью
(например, бег на 50-60 м, прыжки, заплыв на 10-15 м, упражнения на тренажерах, подъем
штанги и т. п.).
2. Интервальный метод тренировки, состоящей из серий таких упражнений (п.1).
Спортсмену предлагается серия из 4-5 упражнений максимальной мощности
продолжительностью 8-10 с. Отдых между упражнениями в каждой серии равен 20-30 с.
Продолжительность отдыха между сериями составляет 5-6 мин.
15

16. Гликолитический (лактатный) путь ресинтеза АТФ

• Энергетический эффект – 2 молекулы АТФ
• Источником глюкозы служит запасенный в
мышцах гликоген.
• Конечный продукт – молочная кислота
(лактат).
• Гликолиз способен быстро поставлять
энергию.
• Лактат накапливается в мышцах и вызывает
понижение рН внутриклеточной среды, что
вызывает активацию ферментов
дыхательной цепи митохондрий и
угнетение миозиновой АТФ-азы.
Используется в энергообеспечении
упражнений, продолжительность которых
от 30 до 150 с: бег на средние дистанции,
плавание на 100 и 200 м, велосипедные
гонки на треке и др.
• За счет гликолиза совершаются длительные
ускорения по ходу упражнения и на финише
дистанции (основа скоростной
выносливости).

17. Молочная кислота легко проходит через клеточные мембраны

• Na2CO3 + CH3CHОНCOOH = CH3CHOHCOONa + H2O + CO2
• Это приводит к выделению CO2 , что вместе с H+ активируют
дыхательный центр, резко усиливается вентиляция и поставка О2 к
работающим мышцам.
• Накопление «кислых» продуктов в мышцах происходит, когда
интенсивность упражнения составляет 50% от максимальной
аэробной мощности, этот уровень нагрузки – «порог анаэробного
обмена». Чем раньше он достигнут, тем быстрее развивается
утомление.
ПАНО
У нетренированных людей – 40-50% от МПК
У тренированных – до 70% от МПК

18. Лактатная работоспособность

Зависит от тех же факторов, что и алактатная работоспособность, однако их
влияние менее выражено, так как за счет лактатного компонента выполняется
работа с меньшей силой и скоростью по сравнению с лактатными нагрузками.
Зависит также от:
• компенсаторных возможностей организма, обеспечивающих устойчивость к
возрастанию кислотности.
• от фермента лактатдегидрогеназы.
Лактатдегидрогеназа является причиной высокой работоспособности скелетных
мышц с большим содержанием быстрых волокон.
Начиная с 15 - 16 лет возможности лактатного
пути ресинтеза АТФ увеличиваются
пропорционально нарастанию веса тела, и
наибольшая лактатная работоспособность
отмечается в 20 - 22 года.
18

19. Способы повышения лактатной работоспособности

1. Тренировка должна приводить к резкому снижению содержания гликогена в
мышцах с последующей его суперкомпенсацией.
2. Во время тренировки в мышцах и в крови должна накапливаться молочная кислота
для последующего развития резистентности к ней организма.
Основные методы – повторная и интервальная работа.
Таким условиям соответствует выполнение предельных нагрузок продолжительностью
в несколько минут. В случае интервальной тренировки можно использовать серии из
4-5 таких упражнений. Отдых между упражнениями внутри серии - несколько минут.
19

20. Миокиназная реакция

• АДФ + АДФ = АТФ + АМФ
• При значительном увеличении концентрации АДФ в саркоплазме
происходит миокиназная реакция, представляющая собой
образование одной молекулы АТФ и одной молекулы АМФ из двух
молекул АДФ под действием фермента миоаденилаткиназы.
• Условия для инициации миокиназной реакции возникают при
выраженном мышечном утомлении, поэтому ее следует
рассматривать как своего рода «аварийный механизм».
• Эта реакция мало эффективна, так как из двух молекул АДФ
образуется только одна молекула АТФ.
• Увеличение концентрации АМФ вследствие миокиназной реакции
приводит к активации ферментов гликолиза и к повышению
ресинтеза АТФ.

21. Ресинтез АТФ идет за счет анаэробных и аэробных процессов, соотношение которых зависит от интенсивности и продолжительности

работы
• Анаэробные (при выполнении
кратковременных упражнений высокой
интенсивности):
• Креатинфосфокиназная реакция
• (фосфагенный, или алактатный процесс)
• Гликолиз (лактацидный анаэробный
процесс)
• Ресинтез АТФ в аэробном процессе
(при длительной работе умеренной
интенсивности)

22. Сравнительная характеристика путей ресинтеза АТФ

Показатели
Аэробный путь
Макс.мощность
350-450 кал/мин*кг
мыш.ткани
(физ.нагрузки
умеренной мощости)
3-4 мин (у хор.тренир. 1 1-2 сек
мин)
Десятки минут
8-10 сек
750 – 850 кал/мин-кг мыш.ткани
38 молекул АТФ
Экономичность,
универсальность в
использовании
субстратов, большая
продолжительность
работы
Обязательное
потребление кислорода,
наличие
неповрежденной
мембраны, большое
время развертывания,
небольшая
1 молекула
Очень малое время
развертывания, высокая
мощность
2 молекулы
Быстрее выходит на максимальную
мощность, имеет более высокую
величину максимальной мощности,
не требует участия митохондрий и
кислорода
Короткое время
функционирования
процесс малоэкономичен,
накопление молочной кислоты в
мышцах существенно нарушает их
нормальное функционирование и
способствует утомлению мышцы.
Время развертывания
Время сохранения
макс.мощности
Метаболич.ёмкость
Преимущества
Недостатки
Креатинфосфатный
путь
900-1000 кал/мин*кг
мыш.ткани
Гликолитический путь
20-30 сек
2-3 мин

23. Зоны относительной мощности мышечной работы и пути ресинтеза АТФ

Аэробный
Аэробный+ гликолиз
Гликолиз
Креатинфосфатный
путь
23

24.

• . Чтобы увеличить количество креатинфосфата необходимо
выполнять кратковременные (не более 10 сек) упражнения,
выполняемые с предельной мощностью (бег на 50 - 60 м,
прыжки, заплыв на 10 - 15 м, упражнения на тренажерах, подъем
штанги и т д.).
• Хороший эффект дают интервальные тренировки, состоящие из
серии упражнений максимальной мощности. Упражнения
делаются 8 - 10 сек, а отдых между ними составляет 20 - 30 сек.
Именно при таком режиме часть гликолитического ресинтеза
АТФ идет на восстановления креатинфосфата. Многократное
применение таких тренировок ведет к повышению в мышцах
креатинфосфата и положительно сказывается на развитии
скоростно-силовых качеств.
24

25. Основные механизмы нервно-гуморальной регуляции мышечной деятельности

Повышается тонус
симпатического
отдела вегетативной
нервной системы
Выделяются
гормоны мозгового
слоя надпочечников
Выделяются гормоны
коркового слоя
надпочечников
(адреналин и норадреналин)
(адреналин и
норадреналин)
Перераспределение
крови в
кровеносном русле
Тормозится использование
глюкозы клетками (кроме
головного мозга)
Распад гликогена в
печени
(гипергликемия) и
мышцах
Тормозятся анаболические
процессы (синтез белков)
Активируются
ферменты липолиза
Стимулируется
глюконеогенез (синтез
глюкозы из неуглеводных
предшественников)
25

26. Биохимические изменения в скелетных мышцах

• Снижается концентрация креатинфосфата;
• Происходит распад гликогена и накопление молочной кислоты;
• Повышение скорости распада белков;
• Снижение активности ферментов мышечных клеток;
• При усиленной работе повреждение внутриклеточных структур.
Биохимические изменения в головном мозге
• Формирование и передача нервного импульса;
• Усиление аэробного ресинтеза АТФ;
• Основной субстрат окисления –глюкоза.
26

27. Спасибо за внимание!