Преподаватель который помогает студентам и школьникам в учёбе.

Реферат на тему: Энергетические источники мышечного сокращения

Содержание:

Введение

Жизнь связана с непрерывным расходом энергии, которая необходима для функционирования организма: с точки зрения термодинамики живые организмы относятся к открытым системам, так как для своего существования они постоянно обмениваются веществами и энергией с внешней средой. Источником энергии человека являются химические превращения органических веществ, поступающих из окружающей среды. Превращение этих веществ в простые приводит к высвобождению энергии, содержащейся в химических связях.

Потребности человека в питании достаточно однородны: вещества необходимы для обмена энергией (белки, жиры, углеводы), вещества для построения сложных белковых молекул и кислотных структур (аминокислоты, пурины, липиды, углеводы), специальные метаболические катализаторы (витамины), неорганические ионы. и универсальный биологический растворитель - вода.

Построение и обновление тканей тела, а также обеспечение энергетических затрат организма должны обеспечиваться адекватным питанием, которое должно включать в себя все необходимые для тела вещества в правильных пропорциях. Это обеспечит высокую работоспособность, что очень важно при тренировках. Нарушения обмена веществ приводят к серьезным последствиям для всего организма.

Сущность обмена веществ и энергии

Какими бы разнообразными ни были формы проявления жизни, они всегда неразрывно связаны с преобразованием энергии. Энергетический обмен - это свойство, присущее каждой живой клетке. Богатые энергией питательные вещества абсорбируются и химически преобразуются, а продукты метаболизма с более низким содержанием энергии выделяются из клетки. Согласно первому закону термодинамики энергия не исчезает и не возникает снова. Организмы должны получать энергию в доступной для них форме из окружающей среды и возвращать соответствующее количество энергии в окружающую среду в форме, менее пригодной для дальнейшего использования.

Около века назад французский физиолог Клод Бернар установил, что живой организм и окружающая среда образуют единую систему, поскольку между ними происходит непрерывный обмен веществами и энергией. Нормальное функционирование организма поддерживается за счет регулирования внутренних компонентов, что требует затрат энергии.

Использование химической энергии в организме называется энергетическим обменом: именно он служит индикатором общего состояния и физиологического состояния организма.

Метаболические процессы делятся на две группы: ассимиляция и диссимиляция. Ассимиляция - это совокупность процессов создания живой материи, диссимиляция - это распад живой материи. Диссимиляция позволяет удалить элементы ткани, чтобы заменить их новыми, а также высвободить энергию для совершения жизненных действий. Обмен веществ и, в то же время, жизнь поддерживается только тогда, когда процессы диссимиляции уравновешиваются процессами ассимиляции. Это равновесие динамически изменчиво. Напряженные действия жизни, такие как работа с мышцами, требуют высвобождения энергии в больших количествах. Следовательно, в это время преобладают процессы диссимиляции. После окончания физических нагрузок необходимо восстановить израсходованные ресурсы. Для этого метаболизм сдвинут в сторону ассимиляционных процессов.

В период роста ребенка преобладают ассимиляционные процессы. По мере старения они отстают по интенсивности от процессов диссимиляции.

Процессы ассимиляции и диссимиляции тесно связаны друг с другом. Для эффективной мобилизации запасов энергии за счет распада богатых энергией веществ (диссимиляция) требуется синтез новых молекул фермента (ассимиляция). Для реализации процессов синтеза сложных соединений в организме (ассимиляции) необходимо высвобождение энергии за счет распада богатых энергией веществ (диссимиляция).

Метаболизм часто обозначается термином метаболизм, процессы ассимиляции - анаболизмом, а процессы диссимиляции - катаболизмом. Однако следует иметь в виду, что этими терминами уместно обозначать только те метаболические процессы, которые происходят внутри организма, а не процессы взаимодействия организма с внешней средой. Та часть процессов анаболизма, которая заключается в синтезе нуклеиновых кислот и белков с образованием клеточных структур и ферментов, называется пластическими процессами. Метаболические процессы, обеспечивающие снабжение клеток энергией для выполнения жизненных действий, называются энергетическими процессами. В основном они относятся к процессам катаболизма, поскольку большое значение среди них имеет расщепление богатых энергией веществ. Но в эту группу входят также процессы ресинтеза одних богатых энергией веществ за счет расщепления других.

Любой акт жизнедеятельности организма или отдельных его клеток может осуществляться только при энергетической и пластической поддержке. Энергетическая поддержка функций заключается в соответствующем усилении энергетических процессов и, следовательно, в производстве необходимой энергии. Пластическая поддержка функций включает процессы синтеза структурных белков и ферментов, которые обеспечивают эффективность структур, выполняющих функцию, и способность контролировать биохимические процессы, лежащие в основе выполнения физиологической функции. Чтобы отличить внешний метаболизм от внутреннего, последний принято называть повседневным обменом. При изучении внешнего метаболизма внешний вид и количество поступающих веществ связаны с конечными продуктами. Сущность повседневного метаболизма заключается в разнообразных преобразованиях веществ, поступающих и выходящих в клетки. Повседневный обмен условно делится на обмен белков, углеводов, жиров и минералов.

Обмен веществ в организме проходит в несколько этапов. На первом этапе высокомолекулярные белки, липиды и полисахариды расщепляются на низкомолекулярные соединения, которые беспрепятственно проходят в кровь и лимфу через стенки желудочно-кишечного тракта. Всасывание белков происходит после их предварительного расщепления на пептиды, аминокислоты, нуклеотиды и нуклеозиды. Жиры предварительно расщепляются на жирные кислоты и глицерин, высокомолекулярные сахара - на глюкозу, фруктозу и галактозу.

Преобразование энергетических веществ в организме с момента их попадания в клетку характеризует вторую стадию - стадию повседневного обмена веществ. В процессе повседневного метаболизма ацетилкофермент - А, b - кетоглутаровая и щавелевоуксусная кислоты образуются из большинства продуктов первой стадии метаболизма. Эти вещества подвергаются окислению в цикле лимонной кислоты. В результате окислительных процессов высвобождается энергия, запасенная в высокоэнергетических связях аденозинтрифосфорной кислоты.

Завершающий этап метаболизма - выведение продуктов неполного распада с мочой, потом, выведение сальных желез. В процессе обмена веществ, клеточные структуры будут сформированы и выделяется энергия. Эти две стороны обмена действуют в единстве.

Обмен веществ и энергия в организме регулируются нервными и гуморальными путями. Регулирование, осуществляемое нервной системой, которая играет особенно большую роль в этом процессе, происходит путем прямой посылки эфферентных нервных импульсов к тканям через эндокринные железы, гормоны которых влияют на уровень метаболизма и энергии. Условные рефлексы имеют большое значение в изменении обмена веществ, обеспечивая адаптацию организма к различным условиям жизни. Индифферентные раздражители после многократного сочетания с факторами, влияющими на обмен веществ и энергию, могут условнорефлекторно изменить ее в желаемом направлении.

Обмен белков и его регуляция

Белки - основная часть живой протоплазмы. В сухом остатке тканей, полученном после удаления воды, содержание белка достигает 60 - 80%. Это связано с тем, что все тканевые структуры построены из белков. Таким образом, пластическая роль в организме принадлежит в первую очередь белкам. Белки отличаются сложной структурой и высокой химической активностью. Они могут участвовать в разных биохимических реакциях. Следовательно, белки способны выполнять в организме и другие функции, помимо пластических:

белки обеспечивают поддержание обмена веществ, воспроизводство структур, осуществляющих обменные процессы;
белки - один из основных строительных материалов тканевых структур;
большая группа специфических белков - ферментов - биокатализаторов биохимических реакций в организме;
некоторые гормоны имеют белковую структуру;
белковые структуры участвуют в обеспечении в тканях возникновения и распространения возбуждения;
осуществлять сокращение мышц в результате взаимодействия белков миозина и актина, а также тропонина и трипомиозина;
сложный белок - гемоглобин выполняет функцию транспорта кислорода в крови, в мышечной ткани есть аналогичный белок - миоглобин;
в свертывании крови большое значение имеет фибриноген плазмы крови;
белки плазмы крови транспортируют гормоны, витамины и ряд других веществ, образуя с ними комплексные соединения;
Белки плазмы крови обеспечивают оноктическое давление (при белковом голодании оноктическое давление снижается, в результате чего происходит переход жидкой части плазмы в ткани (голодный отек);
белки действуют как буферные системы;
группа специфических белков (антитела и др.) Выполняет защитные функции;
специфические белки, присутствующие в тканях, являются рецепторами гормонов и некоторых других биологически активных веществ, молекулы гормонов образуют сложные соединения с этими рецепторными белками, что необходимо гормону для влияния на метаболические процессы;
В передаче наследственности, а точнее в экспрессии генов, белковые соединения (нуклеопротеины) играют важную роль;
белки имеют определенную ценность, а также являются источником энергии (при окислении 1 г белка выделяется 5,3 ккал. Но азотистые продукты распада белка (мочевина, аммиак и т. д.) Не подвергаются дальнейшему окислению в организме. Следовательно, когда в организме окисляется 1 г белка, выделяется столько же энергии, сколько при окислении 1 г углеводов, т.е. 4,1 ккал).

Белки, входящие в состав тела, постоянно обновляются. Устаревшие элементы и конструктивные элементы разделяются и заменяются новыми. Например, у человека ежедневно вырабатывается 25 г белков печени, 20 г белков плазмы и 8 г гемоглобина. А за полгода жизни обновляется половина структурных белков человеческого тела.

В состав белков входят аминокислоты - строительные блоки белкового тела. Они делятся на сменные и незаменимые. Аминокислотный состав пищевых белков неодинаков. Если они не содержат незаменимых аминокислот (лейцин, изолейцин, валин, метионин, треонин, триптофан, лизин, фенилоланин), то в организме нарушается синтез белка, и появляются нарушения жизнедеятельности.

Незаменимые аминокислоты синтезируются в организме из продуктов распада белков и поэтому могут отсутствовать в пище. Из 20 известных аминокислот 12 незаменимы для человека. Биологическая ценность белка также меняется в зависимости от аминокислотного состава. Наиболее ценны белки животного происхождения. Белки пшеницы, ячменя и кукурузы имеют низкую биологическую ценность.

Белки, которые попадают в пищеварительный тракт с пищей, расщепляются в тонком кишечнике до аминокислот. Освободившиеся аминокислоты всасываются в капиллярные сосуды стенок кишечника и попадают в печень с кровью через воротную вену. Некоторые аминокислоты, попадающие в печень, подвергаются дезаминированию и трансаминированию. Дезаминирование - это процесс удаления аминогруппы из аминокислот и образования конечных продуктов белкового обмена. Безазотный аминокислотный остаток может быть преобразован в углеводы или жиры, а также может быть окислен с образованием воды и углекислого газа. Конечными продуктами распада белка являются азотсодержащий аммиак, мочевина, мочевая кислота и креатинин. Их содержание в крови в сумме определяется как остаточный азот. Его нормальная концентрация в плазме крови составляет 25-35 мг%. Конечные продукты распада белка выводятся из организма с мочой и частично с потом.

Процессы дезаминирования и трансаминирования обеспечивают синтез определенных аминокислот и белков. Поскольку каждый белок в организме имеет свой собственный специфический состав аминокислот, то в зависимости от того, какие белки необходимо синтезировать в данный момент времени, запросы на разные аминокислоты также меняются. Часть аминокислот используется в печени для синтеза собственных структурных белков и ферментов. Синтез белков плазмы также происходит в печени. Другая часть аминокислот переносится кровью из печени в другие ткани для синтеза тканевых белков и ферментов и для создания клеточного аминокислотного резерва. Синтез клеточных белковых структур происходит под контролем ядерной ДНК. Программа биосинтеза, удаленная из ДНК матричной РНК, переносится в цитоплазму, где осуществляется построение белков, специфичных для организма. Энергетический потенциал аминокислот высвобождается в цикле трикарбоновых кислот.

Основным показателем удовлетворения потребности организма в белках является белковый (азотный) баланс. Азотное равновесие наблюдается, когда потребление белка с пищей компенсирует накопленный, разлагающийся белок. Он характеризует жизнедеятельность здорового человека.

Учитывая, что азот содержится в основном в белках, можно рассчитать белковый (азотистый) баланс по его содержанию в переваренной пище (среднее значение азота в белке около 16%) и в продуктах выделения (пот и моча).

При отрицательном балансе азота с мочой выводится больше азота, чем потребляется с пищей. Происходит прогрессирующее истощение, разрушение белковых структур клеток.

После болезни, а также при интенсивной мышечной работе в организме происходят интенсивные пластические процессы. Существует задержка (задержка) азота в организме, что характеризует положительный азотный баланс. Нормальная жизнедеятельность организма возможна только при азотистом равновесии или положительном азотистом балансе.

Обмен белков в организме регулируется нервными центрами, расположенными в подклубневой области промежуточного мозга. При экспериментальном повреждении у животных некоторых ядер этой части мозга происходит усиление белкового обмена, его баланс становится отрицательным, в результате чего происходит резкое истощение. Нервная система влияет на метаболизм белков через гормоны щитовидной железы, передней доли гипофиза (саматотропный гормон) и других эндокринных желез.

Обмен белков играет важную роль в пластическом поддержании мышечной активности. Наряду с этим белки также участвуют в энергоснабжении мышечной работы. Однако роль белков как источника энергии незначительна по сравнению с ценностью углеводов и жиров. Основная роль белков состоит в том, что ферментные белки регулируют интенсивность энергетических процессов. Безазотные продукты распада белка (безазотный аминокислотный остаток) могут служить субстратом для окислительных процессов или использоваться в печени для синтеза гликогена и жирных кислот.

Во время интенсивной, продолжительной работы мышц расщепление белков усиливается. Это связано с мобилизацией белковых ресурсов организма. Он заключается в усиленном высвобождении свободных аминокислот из лимфоидной и мышечной тканей. Эти аминокислоты подвергаются трансаминированию в печени по нужным направлениям и используются для синтеза ферментов. Благодаря этому увеличиваются возможности адаптивных изменений энергии и других метаболических процессов.

Синтез белка требует очень значительных затрат энергии. Во время работы используются энергетические возможности мышечных клеток для выполнения сокращений. Следовательно, в это время синтез белков в мышцах подавлен. В то же время не только мышцы, но и лимфоидные ткани отдают свои аминокислотные ресурсы для синтетических процессов в фабрике ферментов - печени.

Накопление основного продукта распада белка - мочевины - информативный индикатор воздействия на организм длительных физических нагрузок. Чем больше объем выполняемой нагрузки, тем больше увеличивается уровень мочевины в крови.

После окончания работы по мере восстановления энергоресурсов становится возможным усиление синтеза белковых структур в мышечных клетках. Усиленный синтез различных белков мышечной клетки после работы важен не только для устранения результатов физиологического износа интенсивно работающих структур, но и для развития структурных изменений, способствующих повышению работоспособности.

Обмен углеводов и его регуляция

Содержание углеводов в живом организме не более 2% от сухого остатка массы тела. Основная часть находится в мышцах и печени в виде гликогена. Энергозатраты организма покрываются в основном за счет окисления углеводов. Они используются для синтеза глюкопротеинов, мукополисахаридов, нуклеиновых кислот, коферментов и аминокислот, а также входят в состав клеточных структур элементов.

Углеводы - важный источник энергии. Хотя АТФ является прямым донором энергии в жизненно важных процессах, его ресинтез в значительной степени является результатом распада углеводов. При полном окислении 1 г углеводов выделяется 4,1 ккал энергии, то есть в 2,3 раза меньше, чем при окислении жиров.

Углеводы в пище человека в основном растительного происхождения. После абсорбции моносахариды проходят через брыжеечную и воротную вены в печень, где фруктоза и галактоза превращаются в глюкозу. Глюкоза подвергается окислению, а также накапливается в виде гликогена. Гликоген составляет 5% от общей массы печени. Это важный вопрос углеводов в организме. В печени углеводы также синтезируются из жирных кислот, лактата, желатина и аминокислотных остатков, не содержащих азот. Одновременно с окислением и отложением в печени происходят процессы ферментативного образования свободной глюкозы (в присутствии глюкозо-6-фосфатозы). В отличие от печени, в мышцах нет глюкозо-6-фосфатозы. Следовательно, в них не образуется свободная глюкоза.

Глюкоза проходит в печеночные клетки свободно, без затрат энергии. Проницаемость мышечной клетки для глюкозы снижена по сравнению с клетками печени. В мышцах, как и в печени, откладывается гликоген. Его содержание в скелетных мышцах достигает 1,5-2% от общей массы этой ткани. Суммарная емкость углеводного депо тела человека массой 70 кг составляет 400-700 г. Однако мышечный гликоген не может служить регулятором уровня глюкозы в крови, но является резервным топливом для мышечной работы. Высвобождение энергии гликогена происходит во время гликогенолиза: на каждый глюкозный остаток гликогена синтезируется 3 молекулы АТФ. При обильном поступлении в организм углеводов они превращаются в жирные кислоты и откладываются в виде жира.

В процессе окисления углеводов выделяется энергия, которая используется для биосинтеза, образования тепла, а также для осуществления определенных форм жизни. В организме происходит постоянный обмен глюкозы между печенью, кровью, мышцами, мозгом и другими органами. Основным потребителем глюкозы являются скелетные мышцы. Расщепление в них углеводов осуществляется по типу анаэробных и аэробных реакций. Окислительное фосфорилирование глюкозы энергетически более выгодно, чем ее аноксическое разложение. В условиях относительного покоя мышц анаэробные процессы расщепления глюкозы (гликолиза) тормозятся аэробным метаболизмом. И только в зрелых электролитах лидируют гликолитические процессы. В клетках новообразований окислительные процессы подавляются гликолитическим расщеплением углеводов. Анаэробный распад гликогена или глюкозы заканчивается образованием молочной кислоты, большая часть которой превращается в лактат и попадает в кровь. Лактат крови может использоваться в сердечной мышце как прямой субстрат для окисления, а в мышцах покоя и печени - для ресинтеза гликогена. Продуктами аэробного распада углеводов являются вода и углекислый газ, которые выводятся из организма по своим каналам.

Многие ткани тела удовлетворяют свои потребности в энергетических веществах за счет поглощения глюкозы из крови. Нормальный уровень глюкозы в крови (80–120 мг%) поддерживается за счет регулирующего воздействия на синтез или распад гликогена в печени. Снижение уровня глюкозы в крови ниже 70 мг% (гипогликемия) нарушает снабжение тканей глюкозой. Превышение нормального уровня глюкозы в крови наблюдается после еды (алиментарная гипергликемия), при кратковременной и интенсивной мышечной работе (миогенная или рабочая гипергликемия) и во время эмоционального возбуждения (эмоциональная гипергликемия). Если содержание глюкозы в крови превышает 150-180 мг%, то в моче обнаруживается глюкоза (глюкозурия). Это способ вывести из организма лишние углеводы. Опасность для жизни представляет нарушение углеводного обмена, при котором гипергликемия является следствием нарушения проницаемости клеточных мембран для сахара при недостатке инсулина. При этом с мочой выводится не лишний сахар, а жизненно необходимый для клеток сахар.

Углеводный обмен в организме регулируется нервной системой. Это было установлено Клодом Бернаром, который после введения иглы в нижнюю часть IX желудочка мозга (инъекция сахара) наблюдал повышенное выделение углеводов из печени с последующими гипергликемией и глюкозурией. Эти наблюдения указывают на наличие в продолговатом мозге центров, регулирующих углеводный обмен. Позже выяснилось, что высшие центры, регулирующие метаболизм углеводов, расположены в подклубневой области промежуточного мозга. При раздражении этих центров наблюдаются те же явления, что и при уколе в дно IX желудочка. Условно-рефлекторные раздражители имеют большое значение в регуляции углеводного обмена . Одно из доказательств этого - повышение концентрации глюкозы в крови при возникновении эмоций (например, у спортсменов перед важными стартами).

Влияние центральной нервной системы на углеводный обмен осуществляется в основном через симпатическую иннервацию. Раздражение симпатических нервов увеличивает выработку адреналина в надпочечниках. Он вызывает расщепление гликогена в печени и скелетных мышцах и тем самым увеличивает концентрацию глюкозы в крови. Гормон поджелудочной железы глюкоген также стимулирует эти процессы. Гормон поджелудочной железы инсулин является антагонистом адреналина и глюкогена. Он напрямую влияет на углеводный обмен клеток печени, активирует синтез глюкогена и тем самым способствует его отложению. Гормоны надпочечников, щитовидной железы и гипофиза участвуют в регуляции углеводного обмена.

Углеводный обмен при мышечной активности

В начале мышечной работы, а иногда даже в предстартовом периоде мобилизуются углеводные ресурсы организма. Результат повышенного распада гликогена печени - умеренная гипергликемия. Скорость высвобождения глюкозы из печени во время операции высокой мощности составляет 300 мг / мин. Основным потребителем глюкозы в крови во время работы является ткань головного мозга. Определенная часть глюкозы в крови всасывается сердечной мышцей. Скелетные мышцы потребляют относительно мало глюкозы в крови, поэтому предпочтительно используют собственный гликоген в энергетических процессах, распад которых начинается с самого начала работы. Только по мере того, как уровень собственного гликогена в мышцах снижается, использование глюкозы в крови увеличивается.

По мере того, как вы продолжаете работать, уровень глюкозы в крови возвращается к норме и поддерживается в пределах нормы в течение очень длительного периода. При этом происходит снижение содержания гликогена в мышцах и печени, что в конечном итоге приводит к падению концентрации глюкозы в крови, что сопровождается ухудшением работоспособности. Гипогликемию и сопутствующие ей явления можно успешно предотвратить при длительных физических нагрузках путем своевременного приема углеводных растворов. Если уровень глюкозы в крови падает до 40 мг%, резко нарушается деятельность центральной нервной системы, вплоть до потери сознания. Это состояние называется гипогликемическим шоком.

Регулирование липидного обмена

Клеточные структуры включают липиды - жиры, фосфатиды и стерины, которые являются важным пластическим материалом и источником энергии. Организм получает необходимые жиры с пищей или путем их биосинтеза из углеводов. Пищевые жиры расщепляются в пищеварительном тракте до глицерина и жирных кислот. Из них жиры, специфичные для этого вида животных, снова синтезируются в клетках стенки кишечника. Образовавшийся жир, а также жир, абсорбированный в эмульгированной форме без предварительного гидролиза, попадает в основном по лимфатическим сосудам, а затем через грудной лимфатический проток в кровоток. Около 30% жира поступает из клеток стенки кишечника непосредственно в кровоток. В крови жир переносится b и c - глобулинами. Печень задерживает жиры в крови и возвращает их в кровоток только через несколько часов. С помощью крови жиры и жирные кислоты передаются клеткам различных тканей для получения энергии и пластических целей, а также в жировую ткань для обновления накопленных жиров. Пластическая роль жиров заключается в том, что они являются важными компонентами цитоплазмы. Особенно важна роль жиров в структуре клеточных мембран. Количество цитоплазматического жира постоянно и существенно не меняется даже во время голодания. В окислительных процессах свободные жирные кислоты и глицерин расщепляются с образованием воды и углекислого газа.

Если расход энергии организмом незначителен, жир откладывается в жировых отложениях в избытке. Жировые запасы в организме постоянно обновляются. В условиях нормальной жизни выделение жира из депо сочетается с его отложением. При полном энергетическом балансе интенсивность этих процессов одинакова. Если процессы отложения превышают использование жира, он накапливается в организме; если их недостаточно, жировые запасы уменьшаются. Если в результате голодания у подопытных животных масса тела снижается на 33%, то объем жировой ткани уменьшается на 98%.

Жирность очень значительная и достигает 10-30% от общей массы тела. Он варьируется у людей в значительных пределах в зависимости от характера питания, физической активности, возраста, пола и конституциональных особенностей. Отложенные жиры широко используются в качестве источника энергии при мышечной активности и недоедании. При окислении 1г. жир высвобождает 9,3 ккал энергии. Из-за того, что молекула жира содержит относительно мало кислорода, последнего требуется для окисления жира больше, чем для окисления углеводов. В качестве энергетического материала жир используется в основном в состоянии покоя и при выполнении длительной малоинтенсивной физической работы.

Жировая ткань, покрывающая различные органы, защищает их от механических воздействий. Скопление жира в брюшной полости обеспечивает фиксацию внутренних органов. Подкожная жировая клетчатка, являясь плохим проводником тепла, защищает организм от чрезмерных потерь тепла. Жир является частью секрета сальных желез, который защищает кожу от всасывания и чрезмерного увлажнения при контакте с водой.

Жир как источник энергии для работы мышц.

Использование свободных жирных кислот в качестве источника энергии для работающих мышц зависит от многих факторов. Чем больше они высвобождаются из жировой ткани и чем выше их концентрация в крови, тем больше они потребляются в мышцах в качестве субстрата для окисления. Высокая концентрация молочной кислоты и интенсивное расщепление углеводов (гликолиз) препятствуют использованию свободных жирных кислот. Как следствие, при работе на большой мощности использование свободных жирных кислот мышцами невелико.

Хорошие возможности для употребления свободных жирных кислот создаются при длительных умеренных физических нагрузках, так как не происходит накопления молочной кислоты, а интенсивность окисления углеводов снижается за счет уменьшения их запасов. Использование жиров при длительной мышечной работе достигает 60-90% от общего расхода энергоресурсов. Во время работы мышц уровень собственных триглицеридов мышечной ткани снижается, что свидетельствует об их использовании в энергетических процессах.

Липидный обмен в организме регулируется центральной нервной системой. При повреждении некоторых ядер подбузистой области промежуточного мозга нарушается жировой обмен. В этом случае либо тело становится ожирением, либо истощается.

Нервная система может напрямую влиять на жировой обмен. Если у животного перерезаны нервы, иннервирующие жировую ткань на одной стороне тела, то во время голодания запасы жира на этой стороне не уменьшаются.

Нервная система регулирует жировой обмен, воздействуя на железы внутренней секреции. Недостаточная функция передней доли гипофиза, щитовидной железы и гонад приводит к ожирению. Гормон поджелудочной железы инсулин стимулирует образование жиров из углеводов.

Обмен воды и минералов и их регулирование

Вода определяет структуру многих молекул, участвует в обеспечении химических реакций и выделении продуктов обмена, в процессах терморегуляции, определяет реологические свойства крови.

Существует три основных состояния внутриклеточной и внеклеточной воды: конституционная вода, которая является структурным элементом молекул клеток и тканей тела; связанная вода, образующая гидратные оболочки макромолекул (коллоидов); свободный, т.е. неродственный (растворитель).

На биологическую ценность воды могут влиять дополнительные компоненты: содержание микроэлементов, минеральных солей, тяжелого водорода и кристаллической воды.

Потребность организма в воде переменная, в средних широтах составляет 2,5-3,0 литра. При чрезмерном поступлении в организм воды наблюдается увеличение объема циркулирующей крови, что увеличивает нагрузку на сердце, повышенное потоотделение и мочеиспускание, потерю солей, витаминов, ослабление организма.

Основные необходимые человеку микроэлементы - это медь, цинк, фтор, йод, кобальт, бор, железо. Обычно они попадают в организм в достаточном количестве при сбалансированном питании.

Обмен энергии в теле во время упражнений (или различных видов спорта).

При выполнении физических упражнений организм адаптируется к физическим нагрузкам. Он основан на метаболических изменениях, происходящих во время самой мышечной активности и составляющих ее молекулярный механизм. Сразу стоит отметить, что для процессов адаптации как непосредственно в мышечной системе, так и в других органах необходимо многократное использование физических нагрузок. Именно такой принцип повторения физических нагрузок создает необходимый метаболический фон, обеспечивающий постепенное формирование биологических и функциональных изменений. В зависимости от характера, интенсивности, направления физической активности эти изменения могут приводить к перестройке структурных белков и внутриклеточных органелл.

Одноразовая физическая нагрузка не может вызвать серьезных адаптационных изменений в организме, поэтому вторым важным фактором, определяющим процесс биохимической адаптации, является регулярность физических нагрузок. Это связано с метаболическими изменениями, происходящими в организме при физических нагрузках. При кратковременных физических упражнениях низкой интенсивности они могут ограничиваться только локальными сдвигами в энергетическом обмене или влиять на метаболизм всего организма, как в случае бега на длинные дистанции и езды на велосипеде. В последних случаях процесс восстановления метаболизма до уровня покоя занимает значительно больше времени и требует длительного периода отдыха. Любая физическая нагрузка вызывает изменение энергетического обмена, прежде всего в скелетных мышцах, а затем и во внутренних органах.

В период отдыха после физической работы происходит постепенное восстановление источников энергии (CrF, гликоген). В результате активации ферментативных систем аэробного окисления значительно усиливаются процессы ресинтеза и происходит не только восстановление, но и избыточное восстановление источников энергии. Этот паттерн называется суперкомпенсацией.

Скорость восстановления источников энергии, а также величина и продолжительность избыточного восстановления зависят от потребления кислорода. Из этого следует, что чем интенсивнее была физическая нагрузка, и чем интенсивнее израсходовались источники энергии, тем быстрее будет происходить их восстановление в период отдыха после тренировки.

Восстановление до рабочего содержания различных источников энергии в период покоя происходит в разное время. В первую очередь из скелетных мышц и крови выводится молочная кислота, которая окисляется до СО или включается в синтез гликогена, затем происходит ресинтез CrF, гликогена и, наконец, белков. Различия при восстановлении и суперкомпенсация различных источников энергии в период отдыха после физических нагрузок получили название принципа гетерохронности восстановительных процессов. К этому следует добавить, что в разных органах процессы восстановления источников энергии также протекают в разное время. Сначала восстанавливается содержание гликогена в головном мозге, затем в сердечной мышце, скелетных мышцах и печени. Для ресинтеза гликогена в этих тканях используются неуглеводные субстраты и молочная кислота.

На развитие адаптации к физической нагрузке влияет регулярность ее повторения в наиболее благоприятном для организма состоянии после предыдущей нагрузки. Для получения определенного тренировочного эффекта и последующего повышения спортивных результатов следующую физическую нагрузку следует проводить в период суперкомпенсации после предыдущей. Выполнение физических нагрузок до или после фазы суперкомпенсации источников энергии не вызовет метаболических изменений в организме, направленных на развитие процесса адаптации. В первом случае возможно постепенное развитие процесса недовосстановления работоспособности и преждевременного наступления утомления. Во втором тренировочный эффект будет отсутствовать, так как метаболические изменения предыдущей физической нагрузки уже прошли.

Не следует забывать о необходимости постепенно увеличивать тренировочные нагрузки как по объему, так и по интенсивности. Если этого не сделать, то по мере адаптации организма к стрессу величина затрат энергии будет постепенно снижаться, а изменения в обмене веществ будут менее выраженными.

Различия между обученным и неподготовленным человеком с точки зрения биохимии заключаются в следующем. Можно выделить как минимум три фактора, изменение которых существенно влияет на обмен веществ в организме спортсмена. Во-первых, увеличение запасов энергоресурсов как в скелетных мышцах, так и в других органах и тканях. Во-вторых, расширение возможностей ферментного аппарата. В-третьих, совершенствование механизмов регуляции обмена веществ с участием нервной и эндокринной систем.

Также можно отметить процесс развития гипертрофии рабочих органов (скелетных и сердечных мышц). Однако этот фактор не будет иметь значения для всех видов физической активности, и его действие ограничивается в основном физическими нагрузками с силовой направленностью.

Изменения энергетического обмена при физических нагрузках при длительных тренировках приводят к увеличению запасов внутримышечных источников энергии - CRF, гликогена и повышению активности ферментов гликолиза, цикла лимонной кислоты, окисления жирных кислот и транспорта электронов. системы. Все это открывает возможности для более быстрого и длительного пополнения запасов АТФ в организме.

Следует выделить еще два момента, которые определяют возможность ресинтеза АТФ в мышечной ткани во время тренировки. Концентрация самого АТФ в тканях тренированного организма не изменяется, но изменяется скорость обмена молекулами АТФ как в реакциях синтеза, так и в реакциях разложения. Каталитическая активность ферментов, участвующих в гидролизе АТФ при сокращении мышц и в процессах его ресинтеза, повышается. Под влиянием физических нагрузок в скелетных мышцах повышается концентрация CrP и повышается активность фермента креатинофосфокиназы, участвующего в ресинтезе АТФ. Это приводит к увеличению энергетических ресурсов в мышцах и увеличению скорости восстановления запасов АТФ и KrF.

Спортсмен может выполнять субмаксимальную физическую активность с меньшими изменениями метаболизма, чем нетренированный человек: меньшее производство молочной кислоты и меньшее снижение внутриклеточного pH.

Спортсмены наглядно продемонстрировали большую способность ферментов мобилизовать жиры из тканей для использования их в качестве энергетических субстратов. Высокая активность ферментов метаболизма жиров в скелетных мышцах позволяет окислять большое количество свободных жирных кислот, доставляемых с током крови к мышцам, а также использовать для этих целей внутримышечные триглицериды. При выполнении физических нагрузок аэробного характера у квалифицированных спортсменов более 55% затраченной энергии покрывается за счет мобилизации жиров и окисления жирных кислот.

Систематические занятия спортом приводят к выраженным и многогранным морфологическим изменениям организма. Однако сразу стоит отметить, что эти изменения тесно связаны с характером, интенсивностью и продолжительностью физических нагрузок.

Специфика биохимической адаптации к систематическим тренировкам проявляется в том, что особенности физических нагрузок отражаются на обмене веществ и служат молекулярной основой для формирования тех или иных сторон этого процесса. Влияние аэробных тренировок на формирование метаболического фона в скелетных мышцах уже было рассмотрено достаточно подробно и было установлено, что одним из важных проявлений таких тренировок следует считать значительное повышение интенсивности окислительных процессов с использованием свободных жирных кислот. как источники энергии.

Тренировка с применением силовых упражнений имеет существенные различия и приводит к наиболее выраженным морфологическим изменениям. Увеличение мышечной массы при таких тренировках свидетельствует об усилении синтеза мышечного белка. Увеличение мышечной массы и размера поперечного сечения мышечных волокон сопровождается увеличением содержания миофибриллярных белков. Под влиянием силовых тренировок увеличивается толщина двигательных нервных волокон, количество терминальных нервных ветвей, количество ядер и миофибрилл в мышечных волокнах, содержание сократительных белков - миозина и актина, а также миоглобина.

Потребность спортсмена в энергии и питательных веществах значительно различается, в первую очередь, в зависимости от вида спорта и объема выполняемой работы. Итак, если сравнивать диету гимнаста или боксера легчайшей весовой категории с диетой спортсмена - многоборца или штангиста, выступающего в супертяжелой весовой категории, то сразу заметны резкие различия в основных компонентах питания. быть раскрытым. Однако, даже не прибегая к таким контрастным сравнениям, следует учитывать, что характер питания спортсмена напрямую связан с обменными процессами, происходящими в организме при занятиях тем или иным видом спорта. Следовательно, основные различия между спортсменами в их потребностях в энергии и питательных веществах связаны со спецификой спорта.

К современным видам спорта относятся виды спорта с различным проявлением основных физических качеств - силы, скорости, выносливости, гибкости и ловкости.

Высокие результаты спортсменов связаны с разным уровнем развития этих качеств и характеризуются метаболическими изменениями в обмене веществ, что может быть использовано для формирования представления о механизмах энергообеспечения мышечной деятельности.

По характеру проявления основных физических качеств спортсмена в процессе специальной физической подготовки и по метаболическим характеристикам обмена все виды спорта можно разделить на пять групп: скоростно- силовые виды спорта (легкая атлетика - спринт, бег с барьерами, прыжки, метание, многоборье; тяжелая атлетика и др.). В этой группе видов спорта энергозатратность спортсменов составляет 3500-4500 ккал. На определенных этапах подготовки спортсменов, занимающихся этими видами спорта, возникает потребность в развитии мышечной силы и требуется дополнительное потребление диетического белка. Чтобы удовлетворить потребность организма в белке, например, у тяжелоатлетов, универсалов, метателей, спринтеров его содержание должно составлять 2,4-2,8 г / кг массы тела или 17-18% калорийности дневного рациона. . Для сравнения, для людей, не занимающихся спортом, этот показатель составляет 11-13%.

Потребность в жирах у представителей этих видов спор составляет 1,8-2,0 г / кг массы тела, или 30% калорийности рациона (33% для людей, не занимающихся спортом).

Углеводы обеспечивают 52-53% энергетической ценности дневного рациона. Это 9,0-11,0 г / кг массы тела, что меньше, чем у обычных людей (57%), но этого вполне достаточно для удовлетворения энергетических потребностей биосинтетических процессов в организме и обеспечения энергией для мышечной деятельности.

Циклические виды спорта (бег на средние и длинные дистанции, спортивная ходьба, велоспорт по шоссе, беговые лыжи и т. д.). Потребность в белках, жирах, углеводах у спортсменов этих видов спорта составляет 14-15%, 25% и 60-61% от общей калорийности дневного рациона, или 2,2-2,6; 1,7–1,9 и 11,0–14,0 г / кг массы тела.

Сложно-координационные виды спорта (акробатика, художественная и художественная гимнастика, прыжки в воду, катание на лыжах с трамплина, санный спорт и парусный спорт, стрельба из лука, пуля, скамейка, конный спорт и др.). В рацион спортсменов, занимающихся этими видами спорта, входят белки 2,2–2,5 г / кг массы тела, жиры 1,7–1,9 г / кг массы тела и углеводы - 8,6–9,7 г / кг массы тела.

Единоборства (вольная, классическая борьба, дзюдо, самбо, бокс, фехтование). Специфика спортивной деятельности в этих видах спорта заключается, главным образом, в быстрой перестройке двигательных действий, соответствующей изменяющейся ситуации. Спортсмены-единоборцы наиболее полно развивают силу, скорость, выносливость. Общее количество белков в суточном рационе этих спортсменов может составлять 2,4–2,8 г / кг массы тела, жиров - 1,8–2,2 г / кг массы тела, углеводов - 9,0–11,0 г / кг массы тела.

Игровые виды спотов. Особенности таких видов спорта, как баскетбол, волейбол, гандбол, теннис, хоккей с шайбой, хоккей с мячом, на траве, футбол, регби, водное поло, связаны с быстрым переключением действий в соответствии с изменяющимися условиями игры, быстрым и эффективные решения при острой нехватке времени. Спортсмены при занятиях спортом несут не только физические нагрузки, но и большую нейропсихологическую нагрузку вкупе с сильным эмоциональным возбуждением.

В соответствии с потреблением энергии основные нутриенты в дневном рационе распределяются следующим образом: белки - 2,4-2,6 г / кг массы тела, жиры - 2,0-2,2 г / кг массы тела, углеводы - 9,6-10,4 г / кг. масса тела.

Заключение

Как видно из предыдущей главы, упражнения вызывают значительные изменения в обменных процессах. Систематически нагрузки, которые получает организм, вызывают изменения внутренней среды: истощаются источники энергии - при кратковременных и интенсивных нагрузках запасы гликогена в мышцах и печени, при более длительных - жиры. Силовые тренировки расходуют мышечные белки. Однако в период отдыха происходит не только восстановление, но и сверхвосстановление этих веществ. Этот принцип лежит в основе спортивной тренировки.

Однако тренировки по разным направлениям приводят к разным морфологическим изменениям. Нагрузки, направленные на развитие аэробной выносливости, приводят к увеличению интенсивности окислительных процессов с использованием свободных жирных кислот в качестве источника энергии, силовые тренировки - к увеличению диаметра работающих мышц.

С учетом этих особенностей составляется ежедневный рацион спортсменов. Калорийность, а также количество белков, жиров, углеводов зависят от специфики спорта. При правильном питании, обеспечивающем организм спортсмена всеми необходимыми ему питательными веществами, повышается работоспособность, а значит, можно добиться высоких результатов.

Список литературы

Пмендин А.И., Рогозкин В.А., Шишина Н.Н. Питание спортсменов. - М .: Физическая культура и спорт, 1987.
Физиология человека: Учебник для институтов физической культуры / Под ред. Н.В. Зимкина. - М .: Физическая культура и спорт, 1974.
Лаптев А.П., Полиевский С.А. Гигиена: Учебник для институтов и техникумов физической культуры. - М .: Физическая культура и спорт, 1993.
Платонов В. Н. Адаптация в спорте. - К .: Здоровье, 1987.
Общий курс физиологии человека и животных. В 2 кн. Книга 2. Физиология висцеральных систем: Учебник для биологических и медицинских специальных вузов / Под ред. АД. Ноздрачев. - М .: Высшая школа., 1993.
Физиология мышечной деятельности: Учебник для институтов физической культуры / Под ред. Сладкий картофель. Коца. - М .: Физическая культура и спорт, 1981.
Фомин Н.А. Физиология человека: Учебник для студентов факультета физического воспитания педагогических институтов. - М .: Просвещение, 1981.