Основные биохимические показатели при мышечной деятельности

Основные биохимические показатели при мышечной деятельности

Гемоглобин. Основным белком эритроцитов крови является гемоглобин, который выполняет кислородтранспортную функ­цию. Он содержит железо, связывающее кислород воздуха. Кон­центрация гемоглобина в крови зависит от пола и составляет в среднем 120-140 г/л (7,5-8,0 ммоль/л) - у женщин и 140-160 г/л (8,0-10,0 ммоль/л) - у мужчин, а также от степени трениро­ванности. При мышечной деятельности резко повышается по­требность организма в кислороде, что удовлетворяется более полным извлечением его из крови, увеличением скорости крово­тока, а также постепенным увеличением количества гемоглоби­на в крови за счет изменения общей массы крови. С ростом уровня тренированности спортсменов в видах спорта на вынос­ливость концентрация гемоглобина в крови у женщин возрастает в среднем до 130-150 г/л, у мужчин - до 160- 180 г/л. Увеличе­ние содержания гемоглобина в крови в определенной степени отражает адаптацию организма к физическим нагрузкам в гипоксических условиях. При интенсивных тренировках, особенно у женщин, занимающихся циклическими видами спорта, а также при нерациональном питании происходит разрушение эритроци­тов крови и снижение концентрации гемоглобина до 90 г/л и ниже, что рассматривается как железодефицитная анемия. В та­ком случае следует изменить программу тренировок, а в рационе питания увеличить содержание белковой пищи, аминокислот, дать препараты железа, витамины группы В, растительные ана­болики. По содержанию гемоглобина в крови можно судить об аэробных возможностях организма, эффективности аэробных тренировочных занятий, состоянии здоровья спортсмена.

Глюкоза. Содержание глюкозы в крови поддерживается на относительно постоянном уровне специальными регуляторными механизмами в пределах 3,3-5,5 ммоль/л (80-120 мг%). Измене­ние ее содержания в крови при мышечной деятельности индиви­дуально и зависит от уровня тренированности, мощности и про­должительности физических упражнений. Кратковременные фи­зические нагрузки субмаксимальной интенсивности могут вызы­вать повышение содержания глюкозы в крови за счет усиленной мобилизации гликогена печени. Длительные физические нагруз­ки приводят к снижению содержания глюкозы в крови. У нетре­нированных лиц это снижение более выражено, чем у трениро­ванных. Повышенное содержание глюкозы в крови свидетельст­вует об интенсивном распаде гликогена печени либо относи­тельно малом использовании глюкозы тканями, а пониженное ее содержание - об исчерпании запасов гликогена печени либо ин­тенсивном использовании глюкозы тканями организма. По из­менению содержания глюкозы в крови судят о скорости аэроб­ного окисления ее в тканях организма при мышечной деятельно­сти и интенсивности мобилизации гликогена печени. Этот пока­затель обмена углеводов редко используется самостоятельно в спортивной диагностике, так как уровень глюкозы в крови зави­сит не только от воздействия физических нагрузок на организм, но и от эмоционального состояния человека, гуморальных меха­низмов регуляции, питания и других факторов. У здорового че­ловека в моче глюкоза отсутствует, однако может появиться при интенсивной мышечной деятельности, эмоциональном возбуж­дении перед стартом и при избыточном поступлении углеводов с пищей (алиментарная глюкозурия) в результате увеличения ее уровня в крови (состояние гипергликемии). Появление глюкозы в моче при физических нагрузках свидетельствует об интенсив­ной мобилизации гликогена печени. Постоянное наличие глюко­зы в моче является диагностическим тестом заболевания сахар­ным диабетом.

Молочная кислота (лактат). Гликолитический механизм ресинтеза АТФ в скелетных мышцах заканчивается образовани­ем молочной кислоты, которая затем поступает в кровь. Выход ее в кровь после прекращения работы происходит постепенно, достигая максимума, например, в плавании после дистанции 100 м в условиях соревнований на 3-ей минуте пассивного отдыха. Содержание молочной кислоты в крови в норме в состоянии от­носительного покоя не превышает 1-1,5 ммоль /л (15-30 мг%) и существенно возрастает при выполнении интенсивной физиче­ской работы. Поскольку выброс лактата в кровь вызывается уси­ленным образованием его в мышцах, которое существенно по­вышается при выполнении интенсивной нагрузки анаэробного характера, и может достичь около 30 ммоль/кг массы при изне­можении. Количество молочной кислоты больше в венозной крови, чем в артериальной. С увеличением мощности нагрузки содержание ее в крови может возрастать у нетренированного че­ловека до 5-6 ммоль/л, у тренированного - до 20 ммоль/л и вы­ше. В аэробной зоне физических нагрузок лактат составляет 2-4 ммоль/л, в смешанной - 4-10 ммоль/л, в анаэробной - более 10 ммоль/л. Условная граница анаэробного обмена соответствует 4 ммоль лактата в 1 л крови и обозначается как порог анаэробного обмена (ПАНО), или лактатный порог (ЛП). Снижение содержа­ния лактата у одного и того же спортсмена при выполнении стандартной работы на разных этапах тренировочного процесса свидетельствует об улучшении тренированности, а повышение - об ухудшении. Таким образом, изменение концентрации молоч­ной кислоты в крови после выполнения определенной физиче­ской нагрузки связано с состоянием тренированности спортсме­на. По изменению ее содержания в крови определяют анаэроб­ные гликолитические возможности организма, что важно при отборе спортсменов, развитии их двигательных качеств, контро­ле тренировочных нагрузок и хода процессов восстановления организма.

Показатели липидного обмена. Свободные жирные кисло­ты (СЖК) являются структурными компонентами липидов. Уро­вень свободных жирных кислот в крови отражает скорость липолиза триглицеридов в печени. В норме содержание их в крови составляет 0,1-0,4 ммоль/л и увеличивается при длительных фи­зических нагрузках. По изменению содержания СЖК в крови контролируют степень подключения липидов к процессам энер­гообеспечения мышечной деятельности, а также экономичность энергетических систем или степень сопряжения между липид­ным и углеводным обменом. Высокая степень сопряжения этих механизмов энергообеспечения при выполнении аэробных на­грузок является показателем высокого уровня функциональной подготовки спортсмена.

Кетоновые тела. Образуются они в печени из ацетил-КоА при усиленном окислении жирных кислот в тканях организма. Кетоновые тела из печени поступают в кровь и доставляются к тканям, в которых большая часть используется как энергетиче­ский субстрат, а меньшая выводится из организма. Уровень ке­тоновых тел в крови в определенной степени отражает скорость окисления жиров. Содержание кетоновых тел в крови в норме относительно небольшое - 8 ммоль/л. При накоплении в крови до 20 ммоль/л (кетонемия) они могут появиться в моче, тогда как в норме в моче кетоновые тела не выявляются. Появление их в моче (кетонурия) у здоровых людей наблюдается при голода­нии, исключении углеводов из рациона питания, а также при выполнении физических нагрузок большой мощности или дли­тельности. Этот показатель имеет также диагностическое значе­ние при выявлении заболевания сахарным диабетом, тиреоток­сикозом. По увеличению содержания кетоновых тел в крови и появлению их в моче определяют переход энергообразования с углеводных источников на липидные при мышечной активности. Более раннее подключение липидных источников указывает на экономичность аэробных механизмов энергообеспечения мы­шечной деятельности, что взаимосвязано с ростом тренирован­ности организма.

Холестерин. Это представитель стероидных липидов, не участвующий в процессах энергообразования в организме. Со­держание холестерина в плазме крови в норме составляет 3,9-6,5 ммоль/л и зависит от пола (у мужчин выше), возраста (у детей ниже), диеты (у вегетарианцев ниже), двигательной активности. Постоянное увеличение уровня холестерина и его отдельных липопротеидных комплексов в плазме крови служит диагности­ческим тестом развития тяжелого заболевания - атеросклероза, сопровождающегося поражением кровеносных сосудов. Уста­новлена зависимость коронарных нарушений от концентрации холестерина в крови. При поражении сосудов сердца наблюдает­ся ишемия миокарда или инфаркт, а сосудов мозга - инсульты, сосудов ног - атрофия конечностей. В работах последних лет показано, что выведению из организма человека холестерина способствуют пищевые волокна (клетчатка), содержащиеся в овощах, фруктах, черном хлебе и других продуктах, а также ле­цитин и систематические занятия физическими упражнениями. Холестерин - база для образования гормона тестостерон.

Продукты перекисного окисления липидов (ПОЛ). При физических нагрузках усиливаются процессы перекисного окис­ления липидов и накапливаются продукты этих процессов, что является одним из факторов, лимитирующих физическую рабо­тоспособность. Поэтому при биохимическом контроле реакции организма на физическую нагрузку, оценке специальной подго­товленности спортсмена, выявлении глубины биодеструктивных процессов при развитии стресс-синдрома проводят анализ со­держания продуктов перекисного окисления в крови: малоново­го диальдегида, диеновых конъюгатов, а также активность фер­ментов глутатионпероксидазы, глутатионредуктазы и каталазы.

Фосфолипиды. Содержание фосфолипидов в норме в крови составляет 1,52-3,62 г/л. Повышение их уровня в крови наблю­дается при диабете, заболеваниях почек, гипофункции щитовид­ной железы и других нарушениях обмена, а понижение - при жировой дистрофии печени, т. е. когда поражаются структуры печени, в которых они синтезируются. Для стимуляции синтеза фосфолипидов и снижения содержания в крови триглицеридов необходимо увеличить потребление с пищей липотропных ве­ществ. Поскольку длительные физические нагрузки сопровож­даются жировой дистрофией печени, в спортивной практике иногда используют контроль содержания триглицеридов и фос­фолипидов в крови.

Показатели белкового обмена. Миоглобин. В саркоплазме скелетных и сердечной мышц находится высокоспециализиро­ванный белок, выполняющий функцию транспорта кислорода подобно гемоглобину. Содержание миоглобина в крови в норме незначительное (10-70 нг/л). Под влиянием физических нагру­зок, при патологических состояниях организма он может выхо­дить из мышц в кровь, что приводит к повышению его содержа­ния в крови и появлению в моче (миоглобинурия). Количество миоглобина в крови зависит от объема выполненной физической нагрузки, а также от степени тренированности спортсмена. По­этому данный показатель может быть использован для диагно­стики функционального состояния работающих скелетных мышц.

Актин. Содержание актина в скелетных мышцах в качестве структурного и сократительного белка существенно увеличива­ется в процессе тренировки. По его содержанию в мышцах мож­но было бы контролировать развитие скоростно-силовых качеств спортсмена при тренировке. Однако определение его содержа­ния в мышцах связано с большими методическими трудностями. Тем не менее после выполненных физических нагрузок отмеча­ется появление актина в крови, что свидетельствует о разруше­нии либо обновлении миофибриллярных структур скелетных мышц. В крови содержание актина определяют радиоиммуннологическим методом и по его изменению судят о переносимости физических нагрузок, интенсивности восстановления миофибрилл после мышечной работы.

Альбумины и глобулины. Это низкомолекулярные основ­ные белки плазмы крови. Альбумины составляют 50-60% всех белков сыворотки крови, глобулины - 35-40%. Они выполняют разнообразные функции в организме: входят в состав иммунной системы, особенно глобулины, и защищают организм от инфек­ций, участвуют в поддержании pH крови, транспортируют раз­личные органические и неорганические вещества, используются для построения других веществ. Количественное соотношение белков плазмы крови в норме относительно постоянно и отража­ет состояние здоровья человека. Соотношение белков изменяет­ся при утомлении, многих заболеваниях и может использоваться в спортивной медицине как диагностический показатель состоя­ния здоровья.

Мочевина. При усиленном распаде тканевых белков, избы­точном поступлении в организм аминокислот в печени в процессе связывания токсического для организма человека аммиака (NH3) синтезируется нетоксическое азотсодержащее вещество - моче­вина. Из печени мочевина поступает в кровь и выводится с мо­чой. Концентрация мочевины в норме в крови каждого взрослого человека индивидуальна - в пределах 3,5-6,5 ммоль/л. Она может увеличиваться до 7-8 ммоль/л при значительном поступлении белков с пищей, до 16-20 ммоль/л - при нарушении выделитель­ной функции почек, а также после выполнения длительной физи­ческой работы за счет усиления катаболизма белков до 9 ммоль/ и более. В практике спорта этот показатель широко используется при оценке переносимости спортсменом тренировочных и сорев­новательных физических нагрузок, хода тренировочных занятий и процессов восстановления организма. Для получения объектив­ной информации концентрацию мочевины определяют на сле­дующий день после тренировки утром натощак. Если выполнен­ная физическая нагрузка адекватна функциональным возможно­стям организма и произошло относительно быстрое восстановле­ние метаболизма, то содержание мочевины в крови утром нато­щак возвращается к норме. Связано это с уравновешиванием ско­рости синтеза и распада белков в тканях организма, что свиде­тельствует о его восстановлении. Если содержание мочевины на следующее утро остается выше нормы, то это свидетельствует о не до восстановления организма либо развитии утомления.

У здорового человека белок в моче отсутствует. Появление его (протеинурия) отмечается при заболевании почек (нефрозы), поражении мочевых путей, а также при избыточном поступле­нии белков с пищей или после мышечной деятельности анаэроб­ной направленности. Это связано с нарушением проницаемости клеточных мембран почек из-за закисления среды организма и выхода белков плазмы в мочу. По наличию определенной кон­центрации белка в моче после выполнения физической работы судят о ее мощности. Так, при работе в зоне большой мощности она составляет 0,5 %, при работе в зоне субмаксимальной мощ­ности может достигать 1,5 %.

Креатинин. Это вещество образуется в мышцах в процессе распада креатинфосфата. Суточное выделение его с мочой отно­сительно постоянно для данного человека и зависит от мышеч­ной массы тела. У мужчин оно составляет 18-32 мг/кг массы те­ла в сутки, у женщин - 10-25 мг/ кг. По содержанию креатинина в моче можно косвенно оценить скорость креатинфосфокиназной реакции, а также содержание мышечной массы тела.

По количеству креатинина, выделяемого с мочой, опреде­ляют содержание тощей мышечной массы тела согласно сле­дующей формуле: тощая масса тела = 0,0291 х креатинин мочи (мг/сут) + 7,38. Изменение количества тощей массы тела свидетельствует о снижении или увеличении массы тела спортсмена за счет белков.

Креатин. В норме в моче взрослых людей креатин отсутст­вует. Обнаруживается он при перетренировке и патологических изменениях в мышцах, поэтому наличие креатина в моче может использоваться как тест при выявлении реакции организма на физические нагрузки. В моче у детей раннего возраста креатин постоянно присутствует, что связано с преобладанием его синте­за над использованием в скелетных мышцах.

Показатели кислотно-основного состояния (КОС). В про­цессе интенсивной мышечной деятельности в мышцах образует­ся большое количество молочной и пировиноградной кислот, которые диффундируют в кровь и могут вызывать метаболиче­ский ацидоз организма, что приводит к утомлению мышц и со­провождается болями в мышцах, головокружением, тошнотой. Такие метаболические изменения связаны с истощением буфер­ных резервов организма. Поскольку состояние буферных систем организма имеет важное значение в проявлении высокой физи­ческой работоспособности, в спортивной диагностике исполь­зуются показатели КОС. К показателям КОС, которые в норме относительно постоянны, относятся:

pH крови (7,35-7,45);

рСO2 - парциальное давление углекислого газа (Н2СО3 + СО2) в крови (35-45 мм рт. ст.);

SB - стандартный бикарбонат плазмы крови НСОд, который при полном насыщении крови кислородом составляет 22-26 мэкв/л;

ВВ - буферные основания цельной крови либо плазмы (43- 53 мэкв/л) - показатель емкости всей буферной системы крови или плазмы;

Л/86 - нормальные буферные основания цельной крови при физиологических значениях pH и СО2 альвеолярного воздуха;

BE - избыток оснований, или щелочной резерв (от -2,4 до +2,3 мэкв/л) - показатель избытка или недостатка буферной ем­кости.

Показатели КОС отражают не только изменения в буферных системах крови, но и состояние дыхательной и выделительной систем организма. Состояние кислотно-основного равновесия (КОР) в организме характеризуется постоянством pH крови (7,34-7,36). По изменению показателей КОС при мышечной дея­тельности можно контролировать реакцию организма на физи­ческую нагрузку и рост тренированности спортсмена. Наиболее информативным показателем КОС является величина BE - ще­лочной резерв, который увеличивается с повышением квалифи­кации спортсменов, особенно специализирующихся в скоростно­силовых видах спорта. Большие буферные резервы организма являются серьезной предпосылкой для улучшения спортивных результатов в этих видах спорта.

Активная реакция мочи (pH) находится в прямой зависимо­сти от кислотно-основного состояния организма. При метаболи­ческом ацидозе кислотность мочи увеличивается до pH 5, а при метаболическом алкалозе снижается до pH 7.

Биологически активные вещества - регуляторы обмена веществ. Ферменты. Особый интерес в спортивной диагности­ке представляют тканевые ферменты, которые при различных функциональных состояниях организма поступают в кровь из скелетных мышц и других тканей. Такие ферменты называются клеточными, или индикаторными. К ним относятся альдолаза, каталаза, лактатдегидрогеназа, креатинкиназа и др. Для отдель­ных клеточных ферментов, например, лактатдегидрогеназы ске­летных мышц, характерно наличие нескольких форм (изофер­ментов). Появление в крови индикаторных ферментов или их отдельных изоформ, что связано с нарушением проницаемости клеточных мембран тканей, может использоваться при биохи­мическом контроле за функциональным состоянием спортсмена.

В спортивной практике часто определяют наличие в крови таких тканевых ферментов процессов биологического окисления веществ, как альдолаза - фермент гликолиза и каталаза - фер­мент, осуществляющий восстановление перекисей водорода. Появление их в крови после физических нагрузок является пока­зателем неадекватности физической нагрузки, развития утомле­ния, а скорость их исчезновения свидетельствует о скорости восстановления организма. После выполненных физических на­грузок в крови могут появляться отдельные изоформы ферментов - креатинкиназы, лактатдегидрогеназы, характерные для ка­кой-то отдельной ткани. Так, после длительных физических на­грузок в крови спортсменов появляется изоформа креатинфосфокиназы, характерная для скелетных мышц; при остром ин­фаркте миокарда в крови появляется изоформа креатинкиназы, характерная для сердечной мышцы. Если физическая нагрузка вызывает значительный выход ферментов в кровь из тканей, и они долго сохраняются в ней в период отдыха, то это свидетель­ствует о невысоком уровне тренированности спортсмена, а, воз­можно, и о предпатологическом состоянии организма.

Гормоны. При биохимической диагностике функциональ­ного состояния спортсмена информативными показателями яв­ляется уровень гормонов в крови. Могут определяться более 20 различных гормонов, регулирующих разные звенья обмена ве­ществ. Концентрация гормонов в крови довольно низкая и ва­риабельность низкая (в пределах от 1,8 до 11 моль/л), что за­трудняет диагностическую интерпретацию этих показателей в спортивной практике. Величина изменения содержания гормо­нов в крови зависит от мощности и длительности выполняемых нагрузок, а также от степени тренированности спортсмена. При работе одинаковой мощности у более тренированных спортсме­нов наблюдаются менее значительные изменения этих показате­лей в крови. Кроме того, по изменению содержания гормонов в крови можно судить об адаптации организма к физическим на­грузкам, интенсивности регулируемых ими метаболических процессов, развитии процессов утомления, применении анабо­лических стероидов и других гормонов.

Направленность изменений концентрации гормонов в крови при физических нагрузках (концентрация в крови, нг/л): Изменения концентрации при физических нагрузках: Адреналин 0-0,07 ↑, Инсулин 1-1,5 ↓, Глюкагон 70-80 ↑, Соматотропин 1-6 ↑, АКТГ 10-200 ↑, Кортизол 50-100 ↑, Тестостерон 3-12 (мужчины) ↑, 0,1-0,3 (женщины) ↑, Эстрадиол 70-200 ↓, Тироксин 50-140 ↑.

Витамины. Выявление витаминов в моче входит в диагно­стический комплекс характеристики состояния здоровья спорт­сменов, их физической работоспособности. В практике спорта чаще всего выявляют обеспеченность организма водораствори­мыми витаминами, особенно витамином С. В моче витамины появляются при достаточном обеспечении ими организма. Дан­ные многочисленных исследований свидетельствуют о чаще не­достаточной обеспеченности спортсменов витаминами, поэтому контроль их содержания в организме позволяет своевременно скорректировать рацион питания или назначать дополнительную витаминизацию путем приема специальных поливитаминных комплексов.

Минеральные вещества. В мышцах образуется неоргани­ческий фосфат в виде фосфорной кислоты (Н3РО4 при реакциях перефосфорилирования в креатинфосфокиназном механизме синтеза АТФ и других процессах. По изменению его концентра­ции в крови можно судить о мощности креатинфосфокиназного механизма энергообеспечения у спортсменов, а также об уровне тренированности, так как прирост неорганического фосфата в крови спортсменов высокой квалификации при выполнении ана­эробной физической работы больше, чем в крови менее квали­фицированных спортсменов. Снижение количества магния (до­вольно часто определяется у спортсменов) свидетельствует о снижении процессов восстановления.


 

Возврат к списку