Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева Факультет естественных наук БИОХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СПОРТИВНОЙ ТРЕНИРОВКИ
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 Наиболее важными факторами, лимитирующими физическую работоспособность человека, являются его биоэнергетические возможности. 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.
Источник энергии Энергетическая 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 5 л 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 5 л 188
6 72-80% - вода 16-21% - белки ( м иоглобин – 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).
7 1.Биоэнергетика мышечной деятельности и биохимические основы работоспособности
8 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 ) !!! Мышцы в состоянии покоя у взрослого человека потребляют около 10% от всего кислорода, поступающего в организм (при интенсивной работе – до 60%)
Окисление глюкозы до СО 2 и Н 2 О. 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; с остояния печени как поставщика в мышцы внемышечных источников энергии; с остояния 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.
12 Способы повышения аэробной работоспособности улучшение работы кардиореспираторной системы повторная и интервальная тренировки, а также непрерывная длительная работа равномерной и переменной мощности. использование неспецифических нагрузок типа подвижных игр миоглобиновая интервальная тренировка (короткие (не более 5 - 10 сек.) нагрузки средней интенсивности, чередуемые с такими же короткими промежутками отдыха. 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.
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.
15 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.
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 ).
Na 2 CO 3 + CH 3 CH ОН COOH = CH 3 CHOHCOONa + H 2 O + CO 2 Это приводит к выделению CO 2, что вместе с H + активируют дыхательный центр, резко усиливается вентиляция и поставка О 2 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 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. о т 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.
19 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. Способы повышения лактатной работоспособности
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.
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 )
Показатели Аэробный путь Креатинфосфатный путь Гликолитический путь Макс.мощность 350-450 кал / мин*кг мыш.ткани ( физ.нагрузки умеренной мощости ) 900-1000 кал / мин*кг мыш.ткани 750 – 850 кал/мин-кг мыш.ткани Время развертывания 3-4 мин (у хор.тренир. 1 мин) 1-2 сек 20-30 сек Время сохранения макс.мощности Десятки минут 8-10 сек 2-3 мин Метаболич.ёмкость 38 молекул АТФ 1 молекула 2 молекулы Преимущества Экономичность, универсальность в использовании субстратов, большая продолжительность работы Очень малое время развертывания, высокая мощность Быстрее выходит на максимальную мощность, имеет более высокую величину максимальной мощности, не требует участия митохондрий и кислорода Недостатки Обязательное потребление кислорода, наличие неповрежденной мембраны, большое время развертывания, небольшая макс.мощность Короткое время функционирования процесс малоэкономичен, накопление молочной кислоты в мышцах существенно нарушает их нормальное функционирование и способствует утомлению мышцы. Сравнительная характеристика путей ресинтеза АТФ
23 Аэробный Аэробный + гликолиз Гликолиз Креатинфосфатный путь
. 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
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. 26 Биохимические изменения в головном мозге Формирование и передача нервного импульса; Усиление аэробного ресинтеза АТФ; Основной субстрат окисления –глюкоза.
