Лабораторне заняття №7 Біохімічні основи нейроендокринної регуляції обміну речовин при заняттях спортом. Визначення адреналіну в сечі

Мета роботи: Вивчити вплив ендокринної системи на обмін речовин при фізичній роботі. Ознайомитися з методами визначення адреналіну в сечі.

Питання для самопідготовки:

1. Вкажіть особливості роботи ендокринної системи при фізичному навантаженні.

2. Які гормони регулюють біоенергетичні процеси в організмі?

3. Розкрийте механізм впливу гормонів на обмін речовин.

4. Яке значення мають гормони в регуляції репаративних процесів?

ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА

Обмін речовин в організмі людини регулюється трьома системами:

а) системою автоматичної регуляції, яка здійснює свою регулюючу дію на субклітинному рівні за допомогою ферментів;

б) гормональною (ендокринною) системою, яка регулює хід обмінних процесів за допомогою гормонів, які або активують ферменти або підсилюють їх синтез;

в) системою нервової регуляції, яка здійснює найбільш швидкий і загальний регулюючий вплив на обмін речовин в організмі.

Регулюючу дію ці системи проявляють в основному через ферменти, які каталізують величезну кількість хімічних реакцій, які складають матеріальну основу загального обміну речовин. У зв'язку з цим розрізняють термінову і тривалу форми регуляції внутрішньоклітинного метаболізму. Термінова регуляція здійснюється однією й тією ж кількістю молекул ферментів, активність яких може бути різко збільшена зміною концентрації так званих алостеричних ефекторів, які включають найрізноманітніші за структурою і функціями сполуки, а також гормони. Тривала регуляція, або адаптація, обміну речовин пов'язана із збільшенням загального вмісту і складу ферментів в клітинах.

При виконанні спортивних вправ виняткового значення в регуляції обміну речовин набувають нервова і гормональна системи, які в процесі своєї діяльності тісно взаємопов'язані і взаємозалежні. Особливо важливу роль в регуляції метаболізму грає вищий відділ центральної нервової системи — кора головного мозку, регулююча дія якої отримала назву кортикальної регуляції.

На відміну від гормональної, кортикальна система здійснює швидку регулюючу дію. У організмі людини трофічна діяльність (регуляція обміну речовин) центральної нервової системи в основному направлена на регуляцію обміну білків, вуглеводів, жирів, мінеральних речовин і води.

При збудженні нервової системи значно активуються процеси перетравлювання і всмоктування вуглеводів, а також їх окиснення в тканинах. Регуляція вуглеводного обміну значно залежить від стану нервової системи. Підвищення її збудливості викликає посилений глікогеноліз (розщеплювання глікогену) в печінці. Передача нервових імпульсів від центральної нервової системи по симпатичних волокнах активує в основному мобілізацію жиру. Нервова система регулює обмін води і мінеральних речовин в організмі, підвищуючи або знижуючи їх виділення з сечею, залежно від ступеня збудження нервової системи.

Гормональна система здійснює повільнішу регулюючу дію на обмін речовин в організмі. Дія гормонів різноманітна і може бути реалізована через активацію і інгібування ферментів, а також зміну проникності клітинних мембран тощо.

Інтенсивність секреції гормонів ендокринними залозами залежить від кількості тих або інших продуктів обміну речовин. Вони певним чином впливають на нервову систему, яка активує діяльність відповідної залози, гормони якої нормалізують біохімічний стан. В процесі тривалої м'язової діяльності в організмі виснажуються вуглеводні джерела енергії, знижується вміст глюкози в крові. В цьому випадку гормональна система перемикає енергетичний обмін організму на інтенсивне використання резервного жиру. При цьому особливо активно використовуються продукти його розщеплювання — жирні кислоти і кетонові тіла. Отже, гормональна регуляція здатна забезпечити безперервне постачання працюючих м'язів енергетичними сполуками при одночасній нормалізації вмісту глюкози в крові.

Залежність біохімічного стану організму від особливостей нервової діяльності спортсменів.

По характеру нервової діяльності осіб, які займаються спортом, ділять на тих, що легко збуджуються, урівноважених і таких, що легко загальмовуються. Залежно від типу нервової діяльності того або іншого спортсмена реакція організму на виконуване фізичне навантаження буде різною, різними будуть і біохімічні зміни, які наступають у спортсменів при виконанні однакових фізичних вправ.

Отже, біохімічний стан організму в значній мірі залежить від індивідуальних особливостей нервової діяльності кожного спортсмена. У зв'язку з цим в процесі тренувальних занять і розминань необхідно враховувати індивідуальний характер спортсмена з тим, щоб забезпечити оптимальну реакцію його організму на фізичне навантаження.

Підвищене емоційне збудження спортсменів впливає на обмін речовин через кортикальну систему в комплексі з ендокринною, викликаючи підвищення адреналіну і норадреналіну, яке призводить до надходження глюкози в кров. Збільшення вмісту цукру в крові таким шляхом отримало назву емоційної гіперглікемії, яка, як правило, супроводжується підвищеним виділенням глюкози з сечею (глюкозурією).

Крім того, сильне емоційне збудження спортсменів викликає зміну вмісту сечовини в крові, виділення з сечею підвищеної кількості води, мінеральних солей, а також креатину.

Отже, умови виконання фізичних вправ і відношення до них відображається на біохімічному складі організму.

Нервова регуляція обміну речовин є найбільш досконалим регулюючим механізмом, який дозволяє швидко і точно міняти хід біохімічних процесів в організмі. Цей вид регуляції здійснюється центральною (головний і спинний мозок) і периферійною нервовою системою, які тісно пов'язані між собою. Периферійна нервова система складається з двох відділів: соматичного і вегетативного. У соматичній нервовій системі розрізняють рухові і чутливі нерви, а у вегетативній — симпатичні і парасимпатичні відділи.

Передача нервових імпульсів соматичною і вегетативною нервовою системою до периферійних органів і тканин здійснюється за допомогою особливих хімічних речовин, які отримали назву нейромедіаторів.

Передавачем нервового збудження в рухових і парасимпатичних нервах є ацетилхолін — складний ефір аміноспирту холіну і оцтової кислоти, який при кожному нервовому імпульсі виділяється в невеликих кількостях (квантах), після чого негайно розщеплюється ферментом холінестеразою:

Окрім ацетилхоліну, в передачі нервових імпульсів беруть участь адреналін, норадреналін і продукти їх обміну (у симпатичній нервовій системі), гістамін (у чутливих нервах), серотонін (у центральних і периферійних синапсах) і γ-аміномасляна кислота.

У організмі людини існує високий ступінь контролю обмінних процесів з боку кортикальної системи. Центральна нервова система відіграє провідну роль в регуляції обміну речовин в організмі при виконанні фізичних навантажень і адаптації організму до різних фізичних вправ.

Процеси збудження нервової системи супроводжуються підвищеним використанням АТФ, особливо в мозковій тканині.

Гальмування характеризується посиленим ресинтезом АТФ і підвищенням її рівня в нервовій тканині. Процес гальмування в значній мірі посилюється вмістом в мозковій тканині γ-аміномасляної кислоти. γ-аміномасляна кислота утворюється в головному мозку шляхом декарбоксилювання глутамінової кислоти.

Утворення γ-аміномасляної кислоти в мозковій тканині значно посилюється в кислому середовищі, тобто при ацидозі, який розвивається при фізичній роботі. При стомленні кількість γ-аміномасляної кислоти в головному мозку може збільшуватися удвічі. Отже, підвищення рівня цієї сполуки слід розглядати як захисний механізм, який оберігає нервову систему від надмірного виснаження.

Регулюючий вплив нервової системи (нейрорегуляція) на хід обміну речовин в організмі спортсменів в процесі адаптації до умов спортивного тренування і змагань здійснюється головним чином шляхом зміни активності ферментів.

Збудження нервової системи, яке виникло в процесі виконання фізичних вправ, сприяє значному підвищенню активності ферментів.

Нейрорегуляція активності ферментів здійснюється в основному трьома шляхами:

а) виділенням специфічних речовин — нейромедіаторів;

б) шляхом зміни в тканинах співвідношення різних іонів;

в) за допомогою залоз внутрішньої секреції, велика частина яких знаходиться під безпосереднім контролем нервової системи.

Разом з нервовою системою важливе місце в регуляції обміну речовин мають залози внутрішньої секреції. У організмі є вісім таких залоз, вони займають близько 0,15% маси тіла і продукують більше 30 різних гормонів.

Гормони — це складні хімічні сполуки білкової або стероїдної природи, які характеризуються високою біологічною активністю і специфічністю дії і є регуляторами обміну речовин і фізіологічних функцій організму.

Гормони проявляють свою дію наступним чином:

1. Деякі гормони діють як активатори або інгібітори ферментів, діючи на ферменти через їх алостеричні центри і проявляючи, таким чином, алостеричну дію.

2. Гормональна регуляція обміну речовин в організмі може здійснюватися через генетичний апарат клітин шляхом прискорення біосинтезу певних інформаційних РНК.

3. Гормони певною мірою впливають на проникність клітинних мембран, змінюючи здатність проникнення субстратів в клітини.

4. Гормони підвищують адсорбцію ферментів на певних клітинних мембранах, унаслідок чого значно прискорюється хід хімічних реакцій. Ферменти, які знаходяться в колоїдному розчині цитоплазми, неактивні.

Останнім часом встановлено, що багато гормонів (більше двадцяти) діють на ферменти за участю цАМФ, яка виступає як посередник в регулюючій дії гормонів на активність ферментів.

При виконанні спортивних вправ в організмі значно активізується діяльність таких залоз, як надниркові залози, гіпофіз, підшлункова залоза. Таким чином активується загальний енергетичний обмін і підвищується концентрація енергетичних субстратів.