Лабораторне заняття № 10 Динаміка біохімічних змін при стомленні. Визначення активності лактатдегідрогенази в сироватці крові за реакцією з 2,4-динітрофенілгідразином

Мета роботи: дослідити динаміку біохімічних змін при стомленні залежно від тривалості і потужності фізичного навантаження. Визначити активність лактатдегідрогенази в сироватці крові.

Питання для самопідготовки:

1. Що розуміють під станом стомлення?

2. Які біохімічні зміни в організмі призводять до розвитку стомлення?

3. Як концентрація субстратів і метаболітів впливає на розвиток стомлення?

4. Які фактори викликають стомлення на рівні передачі нервових імпульсів?

5. Назвіть фактори стомлення при роботі різної потужності.

Теоретична частина

Стомлення – це тимчасове зниження працездатності, яке виникає при фізичному навантаженні і сигналізує про наближення несприятливих біохімічних зрушень в організмі, що може призвести до відмови від продовження роботи.

Стомлення – не патологічний стан, а цілісна реакція організму, яка розвивається при провідній ролі центральної нервової системи.

Стомлення організму – комплексний процес, до якого залучаються процеси, які відбуваються на клітинному, органному і системному рівнях.

У природних умовах нервове волокно практично не стомлюється. Проведення нервового імпульсу вимагає витрати енергії лише для роботи Nа-К-насоса. У нормі системи ресинтезу АТФ цілком справляються із забезпеченням енергією нервового волокна.

Стомлення нервово- м'язового синапсу може бути наслідком:

• виснаження значної частини медіатора ацетилхоліну;

• ослаблення відновлення медіаторів (висока частота потенціалу дії), які поступають по нервовому волокну;

• зниження чутливості постсимпатичної мембрани до медіатора за рахунок впливу метаболітів гліколізу.

Стомлення м'язового волокна в першу чергу обумовлене порушенням механізмів ресинтезу АТФ. Залежно від конкретних умов м'язової діяльності і індивідуальних особливостей організму першопричиною стомлення можуть бути:

- зниження енергетичних ресурсів в працюючих м'язах;

- зниження активності ключових ферментів;

- накопичення продуктів обміну;

- порушення цілісності функціонуючих структур із-за недостатнього їх пластичного забезпечення або порушення гомеостазу;

- зміна нервової і гуморальної регуляції і ін.

При виконанні короткочасних вправ максимальної і субмаксимальної потужності стомлення пов'язане з особливостями процесу ресинтезу АТФ з креатинфосфату, кількість якого і визначатиме час, протягом якого клітина зможе підтримувати ресинтез АТФ на необхідному рівні.

Основні зміни:

1. Запаси КРФ в працюючих м'язах вичерпуються більш ніж на половину початкових значень.

2. При зниженні концентрації КРФ нижче вказаного критичного рівня спостерігається різке збільшення концентрації АДФ.

3. Для підтримки концентрації АТФ на належному рівні відбувається посилення гліколізу, яке призводить до накопичення молочної кислоти і, як наслідок, до ацидозу. Зміна рН крові призводить до порушення гомеостазу: у спортсменів з'являються болі в м'язах, нудота, запаморочення. При рН нижче 6,8 відбувається порушення функції серця.

4. Зміни концентрації наведених вище метаболітів (АДФ, Н+, КРФ) інгібує (пригнічує) АТФ-азну активність міозину, що зменшує швидкість максимального скорочення актоміозинового комплексу.

5. Збільшується зв'язування катіонів кальцію з білками саркоплазматичного ретикулуму, змінюється активність ключових ферментів гліколізу і фосфорилювання.

Виходячи з вищенаведених змін, утворення АДФ і накопичення Н+ (ацидоз) при скорочувальній активності м'язів слід розглядати як головні фактори, відповідальні за стомлення при виконанні короткочасних інтенсивних вправ.

Окрім цих головних факторів помітно впливає на розвиток стомлення зниження внутрішньом'язових запасів глікогену за рахунок його розщеплювання (особливо в волокнах, які швидко скорочуються) глікогенолізу, внаслідок чого накопичується молочна кислота (лактат).

При виконанні тривалих вправ великої і помірної потужності стомлення розвивається поволі, і основними причинами стомлення стають фактори, пов'язані із зниженням рівня енергозабезпечення.

1. Первинною ланкою в розвитку стомлення є зниження внутрішньом'язових запасів глікогену і накопичення продуктів неповного окиснення жирів – кетонових тіл.

2. Вміст глюкози помітно знижується, коли тривалість вправ перевищує 90 хвилин. Глюкоза крові необхідна для енергозабезпечення мозкової тканини, тому зниження її концентрації до 40 мг% різко порушує діяльність ЦНС, виникає гіпоглікемічний стан.

3. Зниження вуглеводних запасів обумовлює нездатність працюючих м'язів підтримувати задану швидкість ресинтезу АТФ. Внаслідок чого до енергообміну залучаються ліпіди. У ЦНС унаслідок порушення співвідношення АТФ/АДФ відбувається посилене утворення γ-аміномасляної кислоти і розвивається охоронне гальмування, яке є основною причиною стомлення.

4. Вміст молочної кислоти і вільних жирних кислот підвищується. Жирні кислоти є не тільки «паливом», але і є одним з факторів, що порушують зв'язок між процесами окислення і фосфорилювання, що призводить до виділення енергії у вигляді тепла. При надмірному вмісті жирних кислот спостерігається явище вираженої гіпертермії, що призводить до посиленої віддачі вологи при диханні і потовиділенні, а також веде до погіршення діяльності ЦНС.

5. Підвищення вмісту молочної кислоти викликає внутрішньоклітинний ацидоз, який призводить до посилення катаболізму м'язових білків. Метаболіти, які утворюються, також є фактором порушення роботи ЦНС.

Стомлення при виконанні тривалих вправ великої і помірної потужності пов'язане із зниженням рівня енергозабезпечення працюючих м'язів унаслідок:

- вичерпання внутрішньом'язових запасів глікогену;

- накопичення продуктів неповного окиснення жирів;

- надмірного накопичення NH₃ і АМФ;

- розвитку гіпоглікемічного стану;

- явища вираженої гіпертермії;

- порушення морфо-функціонального стану м'язових клітин;

- порушення електролітного балансу і великих втрат вологи при диханні і потовиділенні.

Стомлення при тривалій відносно малоінтенсивній роботі розвивається поволі і пов'язане з порушенням механізмів регуляції з боку центральних відділів нервової системи.

Провідні фактори стомлення при виконанні вправ різної потужності і інтенсивності:

Максимальна потужність – до 20 сек – зниження швидкості ресинтезу АТФ, накопичення АДФ, зниження запасів КРФ;

Субмаксимальна потужність – до 2,5 хв – ацидоз, зниження рівня вмісту КРФ, підвищення АДФ, зміна рН у бік ацидозу, підвищення концентрації NH₃;

Великої потужності – до 10 хв – зміна рН у бік ацидозу, розвиток кисневого боргу, зниження запасів глікогену, накопичення молочної кислоти, ацидоз;

Помірної потужності – зниження запасів глікогену і Н₂О, порушення функції ЦНС, гіпоглікемія, гіпертермія, дегідратація, кетоз.

Таблиця 8.

Концентрація основних метаболітів в організмі при стомленні і у спокої

Основні метаболіти	Концентрація метаболітів ммоль·кг-1 сирої маси м'язів
	при стомленні	у спокої
КРФ	24,0	3,0
АТФ	5,0	4,5
АДФ	0,05	0,5
Лактат	1,0	25,0
Глікоген	200,0	75,0