Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України
Глухівський національний педагогічний університет імені Олександра Довженка
Лекційне заняття
на тему:
Біохімічні основи нейроендокринної регуляції обміну речовин при заняттях спортом
Виконала:
студентка 6-МФК групи
факультету педагогіки і психології
Сергієнко Ольга
Перевірила:
доц. Цюкало.Л.Є.
Глухів, 2013 рік
Біохімічні основи нейроендокринної регуляції обміну речовин при заняттях спортом
1.Нервова та гормональна регуляція обміну речовин.
2.Залежність біохімічного стану організму від особливостей нервової діяльності спортсменів.
3.Біохімічні механізми нервової регуляції обміну речовин.
4.Роль гормонів в регуляції біохімічних процесів в організмі спортсменів.
При м'язовій роботі підвищується тонус симпатичного відділу вегетативної нервової системи, иннервирующий внутрішні органи і м'язи. У легенях під впливом симпатичних імпульсів підвищується частота дихання і відбувається розширення бронхів. В результаті збільшується легенева вентиляція, що в результаті призводить до поліпшення забезпечення організму киснем.
Під впливом симпатичної нервової системи також підвищується частота серцевих скорочень, наслідком чого є збільшення швидкості кровотоку і поліпшення постачання органів, і в першу чергу м'язів, киснем і живильними речовинами. Цьому також сприяє розширення кровоносних судин у м'язах під впливом симпатичних імпульсів.
Важливе значення для здійснення м'язової роботи має і Посилення потовиділення, яке викликається симпатичної нервової системою. Таке вплив спрямований на звільнення організму від надлишкової теплової енергії.
Під дією симпатичної нервової системи знижується кровопостачання нирок, що веде до зменшення діурезу. У кишечнику сповільнюється перистальтика і внаслідок зниження швидкості кровообігу погіршується всмоктування продуктів переварювання. Ці зміни сприятливі для м'язової діяльності, оскільки функціонування нирок і кишечника споживає багато енергії. У жировій тканині імпульси симпатичної нервової системи викликають підвищення проникності клітинних мембран, що призводить до мобілізації жиру, тобто до виходу жиру з жирових депо в кров з подальшим підвищенням його концентрації в плазмі крові. Оскільки жир володіє великим запасом енергії, збільшення його вмісту в крові слід розглядати як сприятливий зміна, спрямоване на підвищення енергозабезпечення м'язів.
Дуже важливу роль у перебудові організму під час м'язової роботи виконують гормони. При м'язової діяльності спостерігається виділення в кров'яне русло багатьох гормонів. Проте найбільший внесок у функціональну та біохімічну перебудову організму вносять гормони надниркових залоз.
Мозковий шар надниркових залоз виробляє два гормони - адреналін і норадреналін, причому значно переважає адреналін. Обидва гормону часто об'єднують загальним терміном катехоламіни. Виділення гормонів мозкового шару в кров відбувається при різних емоціях, і тому адреналін називають гормономемоцій або гормоном стресу. У тварин стрес є першою реакцією організму на будь-яку небезпеку, яка потім усувається, як правило, за рахунок м'язових зусиль. Звідси випливає біологічна роль адреналіну-створення оптимальних умов для виконання м'язової роботи великої потужності і тривалості шляхом впливу нафізіологічні функції і метаболізм.
Механізми дії адреналіну і норадреналіну близькі, хоча і є певні відмінності. Цікаво відзначити, що біологічніефекти, викликані катехоламинами, схожі з дією симпатичної нервової системи. Це пояснюється тим, що в закінченнях симпатичних нервів у якості медіатора виділяється норадреналін. Найбільш важливі механізми дії цих гормонів наступні.
Потрапляючи з кров'ю в легені, катехоламіни дублюють дію симпатичних імпульсів. Вони також викликають підвищення частоти дихання і розширення бронхів, що призводить до збільшення легеневої вентиляції і поліпшення постачання організму киснем.
Під впливом адреналіну значно підвищується частота серцевих скорочень, а також збільшується їх сила, що сприяє еше більшого зростання швидкості кровообігу.
Ще одна важлива зміна в організмі, викликаного адреналіном,-перерозподіл крові в судинному руслі. Під впливом адреналіну розширюються кровоносні судини органів, які беруть участь у забезпеченні м'язової діяльності, і одночасно звужуються судини органів, які не беруть прямої участі в забезпеченні функціонування м'язів. У результаті такого впливу значно поліпшується кровопостачання м'язів і внутрішніх органів, що мають відношення до виконання м'язової роботи.
У печінці під впливом адреналіну прискорюється розпад глікогену до глюкози, яка потім виходить в кров. У результаті виникає емоційна гіперглікемія, що сприяє кращому забезпеченню глюкозою як джерелом енергії функціонуючих органів. У спортсменів гіперглікемія може виникати ще до початку м'язової роботи, в передстартовому стані.
У жировій тканині катехоламіни активують фермент ліпазу, що призводить до прискорення розщеплення жиру на гліцерин і жирні кислоти. Утворилися продукти розпаду жиру порівняно легко потрапляють в печінку, скелетні м'язи і міокард. У скелетних м'язах та міокарді гліцерин і жирні кислоти використовуються як джерело енергії. У печінці з гліцерину може синтезуватися глюкоза, а жирні кислоти перетворюються на кетонові тіла. Більш докладно ці перетворення будуть описані нижче.
Ще однією, причому дуже важливою, мішенню катехоламінів є скелетні м'язи. Під дією адреналіну в м'язах посилюється розпад глікогену, але вільна глюкоза не утворюється. У залежності від характеру роботи глікоген перетворюється або на молочну кислоту, або на вуглекислий газ і воду. У будь-якому випадку за рахунок прискореного розщеплення глікогену поліпшується енергозабезпечення м'язової роботи.
Корковий шар надниркових залоз продукує гормони стероїдної природи під загальною назвою кортикостероїди. За біологічній дії кортикостероїди поділяються на глюкокортикоїди та мінералокортикоїди. Для регуляції метаболізму під час виконання фізичних навантажень більше значення мають глюкокортикоїди, головними з яких є кортизол, кортизон і кортикостерон.
Ці гормони діють наступним чином.
Глюкокортикоїди пригнічують гексокінази - фермент, що каталізує перехід глюкози в глюкозо-6-фосфат. З цієї реакції в організмі починаються всі перетворення глюкози. Тому глюкокортикоїди гальмують будь-яке використання глюкози клітинами організму, що призводить до накопичення її в крові. Можна припустити, що винятком із цього правила є мозок, в який глюкокортикоїди, мабуть, не потрапляють через наявність гематоенцефалічного бар'єру. Мозок виявляється в більш вигідному становищі в порівнянні з іншими органами, оскільки подібний механізм регуляції дозволяє використовувати глюкозу крові переважно для живлення нервових клітин і довше підтримувати в крові достатній рівень глюкози. Це має для мозку виключно важливе значення, оскільки нервові клітини в якості джерела енергії споживають в основному глюкозу.
Глюкокортикоїди гальмують анаболічні процеси, в першу чергу синтез білків. На перший погляд для організму такий механізм дії повинен бути несприятливим, тому що білки виконують багато життєво важливі функції. Однак якщо врахувати, що синтез білків - це енергоємний процес, що споживає значну кількість АТФ і, отже, що є конкурентом м'язового скорочення і розслаблення у використанні АТФ, то стає ясно, що гальмування синтезу білків під час виконання фізичних навантажень дозволяє поліпшити енергозабезпечення м'язової діяльності.
Ще один механізм дії глюкокортикоїдів полягає у стимулюванні ними глюконеогенезу - синтезу глюкози з неуглеводов. Під час м'язової роботи глюконеогенез протікає в печінці. Зазвичай глюкоза синтезується з амінокислот, гліцерину та молочної кислоти. За допомогою цього процесу вдається підтримувати в крові необхідну концентрацію глюкози, що дуже важливо для живлення мозку.
Біохімічні зміни в скелетних м'язах
При виконанні фізичної роботи в м'язах відбуваються глибокі зміни, зумовлені перш за все інтенсифікацією процесів ресинтезу АТФ.
Використання креатинфосфату в якості джерела енергії призводить до зниження його концентрації в м'язових клітинах і накопичення в них креатину.
Практично при будь-якій роботі для отримання АТФ використовується м'язовий глікоген. Тому його концентрація в м'язах знижується незалежно від характеру роботи. При виконанні інтенсивних навантажень у м'язах спостерігається швидке зменшення запасів глікогену і одночасне утворення і накопичення молочної кислоти. За рахунок накопичення молочної кислоти підвищується кислотність всередині м'язових клітин. Збільшення вмісту лактату в м'язових клітинах викликає також підвищення в них осмотичного тиску, внаслідок чого в міоцити з капілярів і міжклітинних просторів надходить вода і розвивається набухання м'язів.
Тривала м'язова робота невеликої потужності викликає плавне зниження концентрації глікогену в м'язах. У даному випадку розпад глікогену протікає аеробно, з споживанням кисню. Кінцеві продукти такого розпаду - вуглекислий газ і вода - видаляються з м'язових клітин у кров. Тому після виконання роботи помірної потужності в м'язах виявляється зменшення вмісту глікогену без накопичення лактату.
Ще одна важлива зміна, що виникає в працюючих м'язах,-підвищення швидкості розпаду білків. Особливо прискорюється розпад білків при виконанні силових вправ, причому це торкається в першу чергу скоротливі білки, що входять до складу міофіб-Рилла. Унаслідок розпаду білків у м'язових клітинах підвищується вміст вільних амінокислот і продуктів їх подальшого розщеплення - кетокислот та аміаку.
Іншим характерним зміною, що викликається м'язової діяльністю, є зниження активності ферментів м'язових клітин. Однією з причин зменшення ферментативної активності може бути підвищена кислотність, викликана накопиченням в м'язах лактату.
І нарешті, м'язова діяльність може призвести до пошкоджень внутрішньоклітинних структур - міофібрил, мітохондрій, різноманітних біомембран. Так, пошкодження мембран саркоплазматичного ретикулуму веде до порушення провадження нервового імпульсу до цистерн, що містить іони кальцію. Порушення цілісності сарколеми супроводжується втратою м'язами багатьох важливих речовин, у тому числі ферментів, які через пошкоджену антисарколемальних йдуть з м'язових клітин в лімфу і кров.
Пошкодження мембран також негативно впливає на активність іммобілізованих ферментів, тобто ферментів, вбудованих у мембрани. Ці ферменти можуть повноцінно функціонувати тільки при Наявності неушкодженою, цілісної мембрани. Наприклад, при м'язовій роботі може знижуватися активність кальцієвого насоса-ферменту, вбудованого в мембрану цистерн і забезпечує транспорт іонів кальцію з саркоплазмою всередину цистерн. Інший Приклад: при тривалій фізичній роботі зменшується активність ферментів тканинного дихання, локалізованих у внутрішній мембрані мітохондрій.
Біохімічні зрушення в головному мозку
Під час м'язової діяльності в мотонейронах кори головного мозку відбувається формування та подальша передача рухового нервового імпульсу. Обидва ці процесу - формування та передача нервового імпульсу - здійснюються з споживанням енергії молекул АТФ. Освіта АТФ в нервових клітинах відбувається аеробно, шляхом окисного фосфорилювання. Тому при м'язовій роботі збільшується споживання мозком кисню з крові, що протікає. Іншою особливістю енергетичного обміну в нейронах є те, що основним субстратом окислення є глюкоза, що надходить з потоком крові.
У зв'язку з такою специфікою енергопостачання нервових клітин будь-яке порушення постачання мозку киснем або глюкозою неминуче веде до зниження його функціональної активності, що у спортсменів може виявлятися у формі запаморочення або непритомного стану.