Избранные лекции по спортивной биохимии. Учебное пособие

необходимый уровень обмена веществ и сохранения здоровья. Биологическая ценность питательных веществ определяется их химическим составом.

Белки в организме человека выполняют в основном строительную функцию. Потребность в них составляет 1,0–1,5 г/кг, или 80–100 г в сутки. Различные продукты отличаются по содержанию белка: в мясе его 14–21 %, рыбе – 14–19 %, молоке – 28 %, сырах – 18–22 %, твороге – 11–13 %, яйцах – 10,6 %, хлебе сером – 5,1 %, белом – 7 %, гречке – 10,6 %, рисе – 6,4 %, горохе, фасоли – 19,8 %. Биологическая ценность белков пищи определяется присутствием в их составе 20 аминокислот, из которых 8 (триптофан, лейцин, изолейцин, треонин, лизин, метионин, фениланин, валин) в организме человека не синтезируются и называются незаменимыми. Белки животного происхождения содержат эти аминокислоты, поэтому их называют полноценными; растительные белки, как правило, не содержат одну или более незаменимых аминокислот и называются неполноценными. Наиболее благоприятное для организма соотношение животных и растительных белков 1:1, или 50:50. Чем ближе аминокислотный состав белков пищи к составу белков нашего организма, тем он ценнее. Источниками такого белка являются молоко, мясо (говядина, свинина, птица, кролик), яйца.

Удачное сочетание продуктов животного и растительного происхождения позволяет полностью удовлетворить потребность организма в незаменимых аминокислотах. Например, благоприятные сочетания: зернопродукты и молоко, мясо, яйца, рыба; картофель и молоко, молочные продукты; бобовые и молоко.

Белковая недостаточность питания ведет к серьезным нарушениям работы организма. В частности, снижаются процессы обновления тканей, синтез белков ферментов и гормонов, транспорт различных веществ (кислорода, липидов) снижает иммунитет. У детей может наблюдаться отставание в физическом и умственном развитии.

Липиды (от греч. lipos – жир) выполняют двоякую роль: являются источником энергии, а также поставщиками незаменимых веществ, необходимых для процессов биосинтеза. Потребность в

101

них составляет 1,0 – 1,5 г/кг, или 80–100 г в сутки. Из этого количества желательно, чтобы 2/3 жиров имели животное и 1/3 – растительное происхождение. Биологическая ценность жиров определяется присутствием в них полиненасыщенных жирных карбоновых кислот (линолевой, линоленовой, арахидоновой), которые не синтезируются в нашем организме и являются незаменимыми продуктами питания. Совокупность этих кислот называют витамином F. Ими богаты растительные масла, из животных жиров небольшое количество этих кислот содержит свиной жир. Большая часть липидов пищи приходится на нейтральные жиры, но им сопутствуют и другие жироподобные вещества. Среди них особое значение имеют фосфолипиды, которые принимают участие в построении клеточных мембран и выполнении важных биологических функций: барьерной, транспортной, рецепторной. Фосфолипидами богаты нерафинированные растительные масла, желток яйца.

В пищевых продуктах животного и растительного происхождения содержатся различные стерины. Важнейшим из животных стеринов является холестерин, являющийся в нашем организме предшественником витамина D, желчных кислот, половых гормонов, а при нарушении липидного обмена – провокатором атеросклероза. Основная часть холестерина (около 70–80 %) образуется в организме человека, 20–30 % поступает с пищей. Наиболее богаты холестерином яйца, сыры, сливочное масло, субпродукты. В растительных маслах из этой группы содержится β-ситостерин, нормализующий холестериновый обмен.

Резкое ограничение поступления жиров с пищей может привести ко многим неблагоприятным явлениям дегенеративного характера: дистрофии, ослаблению иммунитета, уменьшению количества жирорастворимых витаминов, ухудшению состояния и функций клеточных и субклеточных мембран. Кроме того, от свойств и структуры мембранных липидов во многом зависит активность мембранных ферментов, в том числе и ферментов цикла Кребса и дыхательной цепи – главных метаболических путей синтеза АТФ в клетке.

102

Углеводы являются универсальным источником энергии и позволяют сохранять работоспособность как в аэробных, так и в анаэробных условиях. Потребность в них составляет 8–11 г/кг, или 400–600 г в сутки.

Углеводы по их строению и некоторым особенностям влияния на обмен веществ разделяют на две группы: легкоусвояемые, или сахара (моно- и дисахариды), и сложные – полисахариды, усвояемые более медленно. Прием первых (глюкозы, сахарозы) приводит к быстрому (через 15–20 мин) и резкому повышению уровня сахара в крови, что не всегда благоприятно для организма. Вторые (крахмал, гликоген) расщепляются в органах пищеварения медленно, глюкоза поступает в кровь равномерно, небольшими порциями, что исключает значительное повышение ее уровня, однако способствует длительному поддержанию его в пределах физиологической нормы. Наиболее желательно, чтобы на 35 % сахаров в составе пищи приходилось 65 % полисахаридов.

Запасы углеводов, используемые для получения энергии в организме взрослого человека, невелики и составляют: глюкоза – 0,8–1,2 г/л в крови, гликоген – до 100 г в печени и 200–400 г в мышцах.

Недостаток поступления углеводов с пищей частично восполняется их синтезом из веществ неуглеводной природы. Такие механизмы в нашем организме имеются.

Пищевые волокна – это часть растительного материала пищи, состоящая из сложных углеводов: целлюлозы, гемицеллюлозы, пектинов, лигнина. Больше всего пищевых волокон содержат ржаные и пшеничные отруби (53–55 %), овощи (20–24 %) и ржаной хлеб. Это группа веществ, не выполняя питательной функции, активно влияет на обмен веществ.

Поступая в составе пищи, они могут:

-связывать воду, что приводит к их набуханию и увеличивает наполнение желудка;

-адсорбировать токсические вещества и выводить их из организма;

-адсорбировать стерины и снижать уровень холестерина;

103

-усиливать перистальтику кишечника;

-нормализовать микрофлору кишечника.

Суточная потребность в пищевых волокнах составляет 25–30 г, и она удовлетворяется потреблением примерно 400 г овощей или 300 г фруктов в сутки.

Витамины – низкомолекулярные органические соединения, регулирующие процессы жизнедеятельности, – являются незаменимым фактором питания и должны поступать с пищей. Число известных витаминов, имеющих непосредственное значение для здоровья человека, достигает 20. По отношению к воде их делят

на водорастворимые: С, РР, Р, Н, В1, В2, В3, В6, В9, В12, В15, и жирорастворимые: А, Е, К, D. Для всех витаминов установлены фи-

зиологические нормы (см. раздел «Общая биохимия»). Дефицит витаминов в организме приводит к изменениям в состоянии здоровья (табл. 9)

Таблица 9

Общая направленность обмена и состояния здоровья в зависимости от обеспеченности организма витаминами

104

Обеспеченность организма витаминами зависит от разнообразия продуктов растительного и животного происхождения в суточном рационе, а также от способов кулинарной обработки пищи, при которой может теряться от 15 до 75 % витаминов.

Потребность в витаминах увеличивается при систематической физической работе, зависит от направленности тренировочной нагрузки и этапа подготовки (табл. 10). При проживании в экологически неблагоприятных условиях потребность в витаминах также повышается. В этом случае рекомендуется использовать дополнительно отдельные витамины или поливитаминные комплексы.

Таблица 10

Рекомендуемые ориентировочные нормы суточного потребления витаминов спортсменами, мг

105

Вода в организме взрослого человека составляет 60 % всей массы тела. Потребность в ней определяется как 40–45мл/кг, или 2–2,5 л в сутки. Биологическое значение и распределение воды в организме были рассмотрены ранее. Потеря различных количеств воды приводит к следующим состояниям:

1 % – наступает чувство жажды;

2 % – снижается выносливость;

3 % – снижается сила; 5 % – снижается слюноотделение, мочеобразование, учаща-

ется пульс, появляется апатия, мышечная слабость, тошнота. Систематическое ограничение приема воды неблагоприятно

сказывается на обмене веществ, затрудняется освобождение организма от шлаков.

Минеральные соли относятся к незаменимым компонентам пищи и делятся на 2 группы: макроэлементы (натрий, калий, кальций, магний, фосфор, хлор) и микроэлементы (железо, медь, марганец, кобальт, йод, фтор, цинк, хром, селен и т. д.). Потребность в первых составляет более 100 мг, во вторых – не превышает нескольких мг в сутки. Биологическое значение минеральных солей рассмотрено в лекциях 1 и 2 в курсе общей биохимии.

Дефицит минеральных веществ возникает в определенных районах, где в почве и воде снижено их содержание. При недостаточном поступлении минеральных веществ организм может в течение некоторого времени восполнять их отсутствие путем мобилизации.

Тканевые депо организма обладают мощными резервами макроэлементов (например, костная ткань содержит кальций, магний, фосфор; мышцы – калий; кожа – натрий) и при недостаточном поступлении их с пищей восполняют дефицит. Резервы микроэлементов в тканях незначительны и должны поступать с пищей.

Биологическое значение минеральных веществ разнообразно и определяется их участием в регуляции работы многих ферментов, построении костной ткани, поддержании кислотнощелочного и водно-солевого равновесия, регуляции мышечного сокращения и т. д.

106

Потребность в основных пищевых веществах связана с общей калорийностью рациона. Согласно формуле сбалансированного питания (белки : жиры : углеводы) это составляет 14 : 30 : 56 %. Такое соотношение обусловлено различной энергоемкостью питательных веществ: при окислении 1 г белков и углеводов выделяется по 17,1 кДж, а при окислении 1 г жира – 39,0 кДж.

Спорт, с высокими физическими нагрузками, большим нерв- но-психическим напряжением, предъявляет к организму требования, находящиеся порой на грани его функциональных возможностей. В этих условиях возрастает значение всех средств, способных повысить работоспособность и выносливость, в том числе и фактора питания. Рационализацией питания можно расширить границы адаптации организма к мышечной работе, снижать нервно-психическое напряжение, управлять специфической перестройкой мышечной и других систем организма. Конечно, не следует переоценивать роль питания в достижении высоких спортивных результатов, но не подлежит сомнению, что обеспечение рационального питания при выполнении интенсивных физических нагрузок большого объема, особенно на учебнотренировочных сборах и соревнованиях, имеет важное значение.

Основной задачей питания спортсмена, как и всякого человека, является полное удовлетворение пластических и энергетических потребностей организма. Вместе с тем оно должно способствовать проявлению максимальной работоспособности и ускорять процессы восстановления.

Согласно современным научным данным, наиболее благоприятное соотношение белков, жиров и углеводов в питании спортсмена по частям составляет 1 : 0,7–0,8 : 4. Коррекция формулы сбалансированного питания в отношении доли жира объясняется особенностями удовлетворения потребности организма в кислороде. Спортивные нагрузки, как правило, связаны с возникновением кислородного дефицита, что ограничивает окисление жира во время мышечной работы. Жиры, не участвующие в энергетическом обмене, откладываются в жировых депо и увеличивают массу тела.

107

Потребность спортсмена в энергии и пищевых веществах зависит от вида спорта и объема выполненной работы и напрямую связана с особенностями метаболических процессов.

Белки. В видах спорта со сравнительно низкой интенсивностью и невысоким объемом физических нагрузок их достаточно 1,4–2,0 г/кг. При тренировках, направленных на развитие силы и увеличение мышечной массы, потребность в белках возрастает до 2,2–2,9 г/кг массы тела. Больше эту норму увеличивать нельзя, так как использование 3,0 г/кг и более перегружает организм токсическими продуктами распада белков, ограничивает работу ферментных систем, нарушает функции печени и почек. Соотношение между белками животного и растительного происхождения сохраняется 1:1.

Жиры. Потребность в них составляет от 1,7 до 2,4 г/кг массы тела, что обеспечивает около 30 % общей калорийности пищи (желательно снижение этого показателя до 25 %). В составе суточного рациона на животные жиры должно приходиться 65–80 %, а на растительные масла, содержащие незаменимые жирные карбоновые кислоты, – 20–35 %. Жиры являются одним из основных источников энергии для организма человека вне спорта и при выполнении мышечной работы умеренной мощности. Также они участвуют в построении клеточных и субклеточных мембран.

Углеводы. Норма потребления находится в пределах 8,3–14,3 г/кг массы тела, а общее количество возрастает до 800–900 г в сутки в зависимости от вида спорта и периода подготовки спортсмена. Соотношение между простыми и сложными углеводами 1:3 сохраняется.

Пищевые волокна не только улучшают пищеварение, но и снижают количество холестерина и мочевины в крови, повышают связывание аммиака и других токсических веществ в кишечнике.

Витамины. При занятиях физической культурой и спортом, особенно при больших объемах и интенсивности физических нагрузок, потребность в них возрастает.

108

Количество и спектр потребляемых витаминов определяется исходя из того, в каких биологических процессах они участвуют и как возрастает интенсивность этих биохимических обменов при различных по характеру физических нагрузках. В аэробных условиях, при выполнении длительных нагрузок, для повышения интенсивности процессов биологического окисления необходимо адекватное обеспечение витаминами В2, РР, С во время работы и в восстановительный период. При повышенном введении углеводов в организм и увеличении интенсивности углеводного обмена должно возрастать потребление витамина В1, который ускоряет окисление пировиноградной и кетоглутаровой кислот и обеспечивает нормальное протекание углеводного обмена.

При нагрузках скоростно-силовой направленности, сопровождающихся значительным повышением обмена белков, резко возрастает потребность в витамине В6.

Пантотеновая кислота (витамин В3) входит в состав коэнзима А, играющего важную роль в энергетическом обмене белков, жиров и углеводов, обеспечивая на заключительной стадии окисление их общего метаболита активной формы уксусной кислоты (ацетил-КоА) в цикле Кребса.

Соревновательная деятельность значительно увеличивает расходование организмом витаминов, поэтому восстановительный период особенно должен быть ими обеспечен. После кратковременных нагрузок (бег на короткие дистанции, прыжки, метания, гимнастика и т. д.) для восстановления достаточно двух дней, а после длительных нагрузок (марафонский бег, дальние заплывы, многодневные велогонки и т. д.) нужно не менее четырех – пяти дней.

Удовлетворить потребность организма спортсмена в витаминах в количестве, предлагаемом в таблице 10, только за счет продуктов питания практически невозможно, поэтому рекомендуется дополнительно использовать витаминизированные продукты или поливитаминные комплексы.

109

Вода. Выполнение тренировочных или соревновательных нагрузок приводит к потере веса, которая зависит не столько от расходования энергетических веществ, сколько от потери воды

(табл. 11).

Таблица 11

Потери веса в результате участия в соревновании

Примечание: * – в циклических видах спорта снижение веса прямо пропорционально увеличению дистанции, в ациклических

– обратно пропорционально весовой категории спортсмена.

Потеря воды приводит к возникновению чувства жажды, повышению вязкости крови, уменьшению в организме количества минеральных солей, нарушению осмотического давления в крови и тканях. Эти изменения негативно отражаются на работоспособности спортсмена, и устранить их необходимо, по возможности, как во время нагрузки, так и обязательно после нее. Чувство жажды при выполнении мышечной работы обусловлено двумя причинами: первая – ощущение сухости слизистой оболочки рта и глотки, вызванное снижением слюноотделения; вторая – потеря большого количества воды. Для снятия сухости достаточно прополоскать рот водой, во втором случае необходимо питье. Однако вода, выпиваемая сразу после нагрузки, плохо усваивается, значительная ее часть выводится с мочой, увлекая за собой минеральные соли.

110