4. Биохимические изменения в организме при мышечной деятельности

1. Факторы, влияющие на биохимические изменения при мышечной деятельности

Мышечная работа– мощный стимулятор, приводящий к биохимическим изменениям в организме (клетках, тканях, органах) – биохимического состава, особенностей обмена веществ.

Биохимические изменения в организме при мышечной работе могут быть связаны со следующими факторами:

1. Степенью обеспеченности клеток кислородом.

2. Интенсивностью расходования и ресинтеза АТФ.

3. Преобладающим типом реакций ресинтеза АТФ.

4. Преобладающим процессом, выигравшим конкуренцию за источники энергии и, прежде всего, АТФ.

5. Функциональной активностью нервной и эндокринной систем, активностью органов, тканей, клеток.

6. Характером, мощностью и длительностью мышечной работы и др.

Перечисленные факторы в неодинаковой степени приводят к биохимическим изменениям в различных тканях и органах организма.

2. Особенности обеспечения мышц кислородом при мышечной деятельности

Важнейшим фактором, определяющим возможности энергообеспечения работающих мышц (4.7, 4.8), является скорость доставки к ним кислорода. Установлено, что в покое к тканям доставляется 250-300 мл кислорода в минуту, а во время работы – до 5-6 л О2/мин. и более (в зависимости от мощности работы) (4.1, 4.2). Однако, при переходе от состояния покоя к интенсивной мышечной работе, необходимая потребность тканей в кислороде обеспечивается не сразу. Для этого необходимо соответствующее усиление деятельности дыхания и кровообращения, которая происходит благодаря совместной работе нервной и эндокринной систем. Так, уже в предстартовом состоянии, под влиянием нервной импульсации, увеличивается образование гормона адреналина. Адреналин расслабляет гладкие мышцы бронхов (что облегчает газообмен в легких), увеличивает ЧСС и объем циркулирующей крови, расширяет кровеносные капилляры и суживает сосуды внутренних органов. Происходит перераспределение кровотока в организме и улучшается кровоснабжение работающих мышц, а, следовательно, и потребление ими кислорода.

В зависимости от степени удовлетворения организма в кислороде, по ходу выполнения мышечной работы, различают следующие состояния:

1. Истинное устойчивое состояние (ИУС)– потребность в кислороде полностью удовлетворяется его доставкой в каждый данный момент времени (например, при равномерной работе малой мощности – бег на длинные дистанции, при ЧСС несколько больше 150 уд/мин.) (4.3). В результате мышечная работа выполняется преимущественно за счет аэробных процессов. Уровень потребления кислорода в ИУС зависит от мощности выполняемой работы. Например, при беге в умеренном темпе на уровне 1 л/мин., при более быстром беге – на уровне 2 или 3 л/мин. Уровень ИУС может изменяться в процессе самой работы, если ее интенсивность будет понижаться или повышаться.

2. Неустойчивое состояние (НУС)– потребность в кислороде возрастает по мере выполнения работы (например, при работе средней и субмаксимальной мощности – бег на 400, 800 и 1500 м, при ЧСС 150-180 уд/мин). В результате мышечная работа выполняется частично за счет аэробных и частично – анаэробных (гликолиза) процессов (4.3).

3. Ложное устойчивое состояние (ЛУС)– потребность в кислороде достигает МПК (максимальное потребление кислорода) и далее сохраняется на этом уровне до конца работы (например, при работе максимальной мощности – бег на 100, 200 м, при ЧСС 160-180 уд/мин.) (4.3, 4.4, 4.9). В этом случае постоянно повышенный уровень потребления кислорода связан не с удовлетворенностью организма в кислороде, а с исчерпыванием возможностей сердечно-сосудистой системы по доставке кислорода к тканям. В результате мышечная работа производится в основном за счет анаэробных процессов.

Количество кислорода, необходимое для полного удовлетворения энергетических потребностей организма за счет аэробных процессов, называется кислородным запросом(О2-запрос) или реальной потребностью в кислороде (4.5, 4.8).

При интенсивной работе реальное потребление кислорода или кислородный приход(О2-приход) составляет только часть О2-запроса. Недостающая часть кислорода (разность между О2-запросом работы и О2-приходом) называетсякислородным дефицитом(О2-дефицит) организма (4.5).

Величина О2-дефицита возрастает с мощностью выполняемой работы (4.5). Чем выше О2-запрос, тем в большей степени активируются анаэробные реакции ресинтеза АТФ, что приводит к накоплению в организме недоокисленных продуктов анаэробного окисления (молочной кислоты,-глицерофосфата и др.). Для их устранения (утилизации) протекают реакции либо их окисления (до СО2и Н2О), либо превращения их в исходные вещества.

Установлено, что во время работы в условиях УС, часть образовавшихся недоокисленных продуктов утилизируется уже по ходу работы, а другая часть – после работы. Если во время работы УС не устанавливается, либо устанавливается ЛУС, - утилизация накопившихся по ходу работы недоокисленных продуктов происходит после завершения работы. Следовательно, для утилизации недоокисленных продуктов в период отдыха необходимо дополнительное количество кислорода. Поэтому потребность организма в кислороде после мышечной работы остается некоторое время повышенной (по сравнению с уровнем покоя). Это дополнительное количество кислорода называется кислородным долгом(О2-долг) (4.5), который всегда выше О2-дефицита и возрастает с интенсивностью и продолжительностью работы (4.5, 4.8).

В зависимости от характера мышечной работы, ведущими в образовании О2-долга являются различные факторы. Так, при интенсивной кратковременной работе этим фактором является ресинтез КФ и АТФ. При более длительной мышечной работе – утилизация недоокисленных продуктов (прежде всего молочной кислоты), ресинтез гликогена и другие процессы.

Установлено, что после мышечной работы, совершаемой в условиях УС (легкая работа), О2-долг восстанавливается на 50 % за 27-30 сек., а полностью – за 2-3 мин. При более интенсивной мышечной работе в восстановлении О2-долга различают две фазы:

• фаза быстрого восстановления (алактатная фаза) – креатинфосфатная фаза энергообеспечения (на графике – быстрый спад) (4.5);

• фаза медленного восстановления (лактатная фаза) – гликолитическая фаза энергообеспечения (на графике – медленный спад) (4.5).

Причем, после длительной и интенсивной мышечной работы О2-долг за счет гликолитической фазы восстанавливается на 50% за 15-20 мин., а полностью – за 1,5-2 часа.