Тема 13. Биохимические изменения в организме при работе различного характера. Биохимические изменения при утомлении.

3.13.1. Общие изменения в организме при физической нагрузке

Биохимические изменения при мышечной деятельности происходят не только в работающих мышцах, но и во многих органах и тканях. Уже в предстартовом состоянии активируются железы внутренней секреции, активируется симпатическая нервная система, увеличивается выброс адреналина в кровь. Активация симпатической нервной системы и адреналина приводит к увеличению частоты сердечных сокращений и обмена циркулирующей крови. Увеличение в крови содержания молочной кислоты, углекислоты, усиление выброса катионов калия и выделение ацетилхолина расширяет стенки капилляров в мышцах. Адреналин сужает капилляры внутренних органов. С началом мышечной работы происходит перераспределение кровотока в организме и улучшение кровоснабжения работающих мышц. Адреналин расслабляет гладкие мышцы бронхов, облегчая газообмен. Все эти изменения увеличивают доставку кислорода к работающим мышцам и улучшению их работоспособности.

В процессе физической работы изменяется скорость энергетического обмена в сердечной мышце. В состоянии относительного покоя основным источником энергии для миокарда являются жирные кислоты, кетоновые тела, глюкоза. При напряженной физической работе миокард начинает окислять лактат, поэтому запас гликогена в нем почти не расходуется.

В головном мозге во время мышечной деятельности усиливается энергообмен, что выражается в повышении потребления глюкозы и кислорода, повышении скорости обновления гликогена и фосфолипидов, усилении распада белков и накоплении аммиака. При очень продолжительной работе может снижаться запас макроэргов, что вызывает утомление.

Мышечная работа вызывает изменение содержания в крови белков и продуктов их распада. Отмечается увеличение содержания белков в плазме крови (белков-ферментов) за счет их выхода из работающих мышц, изменяется соотношение между различными белками крови, увеличивается количество продуктов распада белков – аминокислот, поступающих из мышечных клеток и печени аммиака и мочевины.

3.13.2. Биохимические изменения в мышцах при физической нагрузке

При переходе от состояния покоя к интенсивной мышечной деятельности изменяются многие биохимические показатели в крови, в первую очередь, во много раз возрастает потребность в кислороде, которая сразу не может быть удовлетворена. Поэтому вначале включаются неаэробные механизмы ресинтеза АТФ. Уменьшение концентрации АТФ смещает равновесие креатинфосфокиназной реакции вправо: используется креатинфосфат. Затем включается гликолиз. Системе окислительного фосфорилирования необходима для запуска 1 минута. Это пусковая фаза мышечной работы.

Дальше изменения метаболизма зависят от интенсивности мышечной работы:

а) если мышечная работа длительная, но небольшой интенсивности, то в дальнейшем клетка получает энергию путем окислительного фосфорилирования - это работа в "аэробной зоне“ ;

б) если мышечная работа субмаксимальной интенсивности, то - дополнительно к окислительному фосфорилированию включается гликолиз - это наиболее тяжелая мышечная работа - возникает “кислородная задолженность”, это - работа "в смешанной зоне”;

в) если мышечная работа максимальной интенсивности, но непродолжительная, то механизм окислительного фосфорилирования не успевает включаться. Работа идет исключительно за счет гликолиза. После окончания максимальной нагрузки лактат поступает из крови в печень, где идут реакции глюконеогенеза, или лактат превращается в пируват, который дальше окисляется в митохондриях. Для окисления пирувата нужен кислород, поэтому после мышечной работы максимальной и субмаксимальной интенсивности потребление кислорода мышечными клетками повышено - возвращается кислородная задолженность (долг).

Таким образом, энергетическое обеспечение разных видов мышечной работы различно. Поэтому существует специализация мышц, причем обеспечение энергией у разных мышечных клеток принципиально различается: есть "красные" мышцы и "белые" мышцы.

Красные мышцы - “медленные” оксидативные мышцы. Они имеют хорошее кровоснабжение, много митохондрий, высокая активность ферментов окислительного фосфорилирования. Предназначены для работы в аэробном режиме. Например, такие мышцы служат для поддержания тела в определенном положении (позы, осанка).

Белые мышцы - “быстрые”, гликолитические. В них много гликогена, у них слабое кровоснабжение, высока активность ферментов гликолиза, креатинфосфокиназы, миокиназы. Они обеспечивают работу максимальной мощности, но кратковременную.

У человека нет специализированных мышц, но есть специализированные волокна: в мышцах-разгибателях больше "белых" волокон, в мышцах спины больше "красных" волокон.

Существует наследственная предрасположенность к мышечной работе - у одних людей больше "быстрых" мышечных волокон - им рекомендуется заниматься теми видами спорта, где мышечная работа максимальной интенсивности, но кратковременная (тяжелая атлетика, бег на короткие дистанции и т.п.). Люди, в мышцах которых больше "красных" ("медленных") мышечных волокон, наибольших успехов добиваются в тех видах спорта, где необходима длительная мышечная работа средней интенсивности, например, марафонский бег (дистанция 40 км). Для определения пригодности человека к определенному типу мышечных нагрузок используется пункционная биопсия мышц.

В результате скоростных тренировок (bodybuilding) утолщаются миофибриллы, кровоснабжение возрастает, но непропорционально увеличению массы мышечных волокон, количество актина и миозина возрастает, увеличивается активность ферментов гликолиза и креатинфосфокиназы. Более полезны для организма тренировки "на выносливость". При этом мышечная масса не увеличивается, но увеличивается количество миоглобина, митохондрий.