Лабораторна робота № 9

Енергозабезпечення швидкісно-силових фізичних навантажень і адаптація в процесі спортивних тренувань. Визначення активності креатинкінази в сироватці крові кінетичним методом. Визначення тригліцеридів в сироватці крові за кольоровою реакцією з ацетилацетоном

Мета роботи: вивчити біохімічні і морфологічні фактори, які визначають швидкісно-силові здібності і адаптацію спортсменів в процесі спортивних тренувань. Ознайомитися з методами визначення креатинкінази, тригліцеридів в сироватці крові.

Питання для самопідготовки:

1. Які біохімічні фактори сприяють розвитку швидкісно-силових якостей спортсмена?

2. Які морфологічні фактори визначають швидкісно-силові якості спортсмена?

3. Розкрийте поняття «біохімічна адаптація».

4. Перерахуйте етапи розвитку адаптації.

5. Дайте біохімічну характеристику термінової і довготривалої адаптації.

6. Дайте біохімічну характеристику термінових відставлених і кумулятивних тренувальних ефектів.

7. Як визначити ефективність тренування за залежністю «доза-ефект»?

8. Опишіть феномен суперкомпенсації при виконанні повторних навантажень.

9. Як відбувається розвиток показників потужності, ємності і ефективності аеробної і анаеробної працездатності?

ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА

Найбільш важливими швидкісно-силовими якостями спортсмена є сила, швидкість і потужність м'язового зусилля, яке може розвиватися. Прояв їх залежить від ряду психологічних, фізіологічних і біохімічних особливостей організму.

Максимальні значення швидкісно-силових якостей досягаються при гранично високій концентрації вольового зусилля. При цьому рухові нерви включають в роботу найбільшу кількість рухових одиниць. Прояв швидкісно-силових якостей багато в чому залежить від співвідношення волокон, які швидко і повільно скорочуються і входять в м'язи, а також анатомічних особливостей будови м'язів і сухожиль.

На силу і швидкість м'язового скорочення впливає довжина саркомера, яка в середньому у людини складає 1,8 мкм. Найбільша швидкість скорочення відмічена в літальних м'язах комах і колібрі, у складі яких є найкоротші саркомери, найменша — в замикальних м'язах молюсків, у складі яких є щонайдовші саркомери. Максимальна швидкість скорочення різна в м'язових волокнах різного типу: у білих волокнах, які швидко скорочуються, вона приблизно в 4 рази вище, ніж в червоних волокнах, які скорочуються повільно.

Оскільки потужність є добутком сили на швидкість, то, виходячи з вже відомих залежностей для сили і швидкості скорочення, неважко вивести третю залежність, яка описує зміни потужності при м'язовому скороченні. Потужність, яка розвивається м'язом, залежить від сумарної АТФ-азної активності, тобто загальної швидкості розщеплювання АТФ.

Виходячи з описаної залежності між силою і швидкістю м'язового скорочення, можна встановити основні вимоги до вправ, направлених на розвиток швидкісно-силових якостей. Так, при розвитку силових можливостей (поліпшенні максимальної сили м'язів) подоланний опір повинен складати 70-100 % індивідуального ізометричного максимуму для даної групи; при розвитку швидкості скорочення – 20-40 %, а при вдосконаленні комплексного прояву сили і швидкості скорочення, тобто потужності, – 40-70 %. Необхідною вимогою до вправ швидкісно-силової спрямованості є найбільша їх відповідність структурі основної вправи і створення умов для виконання вправи з граничним зусиллям.

Структурні фактори швидкісно-силових здібностей людини (довжина саркомерів в міофібрилах, вміст волокон, які швидко і повільно скорочуються, в м'язах) генетично обумовлені, тому основним методичним шляхом поліпшення швидкісно-силових якостей спортсменів є підбір засобів і методів, які могли б поліпшити АТФ-азну активність міозину і підсилити синтез скорочувальних білків в м'язах. У швидкісно-силових видах спорту для вирішення цих завдань в даний час використовуються два основні методичні прийоми – метод максимальних зусиль і метод повторних граничних вправ.

Для тренування здібностей до максимального прояву швидкісно-силових якостей застосовуються вправи, близькі за біодинамічною структурою до змагань. Вони виконуються з граничною мобілізацією на прояв максимального зусилля з невеликою кількістю повторень з інтервалами відпочинку, достатніми для відновлення. При великій кількості повторень розвивається локальне стомлення, яке призводить до порушення координації рухів і зниження потужності скорочень. Зниження концентрації КРФ в працюючих м'язах нижче за критичне значення супроводжується посиленням гліколізу, накопиченням молочної кислоти і різким зниженням внутрішньоклітинного рН. Тому тренувальну роботу необхідно припиняти, як тільки виявляється виражене зниження максимальної потужності або різка зміна вмісту молочної кислоти і показників кислотно-лужної рівноваги крові.

Метод повторних граничних вправ застосовується для посилення синтезу скорочувальних білків і збільшення м'язової маси. Подоланний опір зазвичай не перевищує 70 % максимальної сили.

При опорах, які складають більше 50% максимальної ізометричної сили, кровотік через м'яз різко зменшується, що супроводжується появою локальної гіпоксії. У цих умовах (при дефіциті аеробної енергопродукції) значно вичерпуються алактатні анаеробні резерви, і в м'язах накопичується велика кількість вільного креатину, помітно посилюється утворення молочної кислоти в результаті гліколізу. Із-за дефіциту макроергічних сполук при виконанні великого об'єму роботи відбувається руйнування м'язових білків і накопичення продуктів їх розпаду (низькомолекулярних пептидів, амінокислот і т.п.). Продукти розщеплювання білків, як і вільний креатин, служать активаторами білкового синтезу в період відпочинку після швидкісно-силової роботи, коли відновлюється нормальне постачання тканин киснем і посилюється доставка до них поживних речовин.

Розумне поєднання і послідовність застосування обох методів в процесі тренування можуть забезпечити високий рівень розвитку швидкісно-силових якостей спортсмена.

Адаптаційні процеси до фізичних навантажень, які відбуваються в організмі, лежать в основі зростання спортивних результатів, тому знання загальних закономірностей адаптації організму до м'язової діяльності служить основою для розвитку теорії і практики тренувального процесу.

Адаптація (лат. пристосовую) – процес пристосування системи (в даному випадку організму людини) до умов зовнішнього і внутрішнього середовища, які змінюються. Можна навіть сказати, що саме життя людини в реальних умовах є постійна адаптація. Організм людини адаптується до дії різних клімато-географічних і природних факторів (атмосферний тиск і газовий склад повітря, тривалість і інтенсивність інсоляції, температура і вологість, сезонні і добові ритми, географічна довгота і широта, гори і долини і так далі), соціальних, а також факторів цивілізації. Нерідко організм адаптується до дії комплексу різних факторів.

Адаптація розвивається і тоді, коли людина змінює рівень активності: починає займатися фізкультурою, яким-небудь видом трудової діяльності, тобто у міру наростання інтенсивності виконуваних актів життєдіяльності.

Адаптаційний процес розвивається в результаті багатократного повторення фізичних вправ. Фізичні вправи – це певним чином скомпоновані м'язові рухи, основною метою яких є направлена дія на організм людини для підвищення його функціональних можливостей.

Процес адаптації розвивається в декілька стадій. Спочатку, при дії незвичайної сили подразника, в організмі можуть виникати зміни параметрів, які характеризують постійність внутрішнього середовища (гомеостазу спокою). Зміни можуть локалізуватися в якому-небудь одному органі, або охопити багато органів і систем. У відповідь на це активізуються механізми гомеостатичної регуляції, під впливом яких система прагне повернутися в початковий стан. Причому, на початку активізуються енергетичні, а потім і пластичні ресурси. Якщо цих ресурсів виявляється достатньо, а це має місце при дії невеликого за силою подразника, організм повертається в первинний стан без істотних змін. Але якщо ресурсів самого органу недостатньо, то виникає необхідність мобілізувати ресурси всього організму, тоді і починають розгортатися всі стадії процесу адаптації.

Процес адаптації до фізичних навантажень (як і до будь-якого іншого подразника) проходить в два етапи – термінова і довготривала стійка адаптація. Етап термінової адаптації – це відповідь організму на одноразову дію фізичного навантаження. Термінові адаптаційні процеси здійснюються безпосередньо під час роботи м'язів. Їх першочергове завдання полягає в мобілізації енергетичних ресурсів, транспорті кисню і субстратів окиснення до працюючих м'язів, видаленні метаболітів і створенні умов для пластичного забезпечення роботи м'язів.

Активніше функціонування неможливе без збільшення використання енергії. При інтенсивній м'язовій роботі змінюється баланс макроергічних фосфатів в клітині, зміна якого призводить до перемикання одних шляхів ресинтезу АТФ на інші (наприклад, креатинфосфатного шляху на гліколіз) з метою відновлення порушеного балансу макроергів. Зміна шляхів ресинтезу АТФ спричиняє за собою використання інших субстратів окиснення (вуглеводів, жирів), які, у свою чергу, вимагають підвищеної доставки кисню до працюючого органу.

На одноразову дію фізичного навантаження найбільш швидкі адаптаційні зміни в окремих енергетичних системах виявляються з боку алактатної анаеробної системи, потім – в системі анаеробного гліколізу, а найбільш сповільнена реакція відмічається з боку процесів аеробного окиснення. В період відновлення після закінчення вправ в першу чергу досягається суперкомпенсація вмісту креатинфосфату в м'язах, потім – глікогену і, нарешті – ліпідів і білків, які створюють субклітинні структури.

Тимчасовий порушений баланс макроергічних сполук у момент дії фізичного навантаження активує інший, складніший рівень регуляції, позначений як фактор-регулятор – проміжна ланка.

Фактор-регулятор контролює активність генетичного апарату і визначає швидкість синтезу нуклеїнових кислот і специфічних білків в клітині. В ролі фактора-регулятора в скелетних м'язах можуть виступати: АМФ, яка утворюється при міокіназному ресинтезі АТФ, а також деякі пептиди, стероїдні гормони.

При регулярних фізичних тренуваннях або при дії специфічних природних факторів на організм спортсмена (наприклад, перебування в умовах високогір'я) перша стадія поступово переходить в другу – довготривалу або морфологічну, яка супроводжується змінами структури м'язової тканини і підвищенням функціональних резервів організму. Цей етап адаптації характеризується структурними і функціональними змінами в організмі, які помітно збільшують його можливості. Він розвивається на основі багатократної реалізації термінової адаптації.

В процесі довготривалої адаптації організму під впливом фізичних навантажень характерні адаптаційні зміни в метаболізмі:

- посилення процесів енергетичного обміну і посилення синтезу нуклеїнових кислот;

- посилення процесів біосинтезу різних білків відбувається при активації генів, які несуть інформацію про структуру цих білків (міозину, актину, міоглобіну, деяких ферментів і ін.);

- підвищення запасів енергетичних ресурсів, як в скелетних м'язах, так і в інших тканинах і органах;

- розширення потенційних можливостей ферментативного апарату;

- вдосконалення механізмів регуляції обміну речовин за участю нервової і ендокринної систем.

В процесі розвитку тренованості організму відбувається поступове вдосконалення механізмів внутрішньоклітинної регуляції, головним з яких є посилення синтезу специфічних ферментів, яке призводить до збільшення кількості молекул ферменту і, як наслідок, до збільшення загальної каталітичної активності.

Тренована людина може виконати субмаксимальне навантаження з меншими змінами метаболізму; наприклад, з меншою продукцією молочної кислоти, а, отже, і з меншим зниженням рН. За таких умов підвищується інтенсивність ліполізу, оскільки низький рівень молочної кислоти знімає її інгібуюча дія на ліпази. Висока активність ферментів жирового обміну в скелетних м'язах дозволяє окиснювати великі кількості вільних жирних кислот, які доставляються кровотоком в м'язи, а також використовувати для цих цілей внутрішньом'язові тригліцериди.

Багаторічні тренування призводять до наступних адаптаційних змін:

• збільшення запасів внутрішньом'язових джерел енергії – креатинфосфату, глікогену;

• підвищення активності ферментів гліколізу, циклу Кребса, β-окиснення вищих жирних кислот (ВЖК), ланцюга електронтранспорту (ці зміни сприяють швидкому і тривалішому поповненню запасів АТФ);

• підвищення активності ферментів, які беруть участь в гідролізі АТФ під час м'язового скорочення, а також ферментів, які каталізують його ресинтез;

• посилення процесів біосинтезу міозину, актину, міоглобіну при активації генів, які несуть інформацію про структуру цих білків;

• поступове вдосконалення механізмів внутрішньоклітинної регуляції, головним з яких є посилення синтезу специфічних ферментів і, як наслідок, до збільшення загальної каталітичної активності.

В процесі довготривалої адаптації найшвидше змінюються показники потужності біоенергетичних процесів, потім – енергетичної ємності і лише на завершальній стадії адаптації помітно поліпшуються показники метаболічної ефективності.

Не дивлячись на те, що процеси адаптації розвиваються за єдиною схемою, з використанням єдиних механізмів, вираженість їх у різних людей індивідуальна і обумовлена як природженими, так і набутими особливостями організму людини.

Особливо слід вказати, що у зв'язку з участю вищих відділів кори півкуль в розвитку процесів адаптації, вольовим настроєм можна підвищити рівень фізіологічних резервів і організм може витримувати більш виражені зрушення гомеостазу.

Властивість організму до адаптації можна розглядати як міру його індивідуального здоров'я. Стан здоров'я людини визначається кількістю і потужністю його адаптаційних резервів.

Оскільки всі адаптаційні процеси носять фазний характер, в теорії і практиці спорту прийнято виділяти три різновиди тренувального ефекту: терміновий, відставлений і кумулятивний.

Терміновий тренувальний ефект визначається величиною і характером біохімічних змін в організмі, які відбуваються безпосередньо під час дії фізичного навантаження і в період термінового відновлення (30-90 хв після закінчення роботи), коли йде ліквідація кисневого боргу.

Відставлений тренувальний ефект спостерігається на пізніх фазах відновлення після фізичного навантаження. Суть його складають процеси, направлені на заповнення енергетичних ресурсів і прискорене відновлення зруйнованих при роботі і знов синтезованих клітинних структур.

Кумулятивний тренувальний ефект виникає як результат послідовного підсумовування слідів багатьох навантажень або великого числа термінових і відставлених ефектів. Для даного тренувального ефекту характерні біохімічні зміни, пов'язані з посиленням синтезу нуклеїнових кислот і білків, які спостерігаються впродовж тривалого періоду тренування. Ефект виражається в прирості показників працездатності і поліпшенні спортивних досягнень.

Фізичні вправи розвивають три основні фізичні якості: силу, швидкість і витривалість. Різний тип фізичних вправ призводить до різних фізіологічних і метаболічних адаптаційних змін в м'язах.

Адаптаційні зміни під впливом вправ на витривалість:

- трохи збільшується відносна маса м'язів (9%) і зовсім не збільшується товщина м'язових волокон;

- незначні зрушення у вмісті білків міофибрил і саркоплазматичного ретикулуму;

- помітно збільшується вміст білків саркоплазми і міоглобіну (у тренованих людей – 80%), кількість мітохондрій в м'язових волокнах і їх кількість на одиницю площі;

- істотне збільшення окиснювальних ферментів, яке говорить про підвищення аеробного ресинтезу АТФ;

- трохи змінюються показники анаеробного ресинтезу.

ПРАКТИЧНА ЧАСТИНА