11.1. Срочные биохимические изменения

Срочные изменения начинают происходить в организме, как правило, еще до начала выполнения работы – в предстартовом состоянии. Под влиянием возбуждения, возникающего в центральной нервной системе, усиливается деятельность желез внутренней секреции, в частности, гипофиза, надпочечников. Увеличивается продукция адренокорткотропного гормона, адреналина. Под действием адреналина ускоряются реакции энергетического обмена в мышечной ткани, увеличивается ЧСС, объем циркулирующей крови, повышается тонус кровеносных сосудов внутренних органов, что приводит к снижению в них кровотока.

В мышечной ткани повышается концентрация продуктов энергетического обмена (АМФ, молочной кислоты, СО₂ и др.), которые выходят в кровь и способствуют расширению мышечных капилляров. В результате происходит перераспределение кровотока: увеличение в мышечной ткани и уменьшение во внутренних органах.

Однако, наиболее выраженные изменения происходят непосредственно во время выполнения работы. Изменения нарастают по мере выполнения работы и достигают максимальных значений в момент ее завершения. Они захватывают работающие мышцы, кровь, другие органы и ткани. Срочные биохимические изменения заключаются в снижении содержания ряда веществ, затрачиваемых, распадающихся при выполнении работы, повышении содержания промежуточных и некоторых конечных продуктом метаболизма, изменении активности ферментов, продукции и содержания гормонов в крови, изменении активной реакции среды (рН) в разных тканях организма, усилении газообмена (увеличении потребления и утилизации кислорода, увеличения образования и вывода из организма СО₂), увеличении потери воды и минеральных соединений.

Наиболее выраженные срочные изменения прямо или косвенно связаны с энергетическим обеспечением работы. Любая мышечная работа сопряженна со значительными затратами энергии. Поэтому происходит заметное снижение содержания запасных источников энергии: креатинфосфата, гликогена, жиров. Используется как мышечный гликоген, так и гликоген печени.

Мышцы имеют собственные запасы жиров, которые используются в качестве источника энергии. Кроме того, могут использоваться жиры из организменных жировых депо: подкожной жировой ткани, сальников, брыжеек. Мобилизация энергетических ресурсов организма приводит не только к снижению содержания гликогена и жиров в мышцах, печени, жировой ткани, но и изменению содержания в крови продуктов мобилизации (глюкозы, глицерина, жирных кислот, кетоновых тел), а также промежуточного продукта превращений углеводов – молочной кислоты.

Существенные изменения происходят и в белковом обмене. Из-за увеличения нагрузки усиливается расщепление белков, участвующих в обеспечении мышечной работы: сократительных белков, белков ферментов, гемоглобина, миоглобина, белков связок, сухожилий и многих других. В то же время из-за дефицита энергии, которая тратится на обеспечение мышечной работы, синтез белков, являющийся энергоемким процессом, приостанавливается. В итоге к концу работы в организме понижается содержание белков, в первую очередь тех, которые имели отношение к обеспечению работы. Напротив, содержание промежуточных и, в меньшей степени, конечных продуктов белкового обмена оказывается повышенным. Так, содержание свободных аминокислот в клетках может увеличиться в несколько раз. При этом часть аминокислот используется в качестве источника энергии или в качестве сырья для синтеза глюкозы. Оба эти пути превращений аминокислот ведут к усиленному образованию мочевины – важнейшего азотосодержащего конечного продукта белкового обмена.

Образование в работающих мышцах продукта анаэробного обмена углеводов - молочной кислоты, вызывает в них сдвиг активной реакции внутренней среды в кислую сторону. Это приводит к снижению активности многих ферментов, повышению осмотического давления внутри мышечных волокон и переходу в них воды из межклеточного пространства. Кроме того, под влиянием молочной кислоты повышается активность внутриклеточных ферментов протеингидролаз, усиливающих расщепление белков.

Обладая высокой диффузионной способностью, молочная кислота сравнительно легко выходит из мышечной ткани в кровь. В результате понижается ее содержание в мышечной ткани и степень воздействия на нее. Кроме того, молочная кислота начинает активно использоваться некоторыми тканями, в частности, сердцем, которое усиленно окисляет ее, используя в качестве источника энергии. При интенсивной работе и повышенном содержании молочной кислоты с крови 60-70% энергетических потребностей сердца удовлетворяется за счет окисления молочной кислоты.

Молочная кислота может использоваться в качестве источника энергии волокнами аэробного типа – медленно сокращающимися волокнами. Часть молочной кислоты, попадая в печень и почки, преобразуется в глюкозу.

Таким образом, в организме человека имеются достаточно эффективные механизмы устранения и использования молочной кислоты уже по ходу выполнения работы

Повышение содержания молочной кислоты в крови и вызываемый ею сдвиг реакции крови в кислую сторону, влияет на деятельность ряда систем организма. Так, оказывается возбуждающее воздействие на рецепторы дыхательного центра, что приводит к чрезмерному усилению внешнего дыхания и, следовательно, к непроизводительному расходу энергии на чрезмерно интенсивную работу дыхательных мышц.

Как известно, часть энергии, освобождающейся в превращениях, приводящих к ресинтезу АТФ, и на этапе использования АТФ для выполнения работы освобождается в виде тепла. При выполнении мышечной работы из-за высокой интенсивности энергетического обмена количество тепловой энергии оказывается столь значительным, что требует интенсивного функционирования системы терморегуляции. С уходящей с потом водой теряются минеральные вещества, в первую очередь ионы натрия, кальция, калия и др. При этом надо учитывать, что вода теряется не только с потом, но и с дыханием, интенсивность которого при мышечной работы значительно повышается.

Мышечная работа всегда совершается на фоне повышенной продукции и содержания гормонов в крови, которые обеспечивают повышение активности ферментов, мобилизацию энергетических субстратов, усиливают работу сердца, влияют на тонус кровеносных сосудов, повышают возбудимость центральной нервной системы и оказывают другие полезные для обеспечения работы воздействия на организм.

При выполнении мышечной работы происходят существенные изменения в газообмене: увеличивается потребление кислорода, образование и выделение СО₂. Пока потребление О₂ не достигло максимальных значений, между уровнем потребления кислорода и мощностью упражнения существует линейный характер зависимости: чем интенсивней выполняемая работа, тем выше уровень потребления кислорода.

Приведенный перечень возможных биохимических изменений при выполнении мышечной работы нельзя считать исчерпывающим.

Изменение одних биохимических показателей при работе носит прямолинейный характер: постепенное снижение содержания энергетических субстратов, некоторых белков. Динамика других показателей может иметь более сложный характер. Так, повышение содержания глюкозы в крови на начальных этапах работы может затем сменяться постепенным ее снижением. Аналогичным образом может изменяться активность ферментов. Повышенная (или повышающаяся) активность в начале работы и, как правило, пониженная к моменту ее окончания.

Срочные биохимические изменения характеризуются специфичностью, т.е. их характер и глубина находятся в зависимости от особенностей выполняемой мышечной работы. Конкретные срочные биохимичекие изменения и их зависимость от особенностей выполняемой работы будут рассмотрены ниже.