Биохимические основы бега реферат
Обновлено: 05.07.2024
2.1. Биохимические изменения в организме при занятиях легкой атлетикой
2.2.1. Бег на короткие дистанции (100 и 200 м)
Данные упражнения относятся к упражнениям максимальной мощности (10.3).
Потребляемое количество кислорода из-за кратковременности работы никогда не достигает максимума. После работы образуются значительные величины кислородного долга (О2-долг) – 96-92 % от кислородного запроса (О2-запрос). С увеличением степени тренированности, при беге с рекордной для спортсмена скоростью, наблюдается не уменьшение, а возрастание величины О2-долга.
Основной механизм энергообеспечения при беге на 100 м – анаэробный алактатный (креатинфосфатный), а при беге на 200 м – существенную роль играет анаэробный лактатный (гликолитический) механизм (10.3, 10.4).
В мышцах снижается содержание аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), креатинфосфата (КФ) и гликогена; повышается содержание креатинина, неорганического фосфора, молочной кислоты. Повышается активность ферментов анаэробного обмена.
Из-за кратковременности работы содержание глюкозы в крови во время работы практически не изменяется, а после ее завершения – возрастает. Причем это связано как с уровнем тренированности спортсмена (10.5), так и со степенью его возбудимости: у уравновешенных – практически не изменяется, у легковозбудимых – увеличивается, у легкозатормаживающихся – снижается (от нормы), а также зависит от характера тренировочных занятий (10.6).
Увеличение содержания молочной кислоты в крови (10.4) происходит после завершения работы – через 30-60 сек. (после бега на 100 м) и на 2-3 мин. (после бега на 200 м) – до 100-150 мг% и более, и зависит от степени тренированности спортсмена (10.5). Уменьшаются щелочные резервы крови (≈ на 40-50 %), используемые для нейтрализации молочной кислоты. После завершения работы наблюдается и некоторое снижение в крови содержания свободных жирных кислот (10.5).
Биохимические изменения при беге на отрезки коротких дистанций схожи с приведенными выше. Однако они зависят в большей степени от величины интервалов отдыха между забегами. Так, сокращение продолжительности отдыха между забегами приводит к возрастанию анаэробного креатинфосфатного энергообеспечения над гликолитическим, что отражается на незначительном увеличении молочной кислоты в крови (+ 20, + 50 мг%).
Восстановление после работы протекает сравнительно быстро и завершается к 30-40 мин. восстановительного периода.
2.1.2. Бег на средние дистанции (400 м, 400 м с барьерами, 800 и 1500 м)
Данные упражнения относятся к зоне субмаксимальной мощности (10.3).
Потребляемое количество кислорода достигает максимальных величин (обычно к концу дистанции, либо во второй половине более длинных дистанций).
Основной механизм энергообеспечения – анаэробный алактатный (гликолитический) (10.3, 10.4), но важную роль играет креатинфосфатный и аэробный процессы (значимость аэробного механизма энергообеспечения повышается с увеличением продолжительности работы). Работа сопровождается повышением активности ферментов энергетического обмена, накоплением в организме (крови) молочной кислоты – от 150 до 250 мг% и более (10.3, 10.5), снижением щелочных резервов крови (≈ на 50-60 %), сдвигом рН крови в кислую зону (до значений 7,0-6,9).
Накопление молочной кислоты в крови усиливает проницаемость почечных канальцев, вследствие чего в моче появляются молочная кислота и белок. В мышцах и, отчасти, в крови повышается концентрация пировиноградной кислоты, креатина, фосфорной кислоты. Происходит повышение сахара (глюкозы) в крови – от 150 до 240 мг%. У малотренированных, в результате преждевременного развития тормозных процессов, может наблюдаться уменьшение содержания сахара в крови (чаще при беге на 400 и 800 м, чем на 1500 м).
Выполнение упражнений сопровождается значительным снижением содержания внутриклеточных энергетических субстратов – креатинфосфата и, особенно, гликогена (расход гликогена печени из-за кратковременности работы не столь значителен).
Продолжительность восстановительного периода после бега на средние дистанции составляет 1 – 2 часа.
2.1.3. Бег на длинные дистанции (3000-10000 м) и спортивная ходьба
Данные упражнения относятся к зоне большой мощности и характеризуются наличием тех или иных уровней устойчивого состояния. О2-долг составляет 30-15 % от О2-запроса.
Основной механизм энергообеспечения – аэробный процесс (но роль гликолиза еще достаточно велика) (10.3, 10.4). Субстратами (источниками) окисления являются глюкоза, гликоген печени и мышц, свободные жирные кислоты и кетоновые тела. Возрастает содержание гемоглобина в крови за счет выхода в кровяное русло из депо богатой гемоглобином крови.
Содержание молочной кислоты в крови находится в пределах 80-120 – 150 мг% и даже выше, и связано оно с особенностями прохождения дистанции (на финише – меньше), с изменениями тактики бега (броски и ускорения приводят к ее возрастанию, а повторные ускорения – сопровождаются меньшим ее повышением), с уровнем тренированности (10.5), характером тренировок (10.6). Щелочные резервы снижаются на 10-12 %. С мочой выделяется вдвое меньше белка (по сравнению со средними дистанциями).
Содержание сахара в крови чаще бывает повышенным, но зависит от длины дистанции (на более длинных дистанциях – пониженным), уровня тренированности ( у малотренированных – выше) (10.5), тактики бега, степени заторможенности спортсмена (у легкозатормаживающихся – снижение в связи с уменьшением мобилизации сахара, а не с углеводными запасами). Возрастает мобилизация жира и в крови возрастает содержание свободных жирных кислот и кетоновых тел (и в тем большей степени, чем ниже уровень молочной кислоты в крови). Снижается содержание гликогена печени и мышц. Снижается вес тела ( на 1-1,5 кг и более) в связи с повышением температуры тела (до 39 о С) и интенсивным потоотделением (у более тренированных – в меньшей степени).
Изменения, обеспечивающие повышение анаэробных гликолитических возможностей, близки тем, которые наблюдаются у бегунов на средние дистанции, но выражены менее отчетливо.
Восстановление после работы протекает от 6-12 часов до 1 суток.
Биохимические изменения в организме, происходящие при спортивной ходьбе, близки бегу на длинные дистанции. Например, близки величины содержания молочной кислоты в крови, но наблюдается чаще снижение сахара в крови, повышение содержания в крови жирных кислот, кетоновых тел, фосфатидов. Увеличиваются потери фосфатов, хлоридов натрия и калия, в моче обнаруживается больше продуктов белкового обмена.
2.1.4. Бег на сверхдальние дистанции (15, 20, 30 км, марафонский бег – 42 км 195 м)
Данные упражнения относятся к зоне умеренной мощности.
О2-долг составляет 10-2 % от О2-запроса.
Основной механизм энергообеспечения – аэробное окисление (за исключением стартового разбега, рывков на дистанции, финишном ускорении). В основном работа совершается в истинном устойчивом состоянии (т.е. аэробные процессы совершаются за счет кислорода, полностью удовлетворяющего энергетические потребности работы) (10.3).
Источниками энергии являются глюкоза, гликоген печени и мышц, а в дальнейшем – свободные жирные кислоты, кетоновые тела, аминокислоты белков.
Повышение уровня молочной кислоты сравнительно невелико – от 17 до 70 мг% и зависит от тактики бега, условий работы (10.8) и степени тренированности спортсмена. В начале бега – ее увеличение больше, чем в конце. Увеличивается ее содержание и при ускорениях на дистанции. Сравнительно невелико и ее выделение с мочой.
Изменения в содержании липидов и их метаболитов – кетоновых тел, жирных кислот аналогичны при беге на длинные дистанции, но более значительно снижение в крови фосфатидов.
Потеря веса тела, например, у марафонцев (от 2 до 4 кг), за счет потерь воды (вследствие повышения температуры тела – 39,5 о С, интенсивности потоотделения). Наблюдается некоторое сгущение крови, что отражается на работоспособности сердца. Восстановление после работы завершается на 2-3 сутки.
Организм человека, а уж тем более спортсмена, никогда не работает в "линейном" (неизменном) режиме. Очень часто тренировочный процесс может заставить его перейти на предельно возможные для него "обороты". Для того, чтобы выдержать нагрузку, организм начинает оптимизировать свою работу под данный тип стресса. Если рассматривать именно силовой тренинг (бодибилдинг, пауэрлифтинг, тяжелая атлетика и пр.), то первым, кто подает сигнал в теле человека о необходимых временных перестройках являются наши мышцы. Мышечная деятельность вызывает изменения не только в работающем волокне, но и приводит к биохимическим изменениям во всем организме. Усилению мышечного энергетического обмена предшествует значительное повышение активности нервной и гуморальной систем.
Переходя из состояния покоя к активной мышечной работе, потребность в кислороде значительно возрастает, поскольку последний является конечным акцептором электронов и протонов водорода системы дыхательной цепи митохондрий в клетках, обеспечивая процессы аэробного ресинтеза АТФ.
Интенсификация обменных процессов нервной ткани выражается в следующем: 1. Увеличивается потребление глюкозы и кислорода в крови. 2. Повышается скорость восстановления гликогена и фосфолипидов. 3. Усиливается распад белков и образование аммиака. 4. Снижается общее количество запасов макроэргических фосфатов.
Изменение скорости метаболических процессов при мышечной деятельности зависит от: - Общего количества мышц, которые участвуют в работе; - Режима работы мышц (статический или динамический); - Интенсивности и продолжительности работы; - Количества повторов и пауз отдыха между упражнениями.
В зависимости от количества мышц, участвующих в работе, последняя делится на локальную (в исполнении участвуют менее 1/4 всех мышц), региональную и глобальную (участвуют более 3/4 мышц). Локальная работа (шахматы, стрельба) - вызывает изменения в работающей мышце, не вызывая биохимических изменений в организме в целом. Статический режим мышечного сокращения приводит к пережиму капиляров , а значит к худшему обеспечения кислородом и энергетическими субстратами работающие мышцы. В качестве энергетического обеспечения деятельности выступают анаэробные процессы. Отдыхом после выполнения статической работы должна быть динамическая низкоинтенсивная работы.
Глобальная работа (ходьба, бег, плавание, лыжные гонки, хоккей и др..) - вызывает большие биохимические изменения во всех органах и тканях организма, наиболее сильно активизирует деятельность дыхательной и сердечно-сосудистой систем. В энергообеспечении работающих мышц чрезвычайно велик процент аэробных реакций. Динамический режим работы гораздо лучше обеспечивает кислородом работающие мышцы, потому попеременное сокращение мышц действует как своеобразный насос, проталкивая кровь сквозь капилляры.
Из всего сказанного можно сделать несколько простых выводов: 1) Во время тренировочного процесса идет интенсивный расход различных ресурсов (кислород, жирные кислоты, кетоны, белки, гормоны и многое другое). Именно поэтому организм спортсмена постоянно нуждается в обеспечении себя полезными веществами (питание, витамины, пищевые добавки). Без подобной поддержки велика вероятность причинить вред здоровью. 2) При переходе в "боевой" режим телу человека требуется некоторое время, чтобы адаптироваться к нагрузке. Именно поэтому не стоит с первой минуты тренировки предельно себя нагружать - организм просто к этому не готов. 3) По окончании тренировки тоже нужно помнить, что опять же требуется время, чтобы тело из возбужденного состояния перешло в спокойное. Хорошим вариантом для решения данного вопроса является заминка (снижение тренировочной интенсивности). 4) У организма человека есть свои пределы (ЧСС, давление, количество полезных веществ в крови, скорость синтеза веществ). Исходя из этого нужно подбирать оптимальный под себя тренинг по интенсивности и продолжительности, т.е. найти ту середину, при которой можно получить максимум положительного и мимимум отрицательного. 5) Должна использоваться как статика, так и динамика!
По теме: методические разработки, презентации и конспекты
Урок в 6 классе по теме "Регуляция процессов жизнедеятельности организмов. Раздражимость".
Презентация к уроку биологии в 6 классе по теме "Регуляция процессов жизнедеятельности организмов. Раздражимость" с использованием ИКТ.
Регуляция процессов жизнедеятельности организмов и их связей с окружающей средой.
Задачи: 1. Познакомить учащихся с регуляцией процессов жизнедеятельности организмов и связи их с окружающей средой.2.
Участие оксида азота в биохимических процессах.
Статья рекомендована к изучению студентами медицинских и фармакологических вузов.
Участие оксида азота в биохимических процессах.
Статья рекомендована к изучению студентами медицинских и фармакологических вузов.
Протокол динамики речевых процессов старших школьников
Обседование устной речи.
Новое оборудование и динамика реабилитационного процесса
Исследовательская работа по биологии "Влияние электромагнитного излучения на ростовые процессы растительных организмов"
Проблема: Электромагнитное излучение негативно влияет на живые организмыОбъект: семена фасоли, луковицы лукаПредмет: ростовые процессыГипотеза: Если растения подвергнуть действию электромагнитно.
Знание путей энергетического обмена, а также регуляции и интеграции метаболизма, позволяет на основе знаний о метаболических ограничениях, характерных для спринта, бега на средние и длинные дистанции, марафона, более объективно строить тренировочный процесс. Большинство пособий по бегу, в той или иной мере, также включают подразделы, объясняющие подготовку в беге с точки зрения биохимии. Нами взяты наиболее существенные моменты энергетических коррелят бега.
1. Ограничения в метаболизме для спринтерских дистанций.
В отсутствие кислорода расщепление гликогена идет с образованием молочной кислоты (или лактата). При чем из каждой молекулы глюкозо-1-фосфата (глюкозная единица гликогена) получается две молекулы лактата плюс два протона (H+ - или иона водорода). Если лактат не устраняется, то протоны оказывают отрицательное влияние на внутреннюю среду мышечного волокна и приводят к утомлению и истощению. Кроме того, из каждой единицы гликогена, превращенного в молочную кислоту, образуется только 3 молекулы АТФ, в то время как при полном окислении до углекислого газа и воды образуется 38 молекул АТФ. Снижение эффективности процесса ресинтеза в гликолизе компенсируется большей емкостью и скоростью процесса образования АТФ. Т.о., для бега на 100 м почти все образования АТФ осуществляется за счет расщепления КрФ + анаэробный гликолиз, который поддерживает емкость предыдущей реакции. Кроме того, имеется ряд данных, показывающих, что КрФ реакция служит лишь переносчиком фосфатных групп к сократительным комплексам. Гликолизная реакция включается сразу, но в силу определенных механизмов идет и очень сильное обратное превращение лактата, поэтому его накопление и происходит значительно позже, когда падает концентрация КрФ и мощность выполняемой работы вынуждена поддерживаться анаэробным гликолизом. На 200 и 400 м ресинтез АТФ поддерживают анаэробный гликолиз + окисление пирувата в цикле трикарбоновых кислот (аэробное восстановление АТФ), что требует увеличенного мышечного кровотока, который, в свою очередь, позволяет протонам в виде молочной кислоты диффундировать из мышцы в кровяное русло и затем устраняться (последний механизм также очень важен и для бега на средние и длинные дистанции). Отсюда видно, что аэробный механизм не менее важен для длинного спринта, и для многих спринтеров улучшение результатов может лимитироваться именно этим условием.
Проблема утомления почти всегда ассоциируется с накоплением протонов, которые имеют положительный заряд и в тканях соединяются с отрицательно заряженными ионами и, что особенно важно, с белками, которые в клетках очень часто играют роль катализаторов (усилителей различных реакций). Повышение концентрации протонов может изменить их состояние вплоть до нарушения функций, в некоторых случаях необратимых. Емкость процесса анаэробного гликолиза позволяет выработать столько протонов, что организм человека может прекратить свое существование через 1 - 2 минуты (например за 400 м бега с максимальной скоростью) рН - кислотно-щелочное равновесие, крови и мышцы теоретически должна снизиться до 2,0. И в тоже время исследования показывают, что значения рН мышцы снижаются от 7,0 до 6,0, а рН крови с 7,4 до 6,9. Такие снижения происходят за счет существования различных буфферов, которые включают протеины, фосфаты, гидрокарбонаты, некоторые аминокислоты и пептиды. Наибольшей буфферной емкостью обладает кровь и межклеточная жидкость - это система гидрокарбонатов двуокиси углерода, которая динамично преобразует опасные протоны в воду и углекислый газ. С этой точки зрения, эффективность аэробного метаболизма в первую очередь определяется повышенным мышечным кровотоком. Конкретный механизм утомления за счет накопления протонов еще не ясен (по крайне мере в точных биохимических терминах), хотя существует немало гипотез: протоны нарушают цепочку между нервной стимуляцией мышцы и сокращением, их высокая концентрация нарушает биохимические процессы с участием кальция в самой мышце и т.д..
2. Ограничения в метаболизме для бега на средние и длинные дистанции.
Бег на дистанциях от 800 до 10000м требует как аэробного, так и анаэробного энергообеспечения. Кроме того, на дистанциях от 800 до 3000м, а также при ускорения на длинных дистанциях, требуют усиленного расщепления гликогена до молочной кислоты и протонов, которое может проходить без риска наступления истощения и утомления, за счет усиленного кровотока, когда лактат выходит в кровь, где он эффективно буффируется и устраняется за счет окисления в других мышцах (например в сердечной, которая на 90% поддерживать свою энергетику за счет лактата) или преобразуется в глюкозу в процессе глюконеогенеза в печени. Кроме того, сами работающие мышцы могут достаточно эффективно учиться устранять лактат при определенном виде деятельности, которая происходит в состоянии так называемого "анаэробного перехода" (смотри раздел физиологии).
Основная дистанционная скорость в беге на 5000 и 10000м поддерживается за счет аэробного ресинтеза АТФ, где ограничением работоспособности является скорость потребления кислорода самими работающими мышцами. Следовательно, с этой точки зрения, тренировочный процесс здесь должен быть направлен на усиление кровотока в работающих мышцах. Здесь особенно важно учесть такой биохимический фактор: для образования одного и того же количества АТФ при окислении жиров требуется на 10% больше кислорода, нежели для окисления углеводов, так что окисление жиров менее выгодно. Увеличение концентрации жиров в крови означает окисление части жира, что снижает использование углеводов. В свою очередъ, для поддержания стандартной механической работы потребуется большее потребление кислорода, а если это становится невозможным, то часть энергии будет вырабатываться за счет гликолиза с вытекающими последствиями, которые были описаны выше.
Основным фактором, вызывающим мобилизацию жирных кислот является стресс и нервное напряжение, которого бегуны на средние и длинные дистанции должны избегать посредством релаксационных упражнений. Кроме того, мобилизацию жирных кислот может вызывать голод, поэтому данной специализации бегунов целесообразно принимать небольшое количество углеводов за 30-60 м до старта в виде растворов с небольшой их концентрацией до 8%.
3. Ограничения в метаболизме для марафонского бега.
Очень важным для понимания биохимических основ марафонского бега является знание механизмов мобилизации жирных кислот и соотношение обмена углеводов и жиров, которое частично было объяснено выше.
Углеводы в организме находятся в виде запасов гликогена в мышцах и печени, которого хватает примерно на 90 мин работы у высококвалифицированного бегуна-марафонца. Гликоген печени расщепляется до глюкозы, которая током крови разносится ко всем работающим мышцам и органам. Если мускулы используют глюкозу крови настолько интенсивно, что падает ее концентрация до состояния гипогликемии, то в первую очередь страдает от этого функция головного мозга, которая является определяющей в жизнедеятельности человека. Время работы до истощения прямо пропорционально количеству гликогена в мышцах перед началом работы. Дополнительным топливом, которое может быть использовано, являются жиры. Использоваться жиры могут только в виде жирных кислот, которые транспортируются кровью в сочетании с белком крови - альбумином. Такое сочетание белков с жиром и ограничивает скорость утилизации жира, которое определяется малой скоростью диффузии жирных кислот из альбуминовых соединений в мышечные клетки. Из-за этого, такой механизм может обеспечить не более 50% энергозапроса мышцы (в % от уровня максимального потребления кислорода - МПК), во время марафонского забега или тренировочного отрезка соизмеримого по нагрузочной стоимости с марафонским. Остальной запрос должен обеспечиваться за счет окисления углеводов.
Если глюкоза и жиры будут одинаково доступными для окисления то предпочтение будет отдано жирам, которые могут обеспечить не более 50% от МПК, а остальное покрывается за счет углеводов. Этот механизм всегда обеспечивает сочетание утилизации субстратов (углеводов и жиров), что предполагает экономию расхода углеводов. Основная задача сводится к быстрой мобилизации жиров из депо, которое тренируется на длительных тренировочных забегах - более 90 мин, что приводит к интеграции соотношения использования углеводов и жиров. Нарушение этих механизмов приводит к усиленному использованию углеводов и, соответственно, более раннему наступлению утомления.
Усвоению углеводов и жиров способствуют предварительное голодание от 4 до 12 часов перед тренировочным забегом. Предварительное же использование углеводов в виде различных напитков повышает концентрацию инсулина в крови, препятствующего мобилизации жирных кислот из жировой ткани.
Как видно из раздела, различные источники энергообеспечения взаимодействуют между собой, усиливая или ослабляя мощность выполняемой работы. Учет биохимических основ метаболизма является также принципиальной стороной организации тренировочного процесса или во всяком случае необходимым источником объяснения основ тренировки. Необходимо помнить, что при стрессовом характере нагрузки метаболизация жиров идет с накоплением свободных радикалов, которые являются очень агрессивными и приводят к разрушениям.
Читайте также: