Влияние физической нагрузки на обмен веществ и энергии в организме

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

"Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины

Факультет Физической культуры

Кафедра Оздоровительной Лечебной Физической Культуры

Курсовая работа

Влияние физической нагрузки на обмен веществ и энергии в организме

Исполнитель: Кондратьева

студентка группы ФК - 32 Ольга Ивановна

Научный руководитель:

старший преподаватель Кузнецов

Кандидат биологических наук Виктор Иванович

Гомель 2013

Содержание

Введение

1. Обзор литературы

1.1 Сущность обмена веществ и энергии

1.2 Обмен белков и его регуляция

1.3 Обмен углеводов и его регуляция

1.4 Регуляция обмена липидов

1.5 Обмен воды и минеральных веществ и их регуляция

2. Обмен энергии в организме при занятиях физическими упражнениями (или различными видами спорта)

2.1 Расход энергии в гандболе

Заключение

Список используемых источников

Реферат

Курсовая работа на тему: Влияние физической нагрузки на обмен веществ и энергии в организме.

Курсовая работа содержит: страниц, 1 таблицу, 13 источников.

Ключевые слова:

частота сердечных сокращений - ЧСС;

жизненная емкость легких - ЖЕЛ;

аденозинтрифосфорная кислота - АТФ;

центральная нервная система - ЦНС;

максимальный приток крови - МПК.

Сокращенные слова:

ОБ - обмен белков;

ОЖ - обмен жиров;

ОУ - обмен углеводов;

ОЛ - обмен липидов;

РЭ - расход энергии;

Г - гандбол.

Объектом исследования является: организм подверженный физическим нагрузкам.

Предметом исследования является: обмен веществ и энергии в организме под влиянием физических нагрузок.

Метод исследования: анализ методической научной литературы.

Цель курсовой работы: определить, как влияет физическая нагрузка на обмен веществ и энергии в организме.

Задачами курсовой работы являются:

.Рассмотрим обмен веществ и энергии в организме.

2.Проанализируем влияние физической нагрузки на обмен веществ и энергии в организме.

.Рассмотрим, каков расход энергии в гандболе.

Практическая значимость: результаты данной работы можно использовать при составлении рациона питания для восстановления энергетических затрат.

Введение

Жизнь сопряжена с непрерывным расходом энергии, которая необходима для функционирования организма: с точки зрения термодинамики, живые организмы относятся к открытым системам, так как для своего существования они непрерывно обмениваются с внешней средой веществами и энергией. Источником энергии человека служат химические превращения органических веществ, поступающих из окружающей среды. Превращение этих веществ в простые и приводит к высвобождению энергии, заключенной в химических связях.

Пищевые потребности человека достаточно однородны: необходимы вещества для энергообмена (белки, жиры, углеводы), вещества для построения сложных белковых молекул и кислотных структур (аминокислоты, пурины, липиды, углеводы), специальные катализаторы обмена (витамины), неорганические ионы и универсальный биологический растворитель вода.

Построение и обновление тканей тела, а так же покрытие энергозатрат организма должны обеспечиваться адекватным питанием, которое должно включать в себя все необходимые для организма вещества в нужных пропорциях. Это обеспечит высокую работоспособность, что очень важно при занятиях физическими упражнениями. Нарушение обмена веществ ведет за собой серьёзные последствия для всего организма. (Коц Я.М. 1982 [6]).

1. Обзор литературы

1.1 Сущность обмена веществ и энергии

Как бы ни были разнообразны формы проявления жизни, они всегда неразрывно связаны с превращением энергии. Энергетический обмен является особенностью, присущей каждой живой клетке. Богатые энергией питательные вещества усваиваются и химически преобразуются, а конечные продукты обмена веществ с более низким содержанием энергии выделяются из клетки. Согласно первому закону термодинамики, энергия не исчезает и не возникает вновь. Организмы должны получать энергию в доступной для них форме из окружающей среды и возвращать в среду соответствующее количество энергии в форме, менее пригодной для дальнейшего использования. (Ноздрачев А.Д. 1991 [5]).

Около столетия тому назад французский физиолог Клод Бернар установил, что живой организм и среда образуют единую систему, так как между ними происходит непрерывный обмен веществами и энергией. Нормальная жизнедеятельность организма поддерживается регуляцией внутренних компонентов, требующей затраты энергии.

Использование химической энергии в организме называют энергетическим обменом: именно он служит показателем общего состояния и физиологического состояния организма.

Процессы обмена веществ разделяются на две группы: ассимиляцию и диссимиляцию. Ассимиляция - это совокупность процессов создания живой материи, диссимиляция - распада живой материи. (Лаптев А.П. 1990 [3]). Диссимиляция позволяет устранить тканевые элементы, чтобы их заменить новыми, а также освободить энергию для выполнения актов жизнедеятельности. Обмен веществ и вместе с тем жизнь поддерживается только тогда, когда процессы диссимиляции уравновешены с процессами ассимиляции. Это равновесие динамически изменчиво. Напряженные акты жизнедеятельности, например выполнение мышечной работы, требуют освобождения энергии в больших количествах. Поэтому в это время доминируют процессы диссимиляции. После окончания физической нагрузки необходимо восстановление затраченных ресурсов. Для этого обмен веществ смещается в пользу процессов ассимиляции.

В периоде роста ребенка доминируют процессы ассимиляции. При старении они отстают по интенсивности от процессов диссимиляции.

Процессы ассимиляции и диссимиляции тесно связаны друг с другом. Для эффективной мобилизации запасов энергии путем распада энергобогатых веществ (диссимиляция) необходим синтез новых молекул ферментов (ассимиляции). Для осуществления процессов синтеза сложных соединений в организме (ассимиляции) необходимо освобождение энергии за счет расщепления энергобогатых веществ (диссимиляции).

Обмен веществ нередко обозначают термином метаболизм, процессы ассимиляции как анаболизм, а процессы диссимиляции как катаболизм. Однако надо иметь в виду, что этими терминами уместно обозначать только те процессы обмена веществ, которые протекают внутри организма, а не процессы взаимодействия организма с внешней средой. Ту часть процессов анаболизма, которая заключается в синтезе нуклеиновых кислот и белков с образованием клеточных структур и ферментов, называют пластическими процессами. Процессы обмена, которые обеспечивают снабжение клеток энергией для выполнения актов жизнедеятельности, носят название энергетических процессов. В основном они относятся к процессам катаболизма, так как среди них важное значение имеет расщепление энергобогатых веществ. Но в эту группу входят и процессы ресинтеза одних энергобогатых веществ за счет расщепления других. (Зимкин Н.В. 1975 [2]).

обмен вещество физическая нагрузка

Любой акт жизнедеятельности организма или его отдельных клеток может быть осуществлен только при энергетическом и пластическом обеспечении. Энергетическое обеспечение функций заключается в соответствующем усилении энергетических процессов и тем самым продукции необходимой энергии. Пластическое обеспечение функций включает процессы синтеза структурных белков и ферментов, обеспечивающих эффективность работы структур, осуществляющих функцию и возможность управления биохимическими процессами, лежащими в основе выполнения физиологической функции. Чтобы отличать внешний обмен веществ от внутреннего, принято последний называть межсуточным обменом. При изучении внешнего обмена вид и количество поступивших веществ составляют с конечными продуктами. Сущность межсуточного обмена состоит в многообразных превращениях поступающих и возникающих в клетках веществ. Межсуточный обмен разделяется условно на обмен белков, углеводов, жиров и минеральных веществ.

Обмен веществ в организме происходит в несколько этапов. На первом этапе высокомолекулярные белки, липиды и полисахариды расщепляются до низкомолекулярных соединений, которые свободно переходят в кровь и лимфу через стенки желудочно-кишечного тракта. Всасывание белков происходит после предварительного их расщепления до пептидов, аминокислот, нуклеотидов и нуклеозидов. Жиры предварительно расщепляются до жирных кислот и глицерина, высокомолекулярные сахара - до глюкозы, фруктозы и галактозы.

Превращение энергетических веществ в организме с момента их поступления в клетку характеризует второй этап - этап межсуточного обмена. В ходе межсуточного обмена из большей части продуктов первого этапа обмена образуются ацетилокоэнзим - А, ? - кетоглютаровая и щавелевоуксусная кислоты. Эти вещества подвергаются окислению в цикле лимонной кислоты. В результате окислительных процессов освобождается энергия, запасаемая в макроэргических связях аденозинтрифосфорной кислоты. (Воробьева Е.А. 1981 [9]).

Конечный этап обмена веществ - выделение продуктов не полного распада с мочой, потом, экскретами сальных желез. В процессе обмена веществ происходит образование клеточных структур и освобождение энергии. Эти две стороны обмена выступают в единстве.

Обмен веществ и энергии в организме регулируется нервным и гуморальным путями. Регуляция, осуществляемая нервной системой, которой принадлежит особенно большая роль в этом процессе, происходит путем непосредственной посылки эфферентных нервных импульсов к тканям через железы внутренней секреции, гормоны которых влияют на уровень обмена веществ и энергии. В изменении обмена веществ, обеспечивающим приспособление организма к различным условиям жизни, важное значение имеют условные рефлексы. Индифферентные раздражения после повторного сочетания с факторами, влияющими на обмен веществ и энергии, могут условнорефлекторным путем изменять его в нужном направлении. (Фомин Н.А. 1982 [7]).

1.2 Обмен белков и его регуляция

Белки являются основной частью живой протоплазмы. В сухом остатке тканей, полученном после удаления воды, содержание белков доходит до 60 - 80 %. Это связано с тем, что все тканевые структуры построены из белков. Таким образом, пластическая роль в организме принадлежит в первую очередь белкам. Белки отличаются сложной структурой и высокой химической активностью. Они могут выступать в разные биохимические реакции. Поэтому белки способны выполнять в организме и другие функции, кроме пластической: (Дубровский В.И. 2002 [8]).

. белки обеспечивают поддержание обмена веществ, воспроизведением структур, осуществляющих процессы обмена;

. белки являются одним из основных строительных материалов тканевых структур;

. большая группа специфических белков - ферменты - являются в организме биокатализаторами биохимических реакций;

. некоторые гормоны имеют белковую структуру;

. белковые структуры участвуют в обеспечении в тканях возникновения и распространения возбуждения;

. осуществляют сокращение мышц в результате взаимодействия белков миозина и актина, а также тропонина и трпомиозина;

. сложный белок - гемоглобин выполняет в крови функцию транспорта кислорода, в мышечной ткани находится аналогичный белок - миоглобин;

. в свёртывании крови большое значение имеет белок плазмы крови фибриноген;

. белки плазмы крови осуществляют транспорт гормонов, витаминов и ряда других веществ, образуя комплексные соединения с ними;

. белки плазмы крови обеспечивают оноктическое давление (при белковом голодании снижается оноктическое давление, в результате чего происходит переход жидкой части плазмы в ткани (голодные отеки));

. белки выступают как буферные системы;

. группа специфических белков (антитела и др.) выполняет защитные функции;

. специфические белки, имеющиеся в тканях, являются рецепторами гормонов и некоторых других биологически активных веществ, молекулы гормонов образуют с этими рецепторными белками комплексные соединения, что необходимо для того, чтобы гормон мог оказывать влияние на обменные процессы;

. в передаче наследственности, точнее говоря в генной экспрессии, важную роль играют белковые соединения (нуклеопротеиды);

. белки имеют определённое значение также как источник энергии (окисление 1 г. белка освобождает 5,3 ккал Но азотистые продукты расщепления белка (мочевина, аммиак и др.) не подвергаются в организме дальнейшему окислению. Поэтому при окислении 1 г белка в организме освобождается столько же энергии, сколько и при окислении 1 г углеводов, т.е. 4,1 ккал).

Белки, входящие в состав тела, непрерывно обновляются. Устарелые элементы и структурные единицы расщепляются и заменяются новыми. У человека, например, ежедневно образуется 25 г белков печени, 20 г белков плазмы и 8 г гемоглобина. А за полгода жизни происходит обновление половины структурных белков человеческого организма.

В состав белков входят аминокислоты - элементарные кирпичики белкового тела. Они делятся на заменимые и незаменимые. Аминокислотный состав пищевых белков неодинаков. Если в них нет незаменимых аминокислот (лейцин, изолейцин, валин, метионин, треонин, триптофан, лизин, фенилоланин), то в организме нарушается белковый синтез, появляются расстройства жизнедеятельности.

Заменимые аминокислоты синтезируются в организме из продуктов расщепления белка и поэтому могут в пище отсутствовать. Из 20 известных аминокислот 12 для человека являются заменимыми. В зависимости от аминокислотного состава меняется и биологическая ценность белка. Наиболее ценными являются белки животного происхождения. Низкой биологической ценностью обладают белки пшеницы, ячменя, кукурузы.

Белки, поступающие с пищей в пищеварительный тракт, расщепляются в тонком кишечнике до аминокислот. Освобожденные аминокислоты всасываются в капиллярные сосуды в стенках кишечника и поступают с кровью по воротной вене в печень. Часть поступивших в печень аминокислот подвергается дезаминированию и переаминированию. Дезаминирование - это процесс удаления аминной группы из аминокислот и образование конечных продуктов белкового обмена. Безазотистый остаток аминокислот может быть превращен в углеводы или в жиры, а также может окисляться до образования воды и углекислого газа (Ноздрачев А.Д. 1991 [5]). Конечными продуктами распада белков являются азотосодержащие аммиак, мочевина, мочевая кислота и креатинин. Их содержание в крови определяется суммарно как остаточный азот. Его нормальная концентрация в плазме крови составляет 25 - 35 мг %. Конечные продукты распада белков выделяются из организма с мочой и частично с потом.

Процессы дезаминирования и переаминирования обеспечивают синтез некоторых аминокислот и белков. Т.к. каждый белок организма имеет собственный специфический состав аминокислот, то в зависимости от того, какие белки необходимо синтезировать в данное время, изменяется и запрос в разных аминокислотах. Часть аминокислот используется в печени для синтеза собственных структурных белков и ферментов. В печени происходит также синтез белков плазмы. Другая часть аминокислот переносится кровью из печени в другие ткани для синтеза тканевых белков и ферментов и для создания клеточного запаса аминокислот. Синтез клеточных белковых структур происходит под контролем ядерной ДНК. Программа биосинтеза, снимаемая с ДНК информационной РНК, передается в цитоплазму, где осуществляется строительство белков, специфических для организма. Энергетический потенциал аминокислот освобождается в цикле трикарбоновых кислот.

Главным показателем удовлетворения потребности организма в белках является белковое (азотистое) равновесие. Азотистое равновесие наблюдается в случае, когда поступление белка с пищей компенсирует скапливаемый, разрушающийся белок. Оно характеризует жизнедеятельность здорового человека (Губарь А.В. 1981 [9]).

Учитывая, что азот содержится преимущественно в белках, по его содержанию в усвоенной пище (средняя величина азота в белке около 16 %) и в продуктах выделения (пот и моча) можно рассчитывать белковый (азотистый) баланс.

При отрицательном азотистом балансе с мочой и потом выделяется азота больше, чем потребляется с пищей. Происходит прогрессирующее истощение, разрушение белковых структур клеток.

После болезни, а также при напряженной мышечной работе в организме идут интенсивные пластические процессы. Происходит задержка (ретенция) азота в организме, что характеризует положительный азотистый баланс. Нормальная жизнедеятельность организма возможна лишь при азотистом равновесии, или положительном азотистом балансе. (Петровский Б.В. 1984 [10]).

Обмен белков в организме регулируется нервными центрами, расположенными в подбугровой области промежуточного мозга. При экспериментальном повреждении у животных некоторых ядер этого отдела мозга усиливается белковый обмен, его баланс становится отрицательным, вследствие чего наступает резкое истощение. Нервная система влияет на белковый обмен через гормоны щитовидной железы, передней доли гипофиза (саматотропный гормон) и других желез внутренней секреции.

Белковому обмену принадлежит важная роль в пластическом обеспечении мышечной деятельности. Наряду с этим белки участвуют также в энергетическом обеспечении мышечной работы. Однако роль белков как источника энергии незначительна по сравнению со значением углеводов и жиров. Основная роль белков заключается в том, что ферментные белки регулируют интенсивность энергетических процессов. Безазотные продукты распада белков (безазотный остаток аминокислот) могут служить субстратом окислительных процессов или быть использованы в печени для синтеза гликогена и жирных кислот. (Зимкин Н.В. 1975 [2]).

Во время напряженной длительной мышечной работы распад белков усиливается. Это связано с мобилизацией белковых ресурсов организма. Она заключается в усиленном освобождении свободных аминокислот из лимфоидной и мышечной тканей. Эти аминокислоты подвергаются переаминированию в печени в необходимых направлениях и используются для синтеза ферментов. Благодаря этому увеличиваются возможности адаптивных изменений энергетических и других обменных процессов. (Коц Я.М. 1982 [6]).

Синтез белков требует весьма значительного расхода энергии. Во время работы энергетические возможности мышечных клеток используются для совершения сокращений. Поэтому в это время синтез белков в мышцах подавлен. При этом не только мышечная, но и лимфоидная ткани жертвуют свои аминокислотные ресурсы для синтетических процессов в "фабрике ферментов" - печени.

Накопление основного продукта распада белков - мочевины - является информативным показателем влияния длительных физических нагрузок на организм. Чем больше объём выполненной нагрузки, тем больше в крови увеличивается уровень мочевины. (Пмендин А.И. 1989 [1]).

После окончания работы по мере восстановления энергетических ресурсов становится возможным усиление синтеза белковых структур в мышечных клетках. Усиленный синтез различных белков мышечной клетки после работы имеет важное значение не только для устранения результатов физиологического изнашивания интенсивно работавших структур, а также для развития структурных изменений, способствующих повышению работоспособности.

1.3 Обмен углеводов и его регуляция

Содержание углеводов в живом организме - не более 2 % от сухого остатка массы тела. Основная часть находится в мышцах и печени в виде гликогена. Энергетические расходы организма покрываются преимущественно за счёт окисления углеводов. Они используются для синтеза глюкопротеидов, мукополисахаридов, нуклеиновых кислот, коферментов и аминокислот, а также входят в состав клеточных структур элементов.

Углеводы представляют собой важный источник энергии. Хотя непосредственным донором энергии в процессах жизнедеятельности является АТФ, его ресинтез в значительной мере является результатом расщепления углеводов. (Зимкин Н.В. 1975 [2]). При полном окислении 1 г. углеводов освобождается 4,1 ккал энергии, т.е. в 2,3 раза меньше, чем при окислении жиров.

Углеводы в пище человека в основном растительного происхождения. После всасывания моносахариды попадают через брыжеечную и воротную вены в печень, где фруктоза и галактоза превращаются в глюкозу. Глюкоза подвергается окислению, а также накапливается в виде гликогена. Гликоген составляет 5 % всей массы печени. Это важное дело углеводов в организме. (Платонов В.Н. 1988 [4]). В печени осуществляется синтез углеводов также из жирных кислот, лактата, жерувата и безазотистого остатка аминокислот. Одновременно с окислением и депонированием в печени идут процессы ферментативного образования свободной глюкозы (в присутствии глюкозо-6-фосфатозы). В отличие от печени, в мышцах нет глюкозо-6-фосфатозы. Поэтому в них свободная глюкоза не образуется.

В печёночные клетки глюкоза проходит свободно, без затрат энергии. Проницаемость мышечной клетки для глюкозы по сравнению с печёночными клетками понижена. В мышцах, как и в печени, депонируется гликоген. Его содержание в скелетных мышцах доходит до 1,5-2 % от всей массы этой ткани. Общая емкость депо углеводов организма человека, имеющего массу 70 кг, составляет 400-700 г. Однако гликоген мышц не может служить регулятором уровня глюкозы в крови, а является резервным горючим для мышечной работы. Освобождение энергии гликогена происходит при гликогенолизе: на каждый глюкозный остаток гликогена синтезируется 3 молекулы АТФ. При изобильном поступлении углеводов в организм они превращаются в жирные кислоты и депонируются в виде жира. (Петровский Б.В. 1984 [10]).

В процессе окисления углеводов освобождается энергия, которая используется для биосинтеза, образования тепла, а также для осуществления специфических форм жизнедеятельности. В организме происходит постоянный обмен глюкозой между печенью, кровью, мышцами, мозгом и другими органами. Главный потребитель глюкозы - скелетные мышцы. Расщепление в них углеводов осуществляется по типу анаэробных и аэробных реакций. Окислительное фосфорирование глюкозы является энергетически более выгодным, чем её бескислородный распад. В условиях относительного мышечного покоя анаэробные процессы расщепления глюкозы (гликолиз) тормозятся аэробным обменом. И только в зрелых электролитах гликолитические процессы являются ведущими. (Ноздрачёв А.Д. 1991 [5]). В клетках новообразований окислительные процессы подавлены гликолетическим распадом углеводов. Анаэробные расщепления гликогена или глюкозы заканчивается образованием молочной кислоты, большинство которой превращается в лактат и выходит в кровь. Лактат крови может быть использован в сердечной мышце как непосредственный субстрат окисления, а в покоящихся мышцах и печени - для ресинтеза гликогена. Продуктами аэробного расщепления углеводов является вода и углекислый газ, которые выводятся из организма по своим каналам. (Коц Я.М. 1982 [6]).

Многие ткани организма удовлетворяют свои запросы в энергетических веществах за счёт поглощения глюкозы из крови. Нормальный уровень глюкозы в крови (80-120 мг %) поддерживается с помощью регуляторных воздействий на синтез или расщепление гликогена в печени. Снижение содержания глюкозы в крови ниже 70 мг % (гипогликемия) нарушает снабжение тканей глюкозой. Превышение нормального уровня глюкозы в крови наблюдается после приёма пищи (алиментарная гипергликемия), во время кратковременной и интенсивной мышечной работы (миогенная, или рабочая гипергликемия) и при эмоциональном возбуждении (эмоциональная гипергликемия). Если содержание глюкозы в крови превышает 150-180 мг %, то глюкоза обнаруживается в моче (глюкозурия). Это представляет собой путь выведения из организма лишнего количества углеводов. Опасность для жизни представляет нарушение углеводного обмена, при котором гипергликемия является результатом нарушения проницаемости клеточных мембран для сахара при недостатке инсулина. При этом с мочой выделяется не избыточный, а жизненно необходимый клеткам сахар. (Воробьёва Е.А. 1981 [9]).

Углеводный обмен в организме регулируется нервной системой. Это было установлено Клодом Бернаром, который после укола иглой в дно IX желудочка мозга ("сахарный укол") наблюдал усиленный выход углеводов из печени с последующими гипергликемией и гликозурией. Эти наблюдения свидетельствуют о наличии в продолговатом мозгу центров, регулирующих углеводный обмен. Позднее было установлено, что высшие центры, регулирующие обмен углеводов, находятся в подбугровой области промежуточного мозга. При раздражении этих центров наблюдаются такие же явления, как и при уколе в дно IX желудочка. Большое значение в регуляции углеводного обмена имеют условнорефлекторные раздражители. Одним из доказательств этого служит увеличение концентрации глюкозы в крови при возникновении эмоций (например, у спортсменов перед ответственными стартами). (Геселевич В.А. 1969 [12]).

Влияние центральной нервной системы на углеводный обмен осуществляется главным образом посредствам симпатической иннервации. Раздражение симпатических нервов усиливает образование адреналина в надпочечниках. Он вызывает расщепления гликогена в печени и скелетных мышцах и повышение в связи с этим концентрации глюкозы в крови. Гормон поджелудочной железы глюкоген также стимулирует эти процессы. Гормон поджелудочной железы инсулин является антагонистом адреналина и глюкогена. Он непосредственно влияет на углеводный обмен печёночных клеток, активирует синтез глюкогена и тем самым способствует его депонированию. В регуляции углеводного обмена участвуют гормоны надпочечников, щитовидной железы и гипофиза. (Зимкин Н.В. 1975 [2]).

Углеводный обмен при мышечной деятельности.

В начале мышечной работы, а иногда еще в предстартовый период мобилизируются углеводные ресурсы организма. Результатом усиленного расщепления гликогена печени является умеренная гипергликемия. Скорость выхода глюкозы из печени составляет при работе большой мощности 300 мг/мин. Основным потребителем глюкозы крови во время работы является мозговая ткань. Определённую часть глюкозы крови поглощает сердечная мышца. Относительно мало потребляют глюкозы крови скелетные мышцы, которые предпочтительно используют в энергетических процессах собственный гликоген, расщепление которого начинается с самого начала работы. Лишь по мере снижения уровня собственного гликогена в мышцах усиливается использование глюкозы крови. (Ноздрачёв А.Д. 1991 [5]).

По мере продолжения работы содержание глюкозы в крови нормализуется, и оно поддерживается в течение весьма длительного периода в пределах нормы. В то же время происходит снижение содержания гликогена в мышцах и печени, что приводит в конце концов к падению концентрации глюкозы в крови, сопровождающееся ухудшением работоспособности. Гипогликемию и сопровождающие её явления можно успешно предотвратить при длительных физических нагрузках своевременным приёмом углеводных растворов. Если уровень глюкозы в крови снижается до 40 мг %, резко нарушается деятельность Ц.Н.С., вплоть до потери сознания. Это состояние называется гипогликемическим шоком. (Ильин Е.П. 1980 [11]).

1.4 Регуляция обмена липидов

В состав клеточных структур входят липиды - жиры, фосфатиды и стерины, которые являются важным пластическим материалом и источником энергии. Организм получает необходимые жиры в составе пищи или путём биосинтеза их из углеводов. Жиры пищи расщепляются в пищеварительном тракте до глицерина и жирных кислот. Из них снова синтезируются в клетках кишечной стенки жиры, специфичные для данного вида животных. Образовавшийся жир, а также жир, всосавшийся в эмульгированном виде без предварительного гидролиза, поступает главным образом в лимфатические сосуды и далее через грудной лимфатический проток в циркуляцию. Около 30 % жира поступает из клеток кишечной стенки непосредственно в кровоток. В крови транспорт жиров осуществляется ? и ? - глобулинами. (Зимкин Н.В. 1975 [2]). Печень задерживает жиры крови и возвращает их в кровоток лишь через несколько часов. С помощью крови жиры и жирные кислоты передаются в клетки разных тканей для энергетических и пластических целей, а также в жировую ткань для обновления депонированных жиров. Пластическая роль жиров заключается в том, что они входят как важные компоненты в состав цитоплазмы. (Ноздрачев А.Д. 1991 [5]). Особо важная роль жиров в строении клеточных мембран. Количество цитоплазматического жира постоянно и существенно не изменяется даже при голодании. В окислительных процессах свободные жирные кислоты и глицерин расщепляются до образования воды и углекислого газа.

Если энергетические расходы организма незначительны, жир откладывается в избытке в жировых депо. Жировые депо в организме непрерывно обновляются. В условиях нормальной жизнедеятельности выход жира из депо сочетается с его депонированием. При полном энергетическом равновесии интенсивность этих процессов одинакова. Если процессы депонирования превышают использование жира он накапливается в организме; если они недостаточны, жировые запасы уменьшаются. Если вследствие голодания вес тела снижается у подопытных животных на 33 %, то объем жировой ткани уменьшается на 98 %. (Ноздрачев А.Д. 1991 [5]).

Содержание жиров весьма значительно и доходит до 10-30 % от всей массы тела. Оно варьирует у людей в значительных пределах в зависимости от характера питания, двигательной активности, возраста, пола и конституциональных особенностей. Депонированные жиры находят широкое применение как источник энергии при мышечной деятельности и недостаточном питании. При окислении 1г. жира освобождается 9,3 ккал энергии. (Пмендин А.И. 1989 [1]). В связи с тем, что в молекуле жира содержится относительно мало кислорода, последнего требуется для окисления жира больше, чем для окисления углеводов. Как энергетический материал жир используется главным образом в состоянии покоя и при выполнении длительной малоинтенсивной физической работы.

Жировая ткань, покрывающая различные органы, предохраняет их от механических воздействий. Скопление жира в брюшной полости обеспечивает фиксацию внутренних органов. Подкожная жировая клетчатка, являясь плохим проводником тепла, защищает тело от излишних теплопотерь. Жир входит в состав секрета сальных желез, который предохраняет кожу от высасывания и излишнего смачивания при соприкосновении с водой. (Воробьева Е.А. 1981 [9]).

Жир как источник энергии при мышечной работе.

Использование свободных жирных кислот как источника энергии работающими мышцами зависит от многих факторов. (Коц Я.М. 1982 [6]). Чем больше их освобождается из жировой ткани и чем выше их концентрация в крови, тем больше их расходуется в мышцах в качестве субстрата окисления. Высокая концентрация молочной кислоты и интенсивно протекающее расщепление углеводов (гликолиз) тормозят использование свободных жирных кислот. Вследствие этого при работе большой мощности использование свободных жирных кислот мышцами невелико.

Хорошие возможности для использования свободных жирных кислот создаются при длительных упражнениях умеренной мощности, так как накопление молочной кислоты отсутствует, а интенсивность окисления углеводов снижается в связи с уменьшением их запасов. Использование жиров достигает при длительной мышечной работе 60-90 % от общих затрат источников энергии. Во время мышечной работы снижается уровень собственных триглицеридов мышечной ткани, что указывает на их использование в энергетических процессах. (Фарвель В.С. 1960 [13]).

Обмен липидов в организме регулируется центральной нервной системой. При повреждении некоторых ядер подбугровой области промежуточного мозга жировой обмен нарушается. При этом происходит либо ожирение организма, либо его истощение. (Ильин Е.П. 1969 [11]).

Нервная система может оказывать непосредственное воздействие на жировой обмен. Если у животного перерезать нервы, иннервирующие жировую ткань с одной стороны тела, то при голодании жировые запасы на этой стороне не уменьшаются.

Нервная система регулирует жировой обмен и путём воздействия на железы внутренней секреции. Недостаточная функция передней доли гипофиза, щитовидной железы и половых желёз ведёт к ожирению. Гормон поджелудочной железы инсулин стимулирует образование жиров из углеводов.

1.5 Обмен воды и минеральных веществ и их регуляция

Вода определяет структуру многих молекул, участвует в обеспечении химических реакций и выделении продуктов обмена, в процессах терморегуляции, определяет реологические свойства крови.

Имеется три основных состояния внутриклеточной и внеклеточной воды: конституционная вода, являющаяся структурным элементом молекул клеток и тканей организма; связанная вода, образующие гидратные оболочки макромолекул (коллоиды); свободная, т.е. ничем не связанная (растворитель).

На биологическую ценность воды могут влиять дополнительные компоненты: содержание микроэлементов, минеральных солей, тяжелого водорода и кристаллической воды. (Смирнов В.М. 2002 [8]).

Потребность организма в воде вариабельна, в средних широтах она составляет 2,5-3,0 л. При избыточном поступлении воды в организм наблюдается увеличение объема циркулирующей крови, что увеличивает нагрузку на сердце, усиление потоотделения и мочеотделения, потерю солей, витаминов, ослабление организма.

Основными микроэлементами, необходимыми человеку, являются медь, цинк, фтор, йод, кобальт, бор, железо. Обычно они поступают в организм в достаточном количестве при сбалансированном питании. (Дубровский В.И. 2002 [8]).

2. Обмен энергии в организме при занятиях физическими упражнениями (или различными видами спорта)

При занятиях физическими упражнениями происходит адаптация организма к физическим нагрузкам. В её основе лежат изменения метаболизма, происходящие во время самой мышечной деятельности и составляющие его молекулярный механизм. Следует сразу отметить, что для адаптационных процессов как непосредственно в мышечной системе, так и в других органах необходимо многократное применение физических нагрузок. Именно этот принцип повторности физических нагрузок создаёт необходимый метаболистический фон, обеспечивающий постепенность формирования биологических и функциональных изменений. В зависимости от характера, интенсивности, направленности физических нагрузок эти изменения могут приводить и к перестройке структурных белков и внутриклеточных органелл. (Платонов В.Н. 1988 [4]).

Однократная физическая нагрузка не может вызвать серьёзных адаптационных перестроек в организме, и поэтому вторым важным фактором, определяющим процесс биохимической адаптации, является регулярность выполнения физических нагрузок. Это обусловлено теми изменениями метаболизма, которые происходят в организме в процессе физических нагрузок. При кратковременных физических упражнениях малой интенсивности они могут быть ограничены локальными сдвигами только в энергетическом обмене или затрагивать метаболизм всего организма, как это бывает при беге на длинные дистанции и в велосипедных гонках на шоссе. В последних случаях процесс восстановления метаболизма до уровня покоя занимает значительно больше времени и требует большого периода отдыха. Любая физическая нагрузка вызывает изменения в энергетическом обмене прежде всего скелетных мышцах, а затем и внутренних органов. (Петровский Б.В. 1984 [10]).

В период отдыха после выполнения физической работы происходит постепенное восстановление источников энергии (КрФ, гликогена). В результате активации ферментных систем аэробного окисления значительно усиливаются процессы ресинтеза и происходит не только восстановление, но и сверхвосстановление источников энергии. Эта закономерность названа суперкомпенсацией. (Пмендин А.И. 1989 [1]).

Интенсивность восстановления источников энергии, а также величина и длительность сверхвосстановления зависят от потребления кислорода. Отсюда следует, что чем интенсивнее была физическая нагрузка, и чем интенсивнее расходовались источники энергии, тем быстрее будет происходить их восстановление в период отдыха после тренировки.

Восстановление до рабочего содержания различных источников энергии в период отдыха происходит в разное время. В первую очередь из скелетных мышц и крови устраняется молочная кислота, которая окисляется до СО или включается в синтез гликогена, затем происходит ресинтез КрФ, гликогена и, наконец, белков. (Ильин Е.П. 1980 [11]). Различия во время восстановления и суперкомпенсации различных источников энергии в период отдыха после выполнения физических нагрузок получили название принципа гетерохронности восстановительных процессов. К этому следует добавить, что в разных органах процессы восстановления источников энергии также протекают неодновременно. Вначале происходит восстановление содержания гликогена в головном мозгу, затем в сердечной мышце, скелетных мышцах и печени. Для ресинтеза гликогена в этих тканях используются субстраты неуглеводной природы и молочная кислота.

На развитие адаптации к физической нагрузке влияет регулярность её повторения в наиболее выгодном для организма состоянии после выполнения предыдущей нагрузки. Для получения определенного тренировочного эффекта и последующего повышения спортивной работоспособности очередную физическую нагрузку следует проводить в период суперкомпенсации после предшествующей. Выполнение физических нагрузок до фазы суперкомпенсации источников энергии или после неё не будет вызывать в организме метаболических изменений, направленных на развитие процесса адаптации. (Геселевич В.А. 1969 [12]). В первом случае возможно постепенное развитие процесса недовосстановления работоспособности и преждевременного наступления утомления. Во втором - тренировочный эффект будет отсутствовать, поскольку метаболические изменения предшествующей физической нагрузки уже прошли.

Не следует забывать о необходимости постепенного увеличения тренировочных нагрузок как по объёму, так и по интенсивности. Если этого не делать, то по мере адаптации организма к нагрузкам будет постепенно снижаться величина энергетических затрат и изменения в метаболизме будут менее выраженными. (Фарвель В.С. 1960 [13]).

Различия между тренированным и нетренированным человеком, с позиции биохимии, состоят в следующем. Можно выделить, по крайней мере три фактора, изменения которых существенно влияют на обмен веществ в организме спортсмена. Во-первых, повышение запасов энергетических ресурсов как в скелетных мышцах, так и в других органах и тканях. Во-вторых, расширение потенциальных возможностей ферментного аппарата. В-третьих, совершенствование механизмов регуляции обмена веществ с участием нервной и эндокринной систем.

Можно отметить также и процесс развития гипертрофии работающих органов (скелетных и сердечной мышц). Однако этот фактор будет иметь значение не при всех видах физических нагрузок, а его действие ограничено главным образом физическими нагрузками с силовой направленностью.

Изменение в энергетическом метаболизме во время физической нагрузки в процессе многолетней тренировки приводят к увеличению запасов внутримышечных источников энергии - КрФ, гликогена и повышению активности ферментов гликолиза, цикла лимонной кислоты, окисления жирных кислот, систем транспорта электронов. Всё это открывает возможности к более быстрому и длительному пополнению запасов АТФ в организме.

Следует особо выделить ещё два момента, определяющих возможность ресинтеза АТФ в мышечной ткани при тренировке. Сама концентрация АТФ в тканях тренированного организма не изменяется, но при этом меняется скорость обмена молекул АТФ как в реакциях синтеза, так и в реакциях распада. Каталитическая активность ферментов, участвующих в гидролизе АТФ во время мышечного сокращения и в процессах её ресинтеза, повышена. Под влиянием физических нагрузок в скелетных мышцах увеличена концентрация КрФ и повышена активность фермента креатинофосфокиназы, участвующего в ресинтезе АТФ. Это приводит к расширению энергетических ресурсов в мышце и повышению скорости восстановления запасов АТФ и КрФ. (Зимкин Н.В. 1975 [2]).

Спортсмен может выполнить субмаксимальную физическую нагрузку с меньшими изменениями в метаболизме, чем нетренированный человек: меньшей продукцией молочной кислоты и меньшим снижением внутриклеточного Pн.

У спортсменов отчетливо выявлено большая способность ферментов к мобилизации жиров из тканей для использования их в качестве энергетических субстратов. Высокая активность ферментов жирового обмена в скелетных мышцах позволяет окислить большие количества свободных жирных кислот, доставляемых с током крови в мышцы, а также использовать для этих целей и внутримышечные триглицериды. При выполнении физических нагрузок аэробного характера у квалифицированных спортсменов более 55% расходуемой энергии покрывается за счет мобилизации жиров и окисления жирных кислот. (Геселевич В.А. 1969 [12]).

Систематические физические тренировки приводят к выраженным и многосторонним морфологическим изменениям в организме. Однако следует сразу отметить, что эти изменения тесно связаны с характером, интенсивностью и длительностью физических нагрузок.

Специфичность биохимической адаптации к систематическим тренировкам проявляется в том, что особенности физической нагрузки отражаются в метаболизме и служат молекулярной основой формирования отдельных сторон этого процесса. Уже достаточно подробно рассматривалось влияние аэробных тренировок на формирование метаболического фона в скелетных мышцах и было установлено, что одним из важных проявлений такой тренировки следует считать значительное усиление интенсивности окислительных процессов с использованием в качестве источников энергии свободных жирных кислот. (Пмендин А.И. 1989 [1]).

Тренировка с использованием силовых упражнений имеет значительные отличия и приводит к наиболее отчетливым морфологическим изменениям. Увеличение мышечной массы при таких тренировках указывает на повышение синтеза мышечных белков. Прирост мышечной массы и величины поперечного сечения мышечных волокон сопровождается увеличением содержания миофибриллярных белков. Под влиянием тренировки силовой направленности увеличиваются толщина двигательных нервных волокон, количество терминальных нервных веточек, число ядер и миофибрилл в мышечных волокнах, содержание сократительных белков - миозина и актина, а также миоглобина. (Зимкин Н.В. 1975 [2]).

Потребность спортсмена в энергии и пищевых веществах существенно различается, прежде всего в зависимости от вида спорта и объема выполненной работы. Так, если сопоставить рацион гимнастки или боксера наилегчайшей весовой категории с рационом легкоатлета - многоборца или тяжелоатлета, выступающего в сверхтяжелой весовой категории, то сразу выявятся резкие различия по основным компонентам пищи. Однако, даже не прибегая к таким контрастным сравнениям, следует иметь в виду, что характер питания спортсмена прямо связан с метаболическими процессами, происходящими в организме при занятиях тем или иным видом спорта. Следовательно, главные различия между спортсменами в их потребности в энергии и пищевых веществах связаны со спецификой вида спорта.

Современный спорт включает виды с различным проявлением основных физических качеств - силы, быстроты, выносливости, гибкости и ловкости. (Смирнов В.М. 2002 [8]).

Высокие результаты спортсменов связаны с различными уровнями развития этих качеств и характеризуются метаболическими изменениями обмена веществ, по которым можно составить представление о механизмах энергообеспечения мышечной деятельности.

Все виды спорта по характеру проявления основных физических качеств спортсмена в процессе специальной физической подготовки и по метаболическим особенностям обмена веществ можно разделить на пять групп: скоростно-силовые виды спорта (легкая атлетика - спринт, барьерный бег, прыжки, метание, многоборье; тяжелая атлетика и др.). В этой группе видов спорта расход энергии у спортсменов составляет 3500-4500 ккал. На определенных этапах подготовки спортсменов, занимающихся этими видами спорта, возникает необходимость в развитии мышечной силы и требуется дополнительное потребление пищевого белка. С тем чтобы удовлетворить потребность организма в белках, например, у тяжелоатлетов, легкоатлетов-многоборцев, метателей, спринтеров, содержание его должно составлять 2,4-2,8 г/кг массы тела или 17-18 % калорийности дневного рациона. Для сравнения, у людей не занимающихся спортом этот показатель равен 11-13 %. (Пмендин А.И. 1989 [1]).

Потребность в жирах у представителей этих видов спора составляет 1,8-2,0 г/кг массы тела или 30 % калорийности рациона (33 % для людей не занимающихся спортом).

Углеводы обеспечивают 52-53 % энергетической ценности суточного рациона. Это составляет 9,0-11,0 г/кг массы тела, что меньше, чем у обычных людей (57 %), однако этого вполне достаточно, чтобы удовлетворить энергетические запросы биосинтетических процессов в организме и обеспечить энергией мышечную деятельность.

Циклические виды спорта (бег на средние и длинные дистанции, спортивная ходьба, велогонки на шоссе, лыжные гонки и др.). Потребность в белках, жирах, углеводах для спортсменов этих видов спорта составляет 14-15 %, 25 % и 60-61% от общей калорийности дневного рациона или 2,2-2,6; 1,7-1,9 и 11,0-14,0 г/кг массы тела. (Фомин Н.А. 1982 [7]).

Сложнокоординационные виды спорта (акробатика, художественная и спортивная гимнастика, прыжки в воду, на лыжах с трамплина, санный и парусный спорт, стрельба из лука, пулевая, стендовая, конный спорт и др.). В рацион спортсменов, занимающихся этими видами спорта, включают белки 2,2-2,5 г/кг массы тела, жиров 1,7-1,9 г/кг массы тела и углеводы - 8,6-9,7 г/кг массы тела.

Спортивные единоборства (борьба вольная, классическая, дзюдо, самбо, бокс, фехтование). Специфика спортивной деятельности в этих видах спорта заключается главным образом в быстрой перестройке двигательных действий, соответствующей меняющейся ситуации. У спортсменов - единоборцев наиболее полно развиваются сила, быстрота, выносливость. Общее количество белков в суточном рационе этих спортсменов может составлять 2,4-2,8 г/кг массы тела, жиров - 1,8-2,2 г/кг массы тела, углеводов - 9,0-11,0 г/кг массы тела.

Игровые виды спота. Специфические особенности таких видов спорта, как баскетбол, волейбол, гандбол, теннис, хоккей с шайбой, с мячом, на траве, футбол, регби, водное поло, связанны с быстрым переключением действий в соответствии с меняющимися условиями игры, принятием быстрых и эффективных решений при остром дефиците времени. Наряду с физической нагрузкой спортсмены в игровых видах спорта несут большую нервно-психологическую нагрузку, сопряженную с сильным эмоциональным возбуждением. (Зимкин Н.В. 1975 [2]).

В соответствии с энергозатратами основные пищевые вещества в суточном рационе распределяются следующим образом: белки - 2,4-2,6 г/кг массы тела, жиры - 2,0-2,2 г/кг массы тела, углеводы - 9,6-10,4 г/кг массы тела. (Пмендин А.И. 1989 [1]).

2.1 Расход энергии в гандболе

Гандбол характеризуется разнообразием движений. Это спортивная игра, которая включает в себя бег, прыжки, броски мяча с места и в прыжке, удары, различны силовые элементы и т.п. Все эти условия выполняются в условиях взаимодействия игроков. Изменение структуры движений и их интенсивности происходит во время игры непрерывно.

Гандбол носит скоростно-силовую направленность, которая отражается в тренировочном процессе. Игра способствует развитию быстроты, силы, ловкости и других качеств. Благодаря чему физиологические сдвиги в организме различны. (Зимкин Н.В. 1975 [2]).

Расход энергии у гандболистов и гандболисток различен. У гандболистов до 4500 ккал. МПК у гандболисток 44 мл/мин/кг, у мужчин 53 мл/мин/кг. Частота дыхания (ЧД) может составлять от 20-30 до 60 экс. в мин. ЖЗЛ составляет от 3500 до 5000 мл, а у женщин 3000-4500 мл. ЧСС в покое составляет от 45 до 55 уд. /мин. Во время игры может достигать 140-180 и более уд. /мин. (Смирнов В.М. 2002 [8]).

Лектат после игры (тренировки) может составлять 8-14 и более ммоль/л.

Работа мышц в гандболе в основном динамическая. Однако при силовых приемах мышцы развивают значительные, но кратковременные статические напряжения.

Мощность циклических движений в данном виде спорта - переменная.

Двигательные навыки у занимающихся разнообразны. (Зимкин Н.В. 1975 [2]).

Заключение

Как видно из последней главы занятия физическими упражнениями вызывают значительные изменения в метаболических процессах. Систематически нагрузки, которые получает организм, вызывают изменения во внутренней среде: истощаются источники энергии - при кратковременных и интенсивных нагрузках запасы гликогена в мышцах и печени, при более длительной - жиры. При тренировках с силовой направленностью затрачиваются белки мышц. Однако в период отдыха происходит не только восстановление, но и сверхвосстановление этих веществ. Этот принцип лежит в основе спортивной тренировки.

Однако тренировки разной направленности приводят к разным морфологическим изменениям. Нагрузки, направленные на развитие аэробной выносливости приводят к усилению интенсивности окислительных процессов с использованием в качестве источника энергии свободных жирных кислот, тренировки силовой направленности к увеличению поперечника работающих мышц.

С учетом этих особенностей составляется дневной рацион питания спортсменов. Калорийность питания, а также количество белков, жиров, углеводов зависят от специфики вида спорта. При правильном питании, обеспечивающем организм спортсмена всеми необходимыми ему питательными веществами, повышается работоспособность, а следовательно возможно достижение высоких результатов.

Список используемых источников

1.Пмендин А.И., Рогозкин В.А., Шишина Н.Н. Питание спортсменов. - М.: Физкультура и спорт, 1989. - 160 с., ил.

2.Физиология человека: Учебник для институтов физической культуры / Под ред. Н.В. Зимкина. - М.: Физкультура и спорт, 1975. - 496 с., ил.

.Лаптев А.П., Полиевский С.А. Гигиена: Учебник для институтов и техникумов физической культуры. - М.: Физкультура и спорт, 1990. - 368 с., ил.

.Платонов В.Н. Адаптация в спорте. - К.: Здоровя, 1988. - 216 с.

.Общий курс физиологии человека и животных. В 2 кн. Кн.2. Физиология висцеральных систем: Учебник для биологических и медицинских специальных ВУЗов / Под ред. А.Д. Ноздрачёва. - М.: Высшая школа., 1991. - 528 с.: ил.

.Физиология мышечной деятельности: Учебник для институтов физической культуры / Под ред. Я.М. Коца. - М.: Физкультура и спорт, 1982. - 347 с., ил.

.Фомин Н.А. Физиология человека: Учебное пособие для студентов факультета физического воспитания педагогических институтов. - М.: Просвещение, 1982. - 320 с., ил.

.Смирнов В.М., Дубровский В.И. Физиология физического воспитания и спорта: Учебник для студентов средних и высших учебных заведений. - Изд-во ВЛАДОС-ПРЕСС, 2002. - 608 с., ил.

.Воробьева Е.А., Губарь А.В., Сафьянникова.: 2-е издание.: М. - Медицина 1981. - 416 с.

.Петровский Б. В.: Большая медицинская энциклопедия.: М. - 1984. - 988 с.

.Ильин Е. П.: Психофизиология физического воспитания.: М., Просвещение 1980. - 198 с.

.Геселевич В. А.: Предстартовое состояние спортсмена. Физкультура и спорт.: М. - 1969. - 384 с.

.Фарвель В. С.: Физиология спорта. Очерки.: М.; Физкультура и спорт. 1960. - 286 с.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ "Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины Факультет Физи

Больше работ по теме: