Abstract SPECIFIC ALTERATIONS IN METABOLISM OF ATHLETES TRAINING IN VARIOUS BIOENERGETICAL REGIMES AS RESPONSE TO STANDARD PHYSICAL LOAD Suzdalnitsky R.S., Dr.Hab, professor, academician of Russian academy of natural sciences All-Russian research institute of physical culture and sport, Moscow Menshikov I.V., Ph.D. Udmurtian State university, Izhevsk Modera E.A., Ph.D. Udmurtian State university, Izhevsk Key words: adaptation, metabolism, regulation mechanisms, bioenergetical regime, sport specialization. The purpose of this study was to discover some specific alterations in metabolism of athletes who are training in various bioenergetical regimes. Authors' special attention was paid to the research of peculiarities of substrative suppliement and its regulation mechanisms. The marks were chosen accordingly - glucose, fat acids, hormones, cortifan, insulin, ionized calcium and others. At the end of the research it was shown at the first time that in conditions of originality of adoptive systems formation and in dependence on bioenergetical regimes of training, even a single standard physical load (PWC 170) intails specific alterations in athletes' metabolism. The alterations in correlation of cortifan, insulin, ionized calcium could be recognized as the mark of energy supplying system efficiency, as the mark of good-training and as the mark of reaction's adequacy to the load.
|
СПЕЦИФИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ В МЕТАБОЛИЗМЕ СПОРТСМЕНОВ, ТРЕНИРУЮЩИХСЯ В РАЗНЫХ БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕЖИМАХ, В ОТВЕТ НА СТАНДАРТНУЮ ФИЗИЧЕСКУЮ НАГРУЗКУ Академик РАЕН и Международной
академии наук, Всероссийский научно-исследовательский институт физической культуры и спорта, Москва Кандидаты биологических наук И.В. Меньшиков , Е.А. Модера Удмуртский государственный университет, Ижевск Ключевые слова: адаптация, метаболизм, механизмы регуляции, биоэнергетический режим, спортивная специализация. Долговременная адаптация спортсменов к физическим нагрузкам разной интенсивности сопровождается специфическими изменениями в структуре метаболизма. Центральное место в таких структурных перестройках занимает система энергообеспечения мышечной деятельности. Изменения в других сопряженных системах будут производными по отношению к ней. В систему энергообеспечения входят в первую очередь механизмы, связанные с процессами мобилизации и утилизации основных энергетических субстратов и систем их регуляции. Качество тренировочного процесса будет зависеть от того, насколько эффективно организм спортсмена сможет мобилизовать и использовать энергетические субстраты, насколько совершенно будет сформирована система регуляции этих процессов. Очевидно, что физические тренировки разной интенсивности определяют специфические изменения в составе используемых субстратов. Известно, что нагрузки высокой интенсивности преимущественно обеспечиваются углеводами, тогда как длительные малоинтен сивные нагрузки требуют значительного вовлечения жиров в качестве энергетического субстрата. Различия по энергоемкости и мощности этих двух субстратов и определяют специфичность их использования при физических тренировках разной интенсивности. Этому вопросу в литературе посвящено большое количество работ. Однако недостаточ но четко выделены показатели, отражающие структурный след адаптации, который формируется в зависимости от биоэнергетического режима тренировочного процесса [3]. Несмотря на известный факт, что организм спортсмена отличается от организма нетренированного человека не только реакцией на физическую нагрузку, но и в состоянии покоя, этому вопросу уделяется мало внимания. В то же время данная проблема важна с точки зрения не только спортивной физиологии, но и спортивной медицины. Авторы дают себе отчет в том, что поиск таких критериев сложен, так как непросто выделить устойчивые специфические константы адаптационных перестроек, которые скрыты постоянно протекающими процессами срочного и отставленного восстановления. Многие исследования, проводимые на спортсменах, не учитывают специфичности адаптивных изменений в метаболизме. Отсюда, на наш взгляд, неоднозначность и противоречивость данных по многим показателям в ответ на однократную физическую нагрузку. Это относится к используемым энергетическим субстратам, гормонально му фону, изменениям в углеводном и липидном обменах. При условии специфичности формирующихся адаптивных систем, в зависимости от биоэнергетического режима тренировочного процесса, следует ожидать и специфичности в реакции метаболизма спортсмена в ответ на однократную физическую нагрузку. Поэтому целью настоящей работы было, используя ряд показателей, характеризующих разные системы метаболизма, включая регуляторные, исследовать специфические изменения в организме спортсменов, тренирующихся в разных биоэнергетических режимах, в покое и в ответ на стандартную физическую нагрузку. Так, глюкоза и жирные кислоты в крови - основные энергетические субстраты. Их концентрация и изменения рассматриваются как результат двух процессов - их мобилизации и утилизации; - кортизол, инсулин наряду с катехоламинами - гормоны, оказывающие существенное влияние на обмен указанных выше субстратов; - ионизированный кальций, по современным представлениям, влияет на чувствительность альфа- и бета-адренорецепторов [2, 4]. Эти рецепторы, согласно концепции Лабори [1], отличаются метаболическим обеспечением. Альфа-адреноре цепторы активируют структуры, ответственные за мобилизацию глюкозы в кровь, тогда как активация бета-адренорецепторов способствует мобилизации жиров. Другие исследуемые нами показатели рассматриваются в данной работе как отражение структурных и функциональных перестроек в процессе долговременной адаптации к физическим тренировкам разной биоэнергетической направленности. Предложенная стандартная физическая нагрузка на велоэргометре (тест PWC170) была неспецифической для всех групп исследуемых и выполняла роль пускового механизма включения специфического метаболизма, характерного для каждой исследуемой группы в соответствии с биоэнерге тическим режимом тренировочного процесса. По результатам теста рассчитывалось МПК. Методы исследования. Исследования проводились в четырех группах здоровых испытуемых -мужчин, которые были заранее проинформиро ваны об условиях эксперимента и дали согласие на участие в нем. Все спортсмены находились в режиме активных тренировочных нагрузок. В 1-ю группу (n=10) вошли нетренированные мужчины, средний возраст которых составил 19-20 лет, средний вес - 64,6±1,6 кг, среднее значение МПК - 44,2±0,9 мл/кг/мин; во 2-ю (n=9) - спринтеры (I разряд, кмс, мс), средний возраст которых -18 -20 лет, средний вес - 66,9±2,7 кг, МПК - 64,7±3,3 мл/кг/мин; в 3-ю группу (n=10) - стайеры (I разряд, кмс), средний возраст которых - 19 - 20 лет, средний вес - 62,6±1,2 кг, МПК - 65,7±2,4 мл/кг/мин; в 4-ю (n=9) - марафонцы (I разряд, мс, мсмк), средний возраст - 19-25 лет, средний вес - 61,6±1,3 кг, МПК - 83,3±2,3 мл/кг/мин. Забор крови проводили из вены утром натощак (после 14-часового голодания) в состоянии покоя и через 5 мин после стандартной физической нагрузки (тест PWC170). Все спортсмены прекращали тренировочный процесс за 2 дня до начала эксперимента. Липидный состав плазмы крови и мембран эритроцитов изучали методом тонкослойной хроматографии на пластинах с силикагелем "Sorbfil". Концентрацию глюкозы в крови изучали глюкозооксидазным методом. Концентрацию лактата в сыворотке измеряли колориметрически по Баркеру и Саммерсону, общий белок плазмы - биуретовым методом, свободный аминный азот - колориметрически. Мочевину в плазме определяли по цветной реакции с диацетилмонооксимом (тест системы "Reacomplex"). Концентрацию инсулина и кортизола в плазме измеряли в лаборатории биохимии гормонов ВНИИФКа радиоиммунологическим методом (тест-наборы НОПИБОХ, Беларусь). Ионизированный кальций в крови определяли методом прямой потенциометрии с помощью ионоселективных электродов, что позволяло выявлить активную концентра цию элемента на фоне общей концентрации его соединений. Перекисное окисление липидов изучалось стандартным методом оценки концентрации малонового диальдегида в реакции с тиобарбитуровой кислотой. Степень перекисного гемолиза эритроцитов под влиянием 2,4%-ного раствора перекиси водорода в 1/15 М-фосфатном буфере определялась по методике Гиорги, Коган, Роузе,1988. Ацетилхолинэстеразная активность определялась прямой рН- метрией. Результаты исследований. Глюкоза . Концентрация глюкозы в крови в покое во всех группах спортсменов была достоверно ниже по сравнению с контрольной группой (p<0,05).После стандартной физической нагрузки наибольшее падение концентрации глюкозы наблюдалось в группе нетренированных людей. В группе марафонцев этот показатель несколько увеличивался. Процентное содержание липидных фракций плазмы крови. Концентрация свободных жирных кислот(FFA) в плазме крови выше у спринтеров и спортсменов, тренирующихся на выносливость (p<0,01). После тестовой нагрузки этот показатель не изменился у нетренированных людей, тогда как у спринтеров, стайеров, марафонцев он увеличился, причем наибольший прирост отмечен в группе марафонцев. Концентрация свободного холестери на и триглицеридов в покое достоверно выше у бегунов на короткие и длинные дистанции, однако после теста PWC170 достоверных изменений в этих фракциях не выявлено. Содержание эфиров холестерина во всех группах спортсменов значительно ниже, чем у нетренированных людей, причем у марафонцев это снижение достоверно (p<0,05). Достоверные различия в содержании фосфолипидов выявлены в группах стайеров и марафонцев до физической нагрузки. Процентное содержание липидных фракций мембран эритроцитов. Выявлено высокое содержание свободных жирных кислот, триглицеридов, эфиров холестерина у спортсменов по сравнению с неспортсменами. Напротив, содержание фосфолипидов и свободного холестерина в мембранах эритроцитов больше в контрольной группe. После стандартной нагрузки достоверные изменения отмечены только в группе марафонцев, где наблюдается увеличение содержания фосфолипидов и снижение свободных жирных кислот в мембранах эритроцитов.
Рис. 1. Концентрация
инсулина в плазме крови до и после теста PWC170.
Рис. 2. Концентрация
кортизола в плазме крови до и после теста PWC170.
Рис. 3. Отношение кортизол/инсулин до и после теста PWC170.
Рис. 4. Концентрация
ионизированного кальция в крови до и после теста
PWC170.
Рис. 5. Перекисный гемолиз эритроцитов/ перекисное окисление липидов до и после теста PWC170. Лактат . Значительной разницы в содержании лактата у тренированных и нетренированных людей до начала тестовой нагрузки не наблюдалось. После нее концентрация лактата возросла во всех группах испытуемых, причем наибольший прирост отмечен в группе марафонцев. Инсулин . В группе спринтеров выявлена самая высокая концентрация инсулина, в группе марафонцев - самая низкая. В ответ на нагрузку отмечено снижение концентрации данного гормона во всех группах, кроме марафонцев, у которых наблюдается тенденция к повышению инсулина в плазме крови (рис. 1). Кортизол . В покое достоверно высокое содержание кортизола обнаружено в группах спринтеров и марафонцев (p<0,05). После теста PWC170 концентрация кортизола повышается незначительно в контрольной группе, группе спринтеров и стайеров и практически не изменяется в группе марафонцев (рис. 2). Обращают на себя внимание высокие значения отношения кортизол/инсулин у спортсменов, тренирующихся на выносливость, до начала теста PWC170. После него в этой группе наблюдается снижение этого показателя, тогда как в группе стайеров отмечен значительный прирост отношения кортизол/инсулин (рис. 3). Ионизированный кальций. Содержание ионизированного кальция в крови в группах стайеров и марафонцев несколько выше, а в группе спринтеров несколько ниже относительно нетренированных мужчин в покое. В ответ на стандартную физическую нагрузку наблюдаются разнонаправленные сдвиги в группах испытуемых. Так, у спринтеров Са2+ достоверно повышается (p<0,05), а у стайеров и марафонцев достоверно снижается (рис. 4). Перекисное окисление липидов (ПОЛ), перекисный гемолиз (ПГ). До начала тестирующей нагрузки уровень ПОЛ достоверно выше у спринтеров и стайеров (p<0,01). После теста достоверное увеличение этого показателя выявлено у бегунов на средние дистанции и марафонцев. Процент перекисного гемолиза эритроцитов в покое достоверно ниже (p<0,001) у спортсменов, тренирующихся на выносливость, после нагрузки у стайеров показатель снижается (p<0,001) (рис. 5). Ацетилхолинэстераза. В группе марафонцев выявлена самая низкая активность ацетилхолинэстеразы (p<0,001), которая повышается после тестирующей нагрузки (p<0,01). Обсуждение . Известно, что спортсмены отличаются более высоким уровнем метаболизма в покое [5]. Как показывают наши исследования, высокий уровень метаболизма может быть следствием высокого уровня кортизола. Кортизол обеспечивает избыточность катаболических реакций и мобилизацию субстратов в кровь. Однако в покое субстраты вновь поступают на ресинтез гликогена и жиров. Поэтому мы рассматриваем оборот субстратов в крови, который выше у спортсменов. Это обеспечивает более эффективное их включение в систему энергообеспечения во время работы. Высокий уровень кортизола и инсулина в крови у спринтеров относительно контрольной группы, возможно, является причиной повышенного уровня свободных жирных кислот (СЖК), концентрация которых у них ниже, чем у марафонцев, имеющих такой же уровень кортизола. Это связано с тем, что у спринтеров высокая концентрация инсулина снижает липолитическое действие кортизола и одновременно обеспечивает ресинтез гликогена из глюкозы крови. Кортизол одновременно активирует процессы глюконеогенеза. У марафонцев высокий уровень кортизола и несколько сниженный уровень инсулина приводят к высоким значениям концентрации СЖК. Группа стайеров, использующая в равной мере оба субстрата, менее отличается по содержанию гормонов и субстратов в крови от контрольной группы, однако демонстрирует их ярко выраженный сдвиг в ответ на физическую нагрузку. В группах спринтеров и марафонцев четко проявилась специфика в системе энергообеспе чения. Как следует из полученных нами данных (см. рис. 1), основное модулирующее действие на потоки субстратов оказывает инсулин, как в покое, так и в ответ на физическую нагрузку . Его концентрация в покое и изменения в ответ на физическую нагрузку определяют высокий оборот глюкозы в покое и ее мобилизацию при физической нагрузке у спринтеров и жиров - в группе марафонцев. Это проявилось в меньшем падении уровня глюкозы в крови у спринтеров, стайеров, марафонцев. У последних отмечается даже некоторое ее повышение. У спортсменов этих же специализаций отмечается рост концентрации СЖК (рис. 6). Исследование корреляционных связей выявило сильную зависимость между соотношением кортизол/инсулин и субстратами крови в группах исследуемых. Причем относительно контрольной группы данная взаимосвязь противопо ложна по знаку и выражена в отношении глюкозы у спринтеров и жиров в группе марафонцев. Это указывает на специфичностьи функциональных связей, складывающихся в процессе долговременной адаптации. Изменения ионизированного кальция в крови влияют на процессы мобилизации субстратов (глюкозы, СЖК) через изменения чувствительности рецепторов к катехоламинам. Это может указывать на активно протекающие процессы мобилизации глюкозы у спринтеров и жиров - у марафонцев в ответ на стандартную физическую нагрузку (см. рис. 6).
Рис. 6. Изменения
инсулина, глюкозы, свободных жирных кислот и Ca2+
после теста PWC170. Увеличение ПОЛ в ответ на физическую нагрузку в группах стайеров и марафонцев может быть связано с более выраженной активацией липидного обмена. Переход на аэробный путь энергообеспечения и увеличение доли липидов в качестве источников энергии предполагает вовлечение в окислительный процесс большего количества кислорода. Это ведет к увеличению свободнорадикального окисления липидов. Известно, что перекисные свободнорадикальные реакции, протекающие в митохондриях, необходимы для нормального функционирования сопряженной дыхательной цепи. В местах своего образования перекиси создают протонофорные участки, необходимые для работы АТФ-азы. Данные по перекисному гемолизу и ПГ/ПОЛ указывают на усиление антиоксидантных систем у спортсменов, тренирующихся на выносливость, и могут рассматриваться как компенсаторные механизмы защиты в ответ на усиление свободнорадикального окисления. Поэтому можно предположить, что ПОЛ носит специфический характер, является тонко управляемым процессом и выполняет регуляторные функции. Таким образом, проведенное исследование выявило специфические изменения в системе энергообеспечения работы и в процессах ее регуляции при тренировках в разных биоэнергетических режимах. Изменения других представленных показателей: свободного аминного азота, мочевины, общего белка, липидного состава мембран эритроцитов, мембранно-связанной ацетилхолинэстеразы - являются отражением структурных и функциональных перестроек в процессе адаптации к физическим нагрузкам и носят специфический характер. Уровень основных энергодающих субстратов определяется совокупностью регуляторных влияний кортизола, инсулина и ионизированного кальция, комбинация которых обеспечивает специфический для каждой группы испытуемых уровень глюкозы и ПЖК крови в покое и их изменение в ответ на стандартную нагрузку. В соответствии с классическими представлениями, специфичность в мобилизации и утилизации субстратов определяется интенсивностью и продолжительностью выполняемых нагрузок. Однако, как показывают наши исследования, даже низкоинтенсивная физическая нагрузка (тест PWC170) уже достаточна для активации специфических регуляторных механизмов мобилизации субстратов. Это может свидетельствовать о существовании адаптивно закрепленных функциональных механизмов регуляции, специфичных для перестроенного метаболизма. Впервые полученные данные позволяют по-новому поставить вопрос о поиске единых, универсальных критериев для оценки степени адаптации, уровня тренированности и спортивной формы. Одним из таких критериев может быть выраженность специфических реакций организма в системе энергообеспечения в ответ на стандартную неспецифическую физическую нагрузку. Специфические функциональные тесты для спортсменов, работающих в разных биоэнергетических режимах, позволяют, на наш взгляд, в большей степени выявлять индивидуальные различия. Тогда как наша модель позволяет определить общую направленность специфических изменений, ее глубину и тем самым оценить уровень адаптированности, т.е. подготовленности спортсмена к работе в том или ином биоэнергетическом режиме. Соотношение используемых нами показателей (кортизол, инсулин, ионизированный кальций) и их изменения в ответ на стандартную физическую нагрузку могут рассматриваться в качестве весьма существенного критерия функционального состояния систем энергообеспечения организма, степени его тренированности и адекватности реакции на предъявляемую нагрузку как при однократных нагрузках, так и в динамических исследованиях. Литература 1. Лабори Ф. Регуляция обменных процессов. - М. : Медицина, 1970, с. 367. 2. Медведев В., Косенков Н. Закономерности взаимодействия гормональных влияний и собственной активности клеток в процессе адаптации // Физиология человека. 1989, т. 15, № 1 , с. 121-130. 3. Меерсон Ф., Пшенникова М. Адаптация к стрессорным ситуациям к физическим нагрузкам. - М. : Медицина , 1988, с. 253. 4. E. Shulster D., Levitski A. Cellular receptors for hormones and neurotransmiters. - New-York-Bris- Bone- Toronto //J. Wilew and Sons. Ltd. -1980. - p. 397. 5. Tremblay A., Despres J.P., Bouchard C. Effect of exercise-training on regulation of resting energy needs //J. Obesity and Weight Regul. - 1988. - v. 7. - N 1. - p. 6 - 16.
При любом использовании данного материала ссылка на журнал обязательна!
Реклама:
|
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
На главную
В библиотеку
Обсудить в форуме