Прикладной биотехнологии

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

высшего профессионального образования

ПРИКЛАДНОЙ БИОТЕХНОЛОГИИ

(МГУПБ)
Кафедра технологии продуктов детского, функционального и

спортивного питания

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОДУКТОВ

СПОРТИВНОГО ПИТАНИЯ
Учебное пособие для студентов специальности 260505 – Технология детского и

функционального питания

Москва 2010

УДК 613.292:796.071

ББК 75.0:36.81

Т 51
Рецензенты: В.Д. Городецкий, к.м.н., ведущий специалист ФГУ "Центр спортивной подготовки сборных команд России"

В.И. Круглик, д. т. н., генеральный директор ЗАО

«Компания “НУТРИТЕК”»

Технология продуктов спортивного питания : учеб. пособие / Э.С. Токаев, Р.Ю. Мироедов, Е.А. Некрасов, А.А. Хасанов. – М. : МГУПБ, 2010. – 108 с.

Составлено в соответствии с программой ГОС ВПО.

В учебном пособии изложены основные вопросы, связанные питанием спортсменов. Рассмотрены общие принципы и особенности питания различных групп спортсменов. Приведены виды специализированных продуктов питания спортсменов и технологии их производства.

Учебное пособие предназначено для студентов различных форм обучения по специальности 260505 – Технология детского и функционального питания, преподавателей и всех, кто стремится овладеть систематизированными знаниями в области организации производства продуктов спортивного питания.

ISBN 978-5-89168-238-2 © МГУПБ, 2010

Средства и способы восстановления физической работоспособности спортсменов должны вытекать из характера выполняемой работы. Одним из первых и основных средств восстановления является питание, именно оно в первую очередь способно расширить границы адаптации организма спортсмена к экстремальным физическим нагрузкам.

Гра­мотное построение рациона питания спортсмена с обяза­тельным восполнением затрат энергии и поддержанием водного баланса организма – важное требование при орга­низации тренировочного процесса. В основе стратегии питания спортсменов лежат общие принципы сбалансированного питания, однако имеются и специальные задачи. Они зак­лючаются в повышении работоспособности, отдалении времени наступления утомления и ускорении процессов восстановления после физической нагрузки. Возможность активно и рационально использовать факторы питания на раз­личных этапах процесса подготовки спортсменов, а также непос­редственно в ходе соревнований всегда привлекала внимание спе­циалистов. Однако следует отметить, что, несмотря на важность данного вопроса для спортсменов, практическое применение не­редко находят концепции, не имеющие научного обоснования, или же теоретические построения, справедливость которых не подтвер­ждена научными исследованиями. Возможно, разночтения в воп­росе питания спортсменов связаны с ограниченным количеством адресованной непосредственно тренеру и спортсмену информации, основанной на научном обосновании соответствия характера и ре­жима питания изменениям метаболизма, вызванным мышечной деятельностью.

Без знания энергетических запросов физической активности, роли ос­новных энергетических субстратов и представления о субстратах, лимитирующих мышечную деятельность, невозможно обосновать основные рекомендации по питанию в конкретном виде спорта.

Особенностью соревнований, а порой и тренировочного процесса, является высокое эмоциональное и нервное напряжение спортсмена. При мышечной деятельности в мобилизации источников энергии участвуют гормоны. Они способствуют сохранению определенных границ гомеостаза, что обеспечивает работоспособность организма при том или ином виде мышечной деятельности. В связи с этим необходимо учитывать влияние пищевых веществ при создании метаболического фона, благоприятного для биосинтеза гуморальных регуляторов (андрогенов, катехоламинов, простагландинов, кортикостероидов и др.) и для реализации их действия.

Спортсмены высокой квалификации в течение своей спортивной жизни должны адаптироваться не только к определенному режиму тренировок, но и к 4–5-разовому режиму питания, который необходим для обеспечения равномерного поступления питательных веществ. Огромный даже для профессионального спорта объем тренировок делает очень сложной такую организацию рационального питания, так как перерыв между едой и тренировкой должен быть не менее 1,5 часов.

При организации рационального питания спортсменов в период напряженных физических нагрузок в условиях учебно-тренировочного сбора или в сложных условиях соревнований появилась необходимость использовать специализированные продукты для питания спортсменов. Применение таких продуктов предполагает четкое определение стратегии и тактики их использования, упрощение планирования рациона спортсменов, соблюдение режима питания и равномерное поступление пищевых веществ в организм.

Необходимость использования данной группы продуктов в спорте убедительно подтверждается результатами многочисленных исследований, выполненных специалистами СПбНИИФК, ВНИИФК, ГУ НИИ питания РАМН, МГУПБ и ряда зарубежных лабораторий.

В последние годы в области разработки и применения специализированных продуктов для питания спортсменов наметилось стремительное развитие. Однако их промышленное производство в нашей стране весьма ограничено. До настоящего времени основным направлением в области разработки и производства подобных продуктов являлось создание специализированных продуктов, обладающих узконаправленным действием, которые, как правило, обеспечивают только поддержание пищевого статуса и способствуют улучшению спортивных показателей, но не снижают отрицательные последствия интенсивных физических нагрузок на организм спортсмена.

Все более расширяющееся отечественное производство и использование специализированных продуктов в питании спортсменов требует объективного научного обоснования принципов их создания.

1. 
   ЗНАЧЕНИЕ ПИТАНИЯ В СИСТЕМЕ
   

Оптимальное возмещение расходуемого количества энергии и пищевых веществ является основным назначением рационального питания спортсмена. Оно строится на трех основных принципах:

• 
  соответствие энергетической ценности рациона расходу энергии;
  
• 
  сбалансированность рациона по основным пищевым веществам и незаменимым факторам питания применительно к определенному виду спорта;
  
• 
  выбор наиболее адекватных форм питания (продуктов и блюд) и количества приемов пищи в течение дня.
  

Кроме того, зная питательную ценность и назначение отдельных пищевых веществ, можно посредством составления различных рационов питания активно влиять на функциональную деятельность организма, способствовать развитию скелетной мускулатуры, устранению лишних жировых отложений, повышению работоспособности и выносливости.

• 
  принцип энергетической сбалансированности – соответствие энергетическим потребностям спортсмена. Питание должно не только возмещать расходуемые количества энергии, но и способствовать повышению работоспособности относительно исходного уровня;
  
• 
  системность питания – питательные элементы наилучшим образом функционируют только во взаимодействии друг с другом;
  
• 
  адекватность питания – следствие принципа системности – при недостаточном количество даже одного жизненно важного питательного элемента в организме другие не смогут правильно функционировать;
  
• 
  учет динамики образа жизни – подбор адекватных форм питания в зависимости от образа жизни, характера тренировок и места их проведения;
  
• 
  точность дозирования физиологически функциональ ных ингредиентов – существует достаточно узкий диапазон необходимого потребления каждого питательного элемента, что является основой оптимального функционирования организма;
  
• 
  соблюдение принципов сбалансированного питания в зависимости от вида спорта и специфики физических нагрузок [10, 21].
  

В отдельные периоды подготовки спортсменов, в зависимости от конкретных задач и содержания тренировочного процесса, возникает необходимость в составлении пищевых рационов определенной направленности (белковой, углеводной, белково-углеводной и др.). Например, в тренировочный период при выполнении спортивных упражнений, способствующих увеличению мышечной массы и развитию силы, следует усилить белковую направленность рациона питания. В этом случае следует включать в рацион дополнительные пищевые продукты, богатые белком или специализированные высокобелковые продукты. Для усиления углеводной направленности рациона, необходимо включать в него продукты, богатые простыми и сложными углеводами, углеводно-минеральные напитки при одновременном уменьшении продуктов, являющихся источниками жиров. Для усиления содержания жиров (например, в зимний период подготовки) следует включать в суточный рацион продукты, являющиеся источниками липидов.

В соответствии с особенностями обменных процессов при различных тренировочных режимах требуется изменение количественной и качественной характеристик питания.

При работе в анаэробном режиме необходимо сохранение в рационе оптимального количества белка и увеличение количества углеводов за счет снижения количества жира, дополнительного приема витамина группы В (В₁, В₂, В₆, В₁₂, РР) и аскорбиновой кислоты. Динамические или статические мышечные усилия, направленные на увеличение мышечной массы и развитие силы, требуют повышения содержания белка в рационе, а также витаминов В₆, В₂, РР, Р₁ [18].

При работе в аэробном режиме, направленной на совершенствование выносливости, весьма существенным является увеличение калорийности рациона, а также количества углеводов, полиненасыщенных жирных кислот, липидов, витаминов А, Е, С, В₁, В₂, В_12, биотина, фолиевой кислоты и др. [18].

При работе в смешанном анаэробно-аэробном режиме характер питания близок к формуле сбалансированного питания для здорового человека, при этом соотношение белков, жиров и углеводов соответствует 1:0,9:4 [18, 21].

Главная особенность спортивного питания состоит в том, что энерготраты при спортивной деятельности значительно выше, чем у стандартного здорового человека. Доказано, что энерготраты, а следовательно и калорийность суточного рациона питания спортсменов на любом этапе их деятельности (тренировки, соревнования или восстановление), почти в 2–3 раза выше, чем у обычного человека и составляют от 4000 до 8000 ккал (в зависимости от вида спорта и объема тренировок). Суммарная калорийность рациона питания достигается за счет энергетической ценности входящих в него белков, жиров и углеводов. С увеличением энерготрат естественно возрастает и потребность организма спортсменов в энергии и, соответственно, в пищевых веществах. Поэтому по сравнению с рационом обычного питания для спортсменов несколько изменяется оптимальное соотношение основных составляющих пищевого рациона: белков, жиров и углеводов – в сторону увеличения содержания углеводов.

Величины энерготрат спортсменов и людей, ведущих активный образ жизни, являются крайне разнообразными и зависят в основном не только от вида спорта, но и от объема выполняемой работы. Энерготраты могут колебаться в очень больших пределах в одном и том же виде спорта в зависимости от периода подготовки к соревнованиям и во время соревнований. Кроме того, следует учитывать, что расход энергии спортсмена зависит от его собственного веса. Поэтому энерготраты целесообразно рассчитывать в каждом отдельном случае, используя величину метаболического эквивалента (МЭТ). Термины и определения приведены в приложении 1.

Спортсменам, занимающимся видами спорта на выносливость, рекомендуется рацион, в котором белки поставляют 14–15 % от общего количества потребляемых калорий, жиры – 25 %, углеводы – 60–61 % [1, 18].

Для представителей видов спорта, требующих развития выносливости с силовыми компонентами, несколько усилена белковая часть рациона. Процентная доля калорийности, обеспечиваемая белками, жирами и углеводами, составляет соответственно 15–16 %, 27 % и 57–58 % [1, 18].

В рационе представителей скоростно-силовых видов спорта содержание белков несколько выше, а углеводов ниже, чем в видах спорта на выносливость. Доля белков, жиров и углеводов в энергообеспечении рациона составляет соответственно 17–18 %, 30 % и 52–53 % [1, 14].

Представители силовых видов спорта в отдельные периоды тренировочного процесса, направленного на увеличение мышечной массы и развитие силы, при нагрузках большого объема и интенсивных тренировках нуждаются в повышенном потреблении белка. Калорийность, обеспечиваемая белками в этот период, может составлять 18–20 %, жирами – 31–32 %, углеводами – 49–50 % [18].

Специфика питания спортсменов связана также с повышенными потребностями организма в основных макро- и микронутриентах.

Так, потребность в белках у спортсменов в среднем составляет 2,0–2,5 г на 1 кг массы тела в сутки. В гимнастике, акробатике, фехтовании, беге на длинные дистанции, плавании, гребле, спортивных играх – 2,0–2,3 г; в метаниях, беге на короткие дистанции, прыжках, тяжелой атлетике, боксе, борьбе – 2,3–2,5 г; в многодневных велосипедных гонках потребность возрастает до 3,0–3,2 г на 1 кг массы тела. Для обеспечения нормального аминокислотного состава важен качественный состав белков. При этом доля животного белка должна составлять не менее 60 %. При употреблении рационов с высоким содержанием белка необходимо принимать во внимание факт потери воды. Дополнительная экскреция является следствием азотистой нагрузки на почки. Поэтому вопрос оптимального потребления жидкости спортсменами, чьи рационы содержат большое количество белка, чрезвычайно важен, так как дегидратация отрицательно влияет на спортивную работоспособность [10, 21]. Способы определения необходимого количества белка для спортсменов представлены в приложении 2.

Суточная потребность в жирах у спортсменов составляет 1,5–2,4 г на 1 кг массы тела. В рационе питания должно содержаться 75–80 % жиров животного происхождения и 20–25 % жиров растительного происхождения.

Углеводы являются основным источником энергии для спортсменов, поэтому суточная потребность в них составляет 9–10 г на 1 кг массы тела, при этом 64 % должно приходиться на сложные углеводы и 36 % – на простые. Если говорить о форме поступления углеводов в организм во время и после физических нагрузок, то, с точки зрения скорости восстановления мышечного гликогена, состояние дегидратации и подавленный аппетит склоняет выбор в пользу напитка. Говоря о синтезе мышечного гликогена, необходимо сказать и о видах углеводов, являющихся наиболее эффективными, с физиологической точки зрения, при производстве подобных напитков [1, 6].

Некоторые различия в метаболизме простых углеводов, в частности больший выброс инсулина после потребления глюкозы, чем фруктозы, ведут к предпочтительному использованию глюкозы и/или смеси её полимеров для восстановления мышечного гликогена. В то время как фруктоза является значительно менее эффективной для ресинтеза гликогена, чем глюкоза или сахароза. Различия во времени задержки в желудке, меньшая скорость всасывания фруктозы и возможность дисфункции со стороны желудочно-кишечного тракта так же обуславливают предпочтение в пользу других простых сахаров. Однако использование смеси глюкозы и фруктозы приводит к повышению скорости окисления экзогенных углеводов по сравнению с использованием каждого из сахаров в отдельности. Различия между глюкозой, сахарозой и мальтодекстрином в метаболизме и влиянии на физическую работоспособность в ходе физической нагрузки незначительны. Менее приемлема, с точки зрения окисления в ходе физической нагрузки, галактоза. Каких-либо эффектов рибозы, с точки зрения влияния на работоспособность и восстановление, не обнаружено [1].

По аналогии с калорийностью питания суточная потребность организма спортсменов в витаминах и минералах выше обычной в 1,5–2 раза. Потребности спортсменов в основных минеральных веществах и витаминах представлены в приложениях 3 и 4. Для достижения полноценной биологической активности питания необходимо введение в состав рациона не отдельно взятых витаминов и минералов, а правильно подобранных комбинаций – витаминных и минеральных премиксов в определенном количественном соотношении между собой и с другими пищевыми веществами. Это связано еще и с тем, что многие химические процессы катализируются одновременно несколькими взаимодействующими витаминами, макро- и микроэлементами.

Таким образом, соблюдение рационального соотношения содержания витаминов и минеральных веществ и их сбалансированность позволяет в значительной мере решить проблему фармакокинетичекого и фармакодинамического взаимодействия макро- и микронутриентов. Тем самым будет соблюден оптимальный метаболический фон в организме спортсмена, способствующий его лучшей адаптации к физическим нагрузкам.

В условиях интенсивной мышечной работы резко возрастает потребность в воде у спортсменов. В зависимости от характера спортивной деятельности и температурных условий суточная потребность в воде у спортсменов различных специализаций может колебаться от 2–3 до 5–6 литров в сутки.

3. 
   БИОХИМИЧЕСКИЕ СДВИГИ В ОРГАНИЗМЕ
   

В основе всех биохимических изменений, возникающих при работе, лежит изменение направленности метаболизма. При выполнении физи­ческой нагрузки в организме повышается скорость катаболических процессов, сопровождающихся выделением энергии и синтезом АТФ, при одновременном снижении скорости анаболизма, потребляющего значительное количество АТФ для обеспечения различных синтезов. Такое изменение направленности метаболизма приводит к улучшению энергообеспечения работающих мышц, к повышению мощности и про­должительности работы.

Необходимая перестройка метаболизма во время мышечной дея­тельности происходит под воздействием нервно-гормональной регуля­ции. Эта регуляция предназначена для создания мышцам оптималь­ных условий при выполнении ими сократительной функции.
3.1. ОСНОВНЫЕ МЕХАНИЗМЫ НЕРВНО-ГОРМОНАЛЬНОЙ

РЕГУЛЯЦИИ МЫШЕЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

В легких под влиянием симпатических импульсов повышается частота дыхания и происходит расширение бронхов. В результате увеличивается легочная вентиляция (через легкие в единицу времени прохо­дит больше воздуха), что в итоге приводит к улучшению обеспечения организма кислородом.

Под влиянием симпатической нервной системы также повышается частота сердечных сокращений, следствием чего является увеличение скорости кровотока и улучшение снабжения органов, и в первую очередь мышц, кислородом и питательными веществами. Этому также способствует расширение кровеносных сосудов в мышцах под воздей­ствием симпатических импульсов [24].

Важное значение для осуществления мышечной работы имеет и усиление потоотделения, вызываемое симпатической нервной системой. Такое влияние направлено на освобождение организма от избыточной тепловой энергии.

Под действием симпатической нервной системы снижается кровоснабжение почек, что ведет к уменьшению диуреза. В кишечнике за­медляется перистальтика и вследствие снижения скорости кровообращения ухудшается всасывание продуктов переваривания. Эти измене­ния благоприятны для мышечной деятельности, поскольку функциони­рование почек и кишечника потребляет много энергии [7].

В жировой ткани импульсы симпатической нервной системы вызы­вают повышение проницаемости клеточных мембран, что приводит к мобилизации жира, т.е. к выходу жира из жировых депо в кровь с последующим повышением его концентрации в плазме крови. Поскольку жир обладает большим запасом энергии, увеличение его содержания в крови следует рассматривать как благоприятное изменение, направлен­ное на повышение энергообеспечения мышц [7].

Очень важную роль в перестройке организма во время мышечной работы выполняют гормоны. При мышечной деятельности наблюдается выделение в кровяное русло многих гормонов. Однако наибольший вклад в функциональную и биохимическую перестройку организма вносят гормоны надпочечников.

Мозговой слой надпочечников вырабатывает два гормона - адрена­лин и норадреналин, причем значительно преобладает адреналин. Оба гормона часто объединяют общим термином катехоламины. Выделе­ние гормонов мозгового слоя в кровь происходит при различных эмо­циях, и поэтому адреналин называют гормоном эмоций или гормоном стресса. У животных стресс является первой реакцией организма на ка­кую-либо опасность, которая затем устраняется, как правило, за счет мышечных усилий. Отсюда вытекает биологическая роль адреналина – создание оптимальных условий для выполнения мышечной работы большой мощности и продолжительности путем воздействия на физио­логические функции и метаболизм [5, 7].

Механизмы действия адреналина и норадреналина близки, хотя и имеются определенные различия. Интересно отметить, что биологиче­ские эффекты, вызываемые катехоламинами, сходны с действием сим­патической нервной системы. Это объясняется тем, что в окончаниях симпатических нервов в качестве медиатора выделяется норадреналин.

Наиболее важные механизмы действия этих гормонов следующие.

Попадая с кровью в легкие, катехоламины дублируют действие симпатических импульсов. Они также вызывают повышение частоты дыхания и расширение бронхов, что приводит к увеличению легочной вентиляции и улучшению снабжения организма кислородом. Под влиянием адреналина значительно повышается частота сердечных сокращений, а также увеличивается их сила, что способствует еще большему возрастанию скорости кровообращения [7].

Еще одно важное изменение в организме, вызываемое адреналином, - перераспределение крови в сосудистом русле. Под влиянием адреналина расширяются кровеносные сосуды органов, участвующих в обеспечении мышечной деятельности (скелетные мышцы, мозг, миокард, легкие, пе­чень), и одновременно суживаются сосуды органов, не принимающих прямого участия в обеспечении функционирования мышц (почки, желу­дочно-кишечный тракт, кожа и др.). В результате такого воздействия значительно улучшается кровоснабжение мышц и внутренних органов, имеющих отношение к выполнению мышечной работы [7].

В печени под влиянием адреналина ускоряется распад гликогена до глюкозы, которая затем выходит в кровь. В результате возникает эмоциональная гипергликемия (повышенное содержание глюкозы в крови), способствующая лучшему обеспечению глюкозой как источником энер­гии функционирующих органов. У спортсменов гипергликемия может возникать еще до начала мышечной работы, в предстартовом состоянии. В жировой ткани катехоламины активируют фермент липазу, что приводит к ускорению расщепления жира на глицерин и жирные ки­слоты. Образовавшиеся продукты распада жира сравнительно легко попадают в печень, скелетные мышцы и миокард. В скелетных мышцах и миокарде глицерин и жирные кислоты используются в качестве ис­точника энергии. В печени из глицерина может синтезироваться глюко­за (глюконеогенез), а жирные кислоты превращаются в кетоновые те­ла (кетогенез) [7].

Еще одной, причем очень важной, мишенью катехоламинов являются скелетные мышцы. Под действием адреналина в мышцах усиливается распад гликогена, но свободная глюкоза не образуется. В зависимости от характера работы гликоген превращается либо в молочную кислоту (при интенсивной работе), либо в углекислый газ и воду (при работе умеренной мощности). В любом случае за счет ускоренного расщепле­ния гликогена улучшается энергообеспечение мышечной работы.

Корковый слой (кора) надпочечников продуцирует гормоны стероид­ной природы под общим названием кортикостероиды. По биологиче­скому действию кортикостероиды делятся на глюкокортикоиды и ми-нералокортикоиды. Для регуляции метаболизма во время выполнения физических нагрузок большое значение имеют глюкокортикоиды, глав­ными из которых являются кортизол, кортизон и кортикостерон. Эти гормоны действуют следующим образом [7].

Глюкокортикоиды угнетают гексокиназу – фермент, катализирую­щий переход глюкозы в глюкозо-6-фосфат. С этой реакции в организме начинаются все превращения глюкозы. Поэтому глюкокортикоиды тормозят любое использование глюкозы клетками организма, что при­водит к накоплению ее в крови. Можно предположить, что исключением из этого правила является мозг, в который глюкокортикоиды, по-видимому, не попадают из-за наличия гематоэнцефалического барьера. Мозг оказывается в более выгодном положении по сравнению с други­ми органами, так как подобный механизм регуляции позволяет исполь­зовать глюкозу крови преимущественно для питания нервных клеток и дольше поддерживать в крови достаточный уровень глюкозы. Это име­ет для мозга исключительно важное значение, поскольку нервные клет­ки в качестве источника энергии потребляют в основном глюкозу [7].

Глюкокортикоиды тормозят анаболические процессы, в первую очередь синтез белков. На первый взгляд для организма такой меха­низм действия должен быть неблагоприятным, так как белки выполня­ют многие жизненно важные функции. Однако если учесть, что синтез белков – это энергоемкий процесс, потребляющий значительное коли­чество АТФ (только на включение в белковую молекулу одной лишь аминокислоты тратится не менее трех молекул АТФ, а в молекулы бел­ков входят сотни и тысячи аминокислот) и, следовательно, являющий­ся конкурентом мышечного сокращения и расслабления в использова­нии АТФ, то становится ясно, что торможение синтеза белков во время выполнения физических нагрузок позволяет улучшить энергообеспече­ние мышечной деятельности [4].

Еще один механизм действия глюкокортикоидов заключается в сти­мулировании ими глюконеогенеза – синтеза глюкозы из неуглеводов. Во время мышечной работы глюконеогенез протекает в печени. Обычно глюкоза синтезируется из аминокислот, глицерина и молочной кислоты. С помощью этого процесса удается поддерживать в крови необходимую концентрацию глюкозы, что очень важно для питания мозга [7].

Использование креатинфосфата (КрФ) в качестве источника энер­гии приводит к снижению его концентрации в мышечных клетках и на­коплению в них креатина (Кр).

Практически при любой работе для получения АТФ используется мышечный гликоген. Поэтому его концентрация в мышцах снижается независимо от характера работы. При выполнении интенсивных нагрузок в мышцах наблюдается быстрое уменьшение запасов гликогена и одновременное образование и накопление молочной кислоты. Накопление молочной кислоты повышает кислотность внутримышечных клеток (рН снижается). Увеличение содержания лактата в мышечных клетках вызывает также повы­шение в них осмотическою давления, вследствие чего в миоциты из капилляров и межклеточных пространств поступает вода и развивается набухание мышц. На практике это явление нередко называют «забитостью» мышц.

Продолжительная мышечная работа небольшой мощности вызывает плавное снижение концентрации гликогена в мышцах. В данном случае распад гликогена протекает аэробно, с потреблением кислорода. Конечные продукты такого распада – углекислый газ и вода – удаляются из мышечных клеток в кровь. Поэтому после выполнения работы умеренной мощности в мышцах обнаруживается уменьшение содержания гликогена без накопления лактата.

Еще одно важное изменение, возникающее в работающих мышцах, повышение скорости распада белков. Особенно ускоряется распад бел­ков при выполнении силовых упражнений, причем это затрагивает в первую очередь сократительные белки, входящие в состав миофибрилл. Вследствие распада белков в мышечных клетках повышается со­держание свободных аминокислот и продуктов их последующего рас­щепления – кетокислот и аммиака [12].

Другим характерным изменением, вызываемым мышечной деятельностью, является снижение активности ферментов мышечных клеток. Одной из причин уменьшения ферментативной активности может быть повышенная кислотность, вызнанная накоплением в мышцах лактата.

И, наконец, мышечная деятельность может привести к повреждениям внутриклеточных структур – миофибрилл, митохондрий, разнооб­разных биомембран. Так, повреждение мембран саркоплазматического ретикулума ведет к нарушению проведения нервного импульса к цис­тернам, содержащим ионы кальция. Нарушение целостности сарко­леммы (оболочки мышечных клеток) сопровождается потерей мышца­ми многих важных веществ, в том числе ферментов, которые через по­врежденную сарколемму уходят из мышечных клеток в лимфу и кровь.

Повреждение мембран также негативно влияет на активность им­мобилизованных ферментов, т.е. ферментов, встроенных в мембра­ны. Эти ферменты могут полноценно функционировать только при наличии неповрежденной, целостной мембраны. Например, при мы­шечной работе может снижаться активность кальциевого насоса – фермента, встроенного в мембрану цистерн и обеспечивающего транспорт ионов кальция из саркоплазмы внутрь цистерн. Другой пример: при продолжительной физической работе уменьшается ак­тивность ферментов тканевого дыхания, локализованных во внутрен­ней мембране митохондрий [16].

В связи с такой спецификой энергоснабжения нервных клеток любое нарушение снабжения мозга кислородом или глюкозой неминуемо ведет к снижению его функциональной активности, что у спортсменов может проявляться в форме головокружения или обморочного состояния [4, 7].

Большие возможности аэробного энергообеспечения в миокарде обусловлены особенностью строения этой мышцы. В отличие от ске­летных мышц в сердечной имеется более развитая, густая сеть капил­ляров, что позволяет извлекать из протекающей крови больше кисло­рода и субстратов окисления. Кроме того, в клетках миокарда имеется больше митохондрий, содержащих ферменты тканевого дыхания. В ка­честве источников энергии миокард использует различные вещества, доставляемые кровью: глюкозу, жирные кислоты, кетоновые тела, гли­церин. Собственные запасы гликогена практически не используются; они необходимы для энергообеспечения миокарда при истощающих нагрузках [7, 16].

Во время интенсивной работы, сопровождающейся увеличением концентрации лактата в крови, миокард извлекает из крови лактат и окисляет его до углекислого газа и воды. При окислении одной моле­кулы молочной кислоты синтезируется до 18 молекул АТФ. Способность миокарда окислять лактат имеет большое биологическое значе­ние. Использование лактата в качестве источника энергии позволяет дольше поддерживать в крови необходимую концентрацию глюкозы, что очень существенно для биоэнергетики нервных клеток, для кото­рых глюкоза является почти единственным субстратом окисления. Окисление лактата в сердечной мышце также способствует нормализа­ции кислотно-щелочного баланса, так как при этом в крови снижается концентрация этой кислоты [20, 26].
3.5. БИОХИМИЧЕСКИЕ СДВИГИ В ПЕЧЕНИ
При мышечной деятельности активируются функции печени, на­правленные преимущественно на улучшение обеспечения работающих мышц внемышечными источниками энергии, переносимыми кровью. Ниже описаны наиболее важные биохимические процессы, протекаю­щие в печени во время работы [12].

1. Под воздействием адреналина повышается скорость глюкогенеза – распада гликогена с образованием свободной глюкозы. Образовавшая­ся глюкоза выходит из клеток печени в кровь, что приводит к возраста­нию её концентрации в крови. При этом снижается содержание гликогена. Наиболее высокая скорость глюкогенеза в пече­ни отмечается в начале работы, когда запасы гликогена еще высоки.

2. Во время выполнения физических нагрузок клетки печени актив­но извлекают из крови жир и жирные кислоты, содержание которых в крови возрастает вследствие мобилизации жира из жировых депо. Поступающий в печеночные клетки жир сразу же подвергается гидролизу и превращается в глицерин и жирные кислоты. Далее жирные кислоты путем β-окисления расщепляются до ацетил-КоА, из которого затем образуются кетоновые тела – ацетоуксусная и β-оксимасляная кисло­ты. Синтез кетоновых тел обычно называется кетогенезом. Кетоновые тела являются важными источниками энергии. С током крови они пе­реносятся из печени в работающие органы – миокард и скелетные мышцы. В этих органах кетоновые тела вновь превращаются в ацетил-КоА, который сразу же аэробно окисляется в цикле Кребса (ЦТК) до углекислого газа и воды с выделением большого количества энергии.

3. Еще один биохимический процесс, протекающий в печени во время работы, – глюконеогенез. Уже отмечалось, что этот процесс инициируется глюкокортикоидами. За счет глюконеогенеза в клетках печени из глицерина, аминокислот и лактата осуществляется синтез глюкозы. Этот процесс идет с затратой энергии АТФ. Обычно глюко­неогенез протекает при длительной работе, ведущей к снижению концентрации глюкозы в кровяном русле. Благодаря глюконеогенезу орга­низму удается поддерживать в крови необходимый уровень глюкозы.

4. При физической работе усиливается распад мышечных белков, приводящий к образованию свободных аминокислот, которые далее дезаминируются, выделяя аммиак. Аммиак является клеточным ядом, его обезвреживание происходит в печени, где он превращается в мочеви­ну. Синтез мочевины требует значительного количества энергии. При истощающих нагрузках, не соответствующих функциональному со­стоянию организма, печень может не справляться с обезвреживанием аммиака, в этом случае возникает интоксикация организма этим ядом, ведущая к снижению работоспособности.
3.6. БИОХИМИЧЕСКИЕ СДВИГИ В КРОВИ
Изменения химического состава крови являются отражением тех биохимических сдвигов, которые возникают при мышечной деятельности в различных внутренних органах, скелетных мышцах и миокарде. Поэтому на основании анализа химического состава крови можно оце­нить биохимические процессы, протекающие во время работы. Это имеет большое практическое значение, так как из всех тканей организ­ма кровь наиболее доступна для исследования.

Биохимические сдвиги, наблюдаемые в крови, в значительной мере зависят от характера работы, и поэтому их анализ следует проводить с учетом мощности и продолжительности выполненных нагрузок.

При выполнении мышечной работы в крови чаще всего обнаруживают следующие изменения [5, 7].

1. Повышение концентрации белков в плазме крови. Это происхо­дит по двум причинам. Во-первых, усиленное потоотделение приводит к уменьшению содержания воды в плазме крови и, следовательно, к ее сгущению, в результате чего возрастают концентрации всех компонен­тов плазмы, в том числе белков. Во-вторых, вследствие повреждения клеточных мембран наблюдается выход внутриклеточных белков в плазму крови. Однако при очень продолжительной работе возможно снижение концентрации белков плазмы. В этом случае часть белков из кровяного русла переходит в мочу, а другая часть используется в каче­стве источников энергии.

2. Изменение концентрации глюкозы в крови во время работы ха­рактеризуется фазностью. В начале работы обычно уровень глюкозы в крови возрастает. Это объясняется тем, что в начале "работы в печени" имеются большие запасы гликогена и глюкогенез протекает с высокой скоростью. С другой стороны, в начале работы мышцы тоже обладают значительными запасами гликогена, которые они используют для сво­его энергообеспечения, и поэтому не извлекают глюкозу из кровяного русла. По мере выполнения работы снижается содержание гликогена как в печени, так и в мышцах. В связи с этим печень направляет все меньше и меньше глюкозы в кровь, а мышцы, наоборот, начинают в большей мере использовать глюкозу крови для получения энергии. При длительной работе часто наблюдается снижение концентрации глюко­зы в крови (гипогликемия), что обусловлено истощением запасов гли­когена и в печени, и в мышцах.

3. Повышение концентрации диктата в крови наблюдается практи­чески при любой спортивной деятельности, однако степень возрастания концентрации лактата в значительной мере зависит от характера вы­полненной работы и тренированности спортсмена. Наибольший подъем уровня лактата в крови отмечается при выполнении физических нагру­зок в зоне субмаксималыюй мощности, так как в этом случае главным источником энергии для работающих мышц является анаэробный гли­колиз, приводящий к образованию и накоплению молочной кислоты.

В покое, до работы, содержание лактата в крови равняется 1–2 ммоль/л (0,1–0,2 г/л). После работы «до отказа» в зоне субмакси­мальной мощности у спортсменов средней квалификации концентра­ция лактата в крови увеличивается до 8–10 ммоль/л, у высокотрениро­ванных этот рост может достигать 18–20 ммоль/л и выше. В литературе описаны случаи повышения лактата в крови у очень хорошо подготов­ленных спортсменов до 30–32 ммоль/л [16, 20].

При проведении анализа крови на содержание лактата необходимо учитывать, что увеличение его концентрации в крови происходит не сразу, а через несколько минут после окончания работы. Поэтому забор крови следует делать примерно через 5 мин после завершения нагруз­ки. При взятии крови в более поздние сроки концентрация лактата ока­жется заниженной, так как часть его будет извлечена из кровяного рус­ла клетками миокарда и печени.

4. Водородный показатель (рН). Образующийся при интенсивной работе лактат является сильной кислотой и его поступление в кровяное русло должно вести к повышению кислотности крови. Однако первые порции лактата, диффундирующие из мышц и кровяное русло, нейтра­лизуются буферными системами крови. В дальнейшем, по мере исчер­пания емкости буферных систем, наблюдается повышение кислотности крови, возникает так называемый некомпенсированный ацидоз. В по­кое значение рН венозной крови равно 7,35–7,36. При мышечной рабо­те, вследствие накопления в крови лактата, величина рН уменьшается [24, 27].

5. Повышение концентрации свободных жирных кислот и кетоновых тел наблюдается при длительной мышечной работе вследствие мобилизации жира из жировых депо и последующим кетогенезом в пе­чени. Увеличение концентрации кетоновых тел (ацетоуксусная и β-оксимасляная кислоты) также вызывает повышение кислотности и снижение рН крови [12, 20].

6. Мочевина. При кратковременной работе концентрация мочевины в крови увеличивается незначительно, а при длительной физической работе уровень мочевины в крови может возрасти в 4–5 раз. Причиной увеличения содержания мочевины в крови является усиление катабо­лизма белков под воздействием физических нагрузок, особенно сило­вого характера. Распад белков, в свою очередь, ведет к накоплению свободных аминокислот, при распаде которых образуется в большом количестве аммиак. В печени большая часть образовавшегося аммиака превращается в мочевину [7, 16].