ІV. Короткий зміст питань, що виносяться на державний іспит з медико–біологічних основ фізичної культури (біохімія спорту)

1. Хімічний склад організму людини. Його вікові особливості і зміни при фізичній діяльності.

До складу рганізму ходять: а) органічні речовини: білки, ферменти, вуглеводи, жири, нуклеїнові кислоти, гормони, вітаміни та ін. На їхню долю припадає 30 – 35 % від загальної маси тіла; б) неорганічні речовини (синоніми: мінеральні речовини, солі). Усі вони поділяються на 2 підгрупи: 1) макроелементи - хімічні елементи, загальна кількість яких в організмі є досить значною (десятки і сотні грамів). До них належать: Na, K, Ca, Mg, P, S, Cl; 2) мікроелементи - хімічні елементи, загальний вміст яких в організмі людини є мізерним (г, мг або мкг). До них належать: Fe, Cu, Co, Zn, Mn, Se, Mo, Si, I та ін. Частка мінеральних речовин складає 1 – 3 % маси тіла; в) вода. Загальний вміст води в організмі дорослої людини складає 60 – 65 % маси тіла.

Вміст хімічних речовин в різних органах і тканинах різний і суттєво залежить від виконуваних ними функцій. З віком хімічний склад організму людини зазнає певних змін: відбувається перерозподіл вмісту багатьох речовин в окремих органах і тканинах і в організмі в цілому.

Усі речовини, передусім органічні, в процесі росту і розвитку людини постійно зазнають різних перетворень: одні розпадаються, інші синтезуються. Швидкість цих процесів залежить від багатьох чинників (внутрішніх, зовнішніх), у тому числі й від функціонального стану людини, характеру життєдіяльності.

При фізичних навантаженнях частка білків м’язів, які розпадаються, суттєво зростає. Це стосується, передусім, скоротливих білків. Зменшується при цьому і кількість резервних вуглеводів (глікогену) і жирів у м’язах і печінці, оскільки вони більш інтенсивно розпадаються для забезпечення енергопотреб людини. При великих фізичних навантаженнях організм спортсмена втрачає значно більше мінеральних речовин і води, ніж у стані спокою: зростає вихід багатьох мінералів (передусім натрію, калію і хлору) з тканин у біологічні рідини, а звідти на поверхню тіла (з потом).

2. Асиміляція (анаболізм) дисиміляція (катаболізм) як складові компоненти метаболізму. Основні етапи метаболізму та їхня біохімічна характеристика.

Усі речовини, які входять до складу людського організму, постійно зазнають різних перетворень і змін, які носять не хаотичний характер, а відбуваються з певною метою. Усю сукупності перетворень речовин позначають терміном – метаболізм, а його складовими ланками є: асиміляція і дисиміляція (див. термінологічний словник).

Процеси анаболізму спрямовані на відновлення організму (заміну відпрацьованих структур новими). Це обумовлено тим, що організм постійно втрачає частину речовин (з відмерлими клітинами, з травними соками, із сечею, потом). Тому з їжею людина повинна регулярно отримувати ту необхідну кількість речовин, яка змогла б покрити ці втрати, а в період росту потреби в різних речовинах суттєво зростають, оскільки сам процес росту супроводжується утворенням нових клітин, збільшенням розмірів і маси тіла. Процеси росту і розвитку організму потребують енергії. Вона утворюється при дисиміляції і використовується для забезпечення життєво важливих функцій: дихання, травлення, роботи м’язів, передачі нервового збудження, мислення, пам’яті тощо.

З огляду на сказане, асиміляцію ще трактують як пластичний обмін, тобто обмін речовин, спрямований на побудову організму, а дисиміляцію – як енергетичний обмін, тобто обмін речовин, що забезпечує енергетичні потреби організму.

Основними етапами асиміляції є наступні:

- потрапляння поживних речовин в організмі з їжею і засвоєння [травлення (розпад складних речовин на прості) і всмоктування;

- проникнення у клітини продуктів травлення (амінокислот, моносахаридів, вільних жирних кислот та ін.) і синтез складних, органічних сполук (білків, жирів, вуглеводів, нуклеїнових кислот тощо).

Процеси дисиміляції перебігають у три послідовні етапи:

- підготовчий етап, який відбувається у травному каналі, де в процесі травлення речовин вивільняється досить мала кількість енергії, переважно у вигляді тепла;

- безкисневий етап (перебігає в цитоплазмі клітин без участі О₂, тобто в анаеробних умовах). На цьому етапі речовини розпадаються до проміжних продуктів з виділенням незначної кількості енергії. Так, при окисленні 1 молекули глюкози на цьому етапі вивільняється така кількість енергії, якої вистачає для синтезу лише 4-х АТФ (при чому, 2-і з них тут же й використовуються, тому “чистим прибутком” можна вважати лише 2-і АТФ);

- кисневий етап (відбувається в мітохондріях клітин за участі О₂, тобто в аеробнихумовах). Тут вивільняється досить значна кількість енергії. Наприклад, енергія, що утворюється на цьому етапі при окисленні 1 молекули глюкози, забезпечує синтез 36 молекул АТФ, тобто у 18 разів більше, ніж у безкисневих умовах.

3. Роль білків в організмі людини і енергозабезпеченні при фізичній діяльності (фосфопротеїди, глікопротеїди, ліпопротеїди, металопротеїди).

В організмі людини білки виконують наступні функції: 1) структурна (будівельна, пластична) – білки є основним будівельним матеріалом багатьох структур організму: клітинних мембран, сполучної тканини (колаген, кератин, еластин, осеїн); м’язової тканини (актин,міозин, тропонін, актоміозин, тропоміозин; м’язові білки, водночас, забезпечують скоротливу функцію м’язів; 2) харчова (стосується білків молока, м’яса та ін.); 3) транспортна: гемоглобін забезпечує транспорту О₂ і СО₂ в крові, міоглобін виконує аналогічну функцію у м’язах; 4) захисна: антитіла (білки крові) захищають від збудників інфекцій; лізоцим (білок шкіри, слизових оболонок, лейкоцитів) захищає від мікробів; фібриноген (білок крові) захищає від крововтрати; 5) скоротлива (див. функцію 1); 6) гормональна (регуляторна) – частина гормонів є білками (інсулін, глюкагон, СТГ та ін.) – регулюють обмін речовин; 7) ферментативна (каталітична): усі ферменти за своєю будовою є білками; 8) спадкова [ДНП (комплекси білка з ДНК) та РНП (комплекси білка з РНК)] забезпечують збереження генетичної інформації); 9) енергетична (10 – 15 % енергопотреб організму покриваються білками).

Енергетична функція білків реалізується, передусім, за рахунок наявності в їхньому складі глюкогенних амінокислот (амінокислот, здатних перетворюватися у глюкозу в процесі глюконеогенезу). Водночас, при розпаді складних білків фосфопротеїдів вивільняється фосфат (Н₃РО₄), який може бути використаний для синтезу АТФ. При розпаді складних білків глікопротеїдів вивільняються вуглеводи (глюкоза, галактоза), які є основним енергетичним субстратом. При розпаді складних білків ліпопротеїдів вивільняються жирні кислоти, які, окислюючись, дають вихід значної кількості енергії. Такі металопротеїди як гемоглобін (газотранспортний білок крові) і міоглобін (газотранспортний білок м’язів) містять у собі іони заліза (Fe) і забезпечують транспорт кисню до клітин і всередині клітин – до мітохондрій. Кисень, як відомо, бере активну участь в процесах синтезу АТФ (в реакціях окислювального фосфорилювання, що перебігають у мітохондріях клітин).

4. Роль вуглеводів в організмі людини і енергозабезпеченні при фізичній діяльності. Енергетичні резерви організму. Макроергічні сполуки. Сутність вуглеводного (глікогенного) “завантаження” організму.

В організмі людини вуглеводи виконують наступні функції: 1) структурна (будівельна, пластична) – разом з білками і жирами (в складі глюкопротеїдів і ггліколіпідів) використовуються для побудови клітин; 2) захисна – беруть участь в роботі імунної системи; 3) на засадах принципу взаємоперетворення беруть участь в обміні білків і жирів; 4) беруть участь в синтезі нуклеїнових кислот (входять до складу РНК (рибоза) і ДНК (дезоксирибоза); 5) енергетична – є основним харчовим джерелом енергії для людини: 50 – 60 % енергопотреб людини забезпечується вуглеводами. Основним енергетичним резервом (запасом) в організмі є глікоген. Енергія, яка вивільняється при окисленні енергетичних субстратів (передусім глюкози і жирних кислот) здатна нагромаджуватися у високоенергетичних (макроергічних) сполуках, зокрема таких як: АТФ, АДФ, креатинфосфат, ацил-КоА та ін. Макроергічними сполуками прийнято вважати сполуки, що містять у собі високоенергетичні зв’язки, при розриві кожного з яких вивільняється енергія в кількості > 5 ккал/моль (> 21 кДж/моль). В складі АТФ, ГТФ, УТФ, ЦТФ, ТТФ є по 2 високоенергетичні зв’язки, в креатинфосфаті, АДФ, ГДФ, УДФ, ЦДФ, ТДФ – по одному.

Вуглеводне завантаження організму (ВЗО)– це спеціальний режим харчування спортсмена, метою якого є створення максимально можливих запасів глікогену у м’язах. ВЗО реалізується у 2 послідовні етапи: І-й етап – під впливом дуже інтенсивних тренувань (тренувань з «випалюючими» навантаженнями) протягом 3 – 4 днів на фоні мінімального споживання вуглеводів (не > 10 % загальних добових витрат енергії) виснажують резерви глікогену у головних м’язах і печінці; ІІ-й етап – протягом наступних (безпосередньо перед змаганнями) 3 – 4 днів призначають сильно збагачену вуглеводами дієту [до 80 – 90 % загальних добових енерговитрат (≈ 800 г вуглеводів/добу)] і, таким чином, – досягають фази енергетичноїсуперкомпенсації (супервідновлення глікогену) [в цьому випадку вміст глікогену у головних м’язах і печінці не лише досягає показника норми, а й суттєво її перевищує (на 20 – 40 %)]. Інша назва ВЗО – глікогеннезавантаження організму.

5. Роль жирів в організмі людини і енергозабезпечнні при фізичній діяльності (тригліцериди, фосфоліпіди, гліколіпіди). Особливості обміну ліпідів при фізичних навантаженнях.

В організмі людини жири виконують наступні функції: 1) структурна (будівельна, пластична) – входять до складу клітинних мембран, нервової тканини; 2) терморегулююча [а) як ізолюючий підшкірножировий прошарок; б) при окисленні виділяється багато тепла)]; 3) захисна [захищають внутрішні органи від механічних ушкоджень (п/шк. жирова клітковина); беруть участь в роботі імунної системи]; 4) беруть участь в напрямленій передачі нервового імпульсу (утворюють “ізоляційні” оболонки нервових волокон); 5) забезпечують потрапляння в організмжиророзчинних вітамінів (А, D, Е, К, F); 6) беруть участь вобміні білків і вуглеводів (в утворенні ліпопротеїдів, гліколіпідів); 7) беруть участь в синтезі гормонів надниркових і статевих залоз (кортикостероїдів, андрогенів, естрогенів); 8) є матеріалом для синтезу жовчних кислот у печінці; 9) енергетична – одна з основних функцій жирів, особливо при тривалій фізичній роботі: при окисленні 1 г жиру виділяється 9,3 ккал (38.9 кДж). Таким чином, за своєю енергоємністю жири > від вуглеводів і білків у 2.2 рази, при окисленні 1 г яких виділяється відповідно по по 4.1 ккал (17.8 кДж)]. При тривалій фізичній роботі роль жирів в енергозабезпеченні суттєво зростає: при зменшенні запасів глікогену у клітинах м’язів, в якості енергетичного пального більш інтенсивно починають використовуватися ліпіди, зберігаючи тим самим клітинні запаси глікогену для швидкої (вибухової) роботи.

6. Антиоксиданти та антиоксидантна система організму (АОС). Їхня особлива роль за умов тривалих інтенсивних фізичних навантажень.

Антиоксиданти (АО) – це речовини, які знешкоджують органічні пероксиди у тканинах (або попереджують їхнє утворення), шляхом переривання або гальмування реакцій перекисного (вільнорадикального) окислення різних органічних сполук (передусім поліненасичених жирних кислот біомембран). При тривалій фізичній роботі в тканинах організму (передусім у м’язах) активуються реакції перекисного окислення і нагромаджуються вільні радикали та органічні пероксиди, які, у свою чергу призводять до пошкодження і загибелі клітин.

Під поняттям антиоксидантна система організму (АОС) розуміють угрупування різних за будовою речовин, які володіють антиоксидантними властивостями. До АОС належать: глютатіон (трипептид, що складається із 3-х амінокислот) і поєднані з ним ферменти (глютатіонпероксидаза та глютатіонредуктаза), інші ферменти (каталаза, тирозиназа, пероксидази, ксантиноксидаза, глюкозо-6-фосфатдегідрогеназа, мідьоксидаза, супероксиддисмутаза, оксидаза 3-оксиантранілової кислоти), вітаміни (А та α-, β- і γ-каротини, D, Е, К, С, Р, РР (В₅), Н, В_С, В₁, В₂, В₃, В₆, В₁₂), вітаміноподібні речовини (α-ліпоєва кислота, убіхінон, карнітин, пангамова кислота, параамінобензойна кислота), мінерали [макроелементи (Са, Р, S) і мікроелементи (Se, Fe, Cu, Co, Zn, Mn, Mo)], хелати (феритин, трансферин, лактоферин, гемосидерин, гепатокупреїн, цереброкупреїн, еритрокупреїн, церулоплазмін, альбуміни), урати (солі сечової кислоти). Встановлено, що алкалоїд кофеїн (складник кавових зерен, горіхів кола, листя чаю) теж має АО-властивості.

Спортсмени вживають АО з метою стимулювання працездатності, для попередження швидкої втоми, станів перевтоми та перетренованості, а також – для прискорення процесів відновлення організму після значних фізичних навантажень.

7. Ферменти як каталізатори біохімічних процесів в організмі. Активність ферментів і робота ферментних систем при фізичній діяльності. Застосування ферментів у спорті.

Ферменти– це високоспеціалізовані речовини білкової природи, які виконують функцію каталізаторів (прискорювачів) біохімічних реакцій в організмі. Інші назви ферментів – ензими, біокаталізатори (біологічні каталізатори).

Активність ферментів суттєво залежить від а) температури середовища в якому вони діють та б) рН (кислотності) середовища. Оптимальною температурою для роботи більшості ферментів організму вважається Т⁰ = 37⁰ (температура тіла людини). При підвищенні температури до 40 – 45⁰ активність ферментів зростає, а при зниженні < 36⁰ (наприклад, при переохолодженні тіла) – активність зменшується.

При фізичній роботі активність багатьох ферментів у м’язах спочатку зростає. Це стосується передусім ферментів енергетичного обміну. В подальшому, при нагромадженні у м’язах молочної кислоти, рН середовища змінюється (закислюється) і активність енергетичних і багатьох інших ферментів суттєво знижується, що є однією із причин настання втоми. При цьому, активність лактатдегідрогенази (ЛДГ) може суттєво зростати, оскільки цей фермент бере участь в перетворенні молочної кислоти у піровиноградну. В період відновлення організму після значних фізичних навантажень суттєво зростає активність ферментів синтезу білка, що забезпечує відновлення скоротливих білків м’язів, які зазнали суттєвого руйнування під час роботи. Препарати травних ферментів спортсмени використовують для покращення (прискорення) процесів травлення білків, жирів, вуглеводів. Ферменти системної ензимотерапії використовуються для стимулювання метаболічних процесів з метою швидкої ліквідації наслідків травм та мікротравм у спортсменів.

8. Активатори та інгібітори ферментів. Їхня роль в організмі спортсменів при фізичній діяльності.

Активатори ферментів – це речовини, які підвищують активність ферментів і, таким чином – покращують обмін білків, жирів, вуглеводів та ін. речовин в організмі, що позитивно відбивається на загальному стані людини та її працездатності. В якості активаторів можуть виступати різні речовини. Так, шлункова соляна кислота активує пепсиноген і перетворює його на активну форму – пепсин, який здатний перетравлювати білки; жовчні кислоти активують фермент травлення жирів – ліпазу і т. д. В якості активаторів досить часто можуть бути вітаміни і метали. Тому досить часто при недостатності багатьох вітамінів та мінералів в організмі суттєво порушується обмін речовин, у тому числі й енергетичний. Наприклад, при недостатності в організмі цинку, може суттєво знизитися активність лактатдегідрогенази (ЛДГ), яка здатна перетворювати молочну кислоту в піровиноградну. При нагромадженні у скелетних м’язах молочної кислоти працездатність спортсмена значно знижується. При недостатності натрію чи калію знижується активність таких енергетичних ферментів як Na⁺-залежної та K⁺-залежної АТФ-аз. Вітаміни В₂ (рибофлавін), В₅ (нікотинамід), В₆ (піридоксин) та інші беруть активну участь в механізмах синтезу АТФ у клітині, тому при їхній нестачі в організмі порушується нормальний перебіг енергетичних процесів.

Інгібітори ферментів – це речовини, які здатні пригнічувати активність ферментів в організмі і, таким чином – суттєво погіршувати обмін речовин в тканинах і нормальний плин біохімічних та фізіологічних процесів. Досить часто в якості інгібіторів можуть виступати різного роду хімікати, які у складі продуктів харчування можуть потравляти в організм [хімічніконсерванти, пестициди (гербіциди, інсектициди, фунгіциди) та ін.]. При наявності в організмі речовин-інгібіторів, можуть суттєво погіршуватися енергетичний і пластичний обміни, що, у свою чергу, негативно відіб’ється на працездатності спортсмена. Тому контроль за якістю харчових продуктів для спортсменів має принципово важливе значення в системі забезпечення їхньої високої працездатності.

9. Вітаміни як біологічно активні речовини. Їхня особлива роль в організмі спортсменів. Вітаміни-гемостимулятори.

Вітаміни (від лат. vita – життя і аміни; дослівно – аміни життя) – органічні речовини, що належать до категорії біологічно активних речовин (БАР) і незамінних факторів харчування людини та тварин, необхідних для нормальної життєдіяльності організму. Під терміном вітаміни розуміють також і медичні препарати, що містять такі речовини. Вітаміни мають різну хімічну будову. В організм людини потрапляють у складі їжі рослинного і тваринного походження, де містяться у незначних кількостях (мг, мкг). Вони забезпечують нормальний перебіг біохімічних і фізіологічних процесів, шляхом участі в регуляції обміну речовин в організмі. Вітаміни впливають на ріст організму, кровотворення, імунітет, зір, синтез білка, енергоутворення та інші процеси, які мають забезпечують здоров’я людини, адаптацію до різних факторів середовища. Добова потреба людини у вітамінах суттєво залежить від віку, статі, інтенсивності рухової та розумової діяльності, фізіологічного стану, метео- і геокліматичних умов, екологічного стану середовища.

Відсутність вітамінів чи їхня недостатність в організмі (відповідно, авітаміноз та гіповітаміноз) є причиною різних порушень обміну речовин. Аналогічні явища можуть мати місце і за ситуації надлишку вітамінів в організмі (гіпервітаміноз).

Біологічні ефекти вітамінів пов’язані з регуляторною дією на активність ферментів, в тому числі ферментів енергетичного і пластичного обмінів, що є дуже важливим для спортсменів. Тому рівень активності ферментів та вплив на швидкість обміну речовин багато суттєво залежить від рівня забезпеченості організму вітамінами. Для спортсменів добові потреби у вітамінах зростають у 2 – 4 рази, що обумовлено інтенсифікацією обміну речовин за умов регулярних тренувань і змагань.

Препарати окремо взятих вітамінів (А, D, E, K, F, C, P, PP, H, B₁, B₂, B₃, B₆, B₁₂ тощо) або вітаміни у складі полівітамінних препаратів спортсмени використовують для попередження швидкої втоми, виникнення перевтоми, для відновлення працездатності, стимулювання енергетичних процесів, синтезу білка тощо.

Під терміном гемостимулятори розуміють речовини (або медичні препарати), які покращують процеси кровотворення в організмі і, таким чином, збільшують транспорт О₂ до органів і тканин (до м’язів, мозку, шкіри, нирок тощо). Здатністю позитивно впливати на процеси кровотворення володіють такі вітаміни як: С (аскорбінова кислота), Р (рутин), Н (біотин), В_С (фолієва кислота), В₂ (рибофлавін), В₃ (пантотенова кислота), В₅ (нікотинова кислота, нікотинамід), В₆ (піридоксин) та В₁₂ (кобаламін).

10. Вітаміноподібні речовини та їхня роль в метаболізмі при фізичних навантаженнях.

Вітаміноподібні речовини (ВПР) – група хімічних речовин, які володіють схожими до вітамінів біологічними властивостями (виявляють регуляторний вплив на обмін речовин в організмі), але не мають усіх характерних для вітамінів хімічних ознак. В організм людини потрапляють з різними продуктами харчування. Багато ВПР частково можуть синтезуватися в організмі, через що для них не є характерними стани авітамінозів чи гіповітамінозів. Добова потреба людини у цих речовинах значно більша, ніж у вітамінах. До групи вітаміноподібних речовин належать: холін (вітамін В₄), пангамова кислота (вітамін В₁₅), оротова кислота (вітамін В₁₃), убіхінон (кофермент Q, коензим Q), параамінобензойна кислота (ПАБК), карнітин (вітамін В_Т), а також інозит (вітамін В₈), α-ліпоєва кислота (вітамін N) і S-метилметіонін (вітамін U).

Відчутно зростає потреба людини у ВПР (як і у вітамінах) при несприятливих умовах середовища (високі і низькі температури, підвищена вологість повітря, високогір’я, забруднення довкілля), при захворюваннях, а також при інтенсивній або тривалій фізичній роботі. ВПР позитивно впливають на перебіг енергетичних процесів в організмі і, відповідно, – на працездатність спортсменів. Це пояснюється тим, що більшість із ВПР, передусім карнітин, володіють ліпотропними властивостями, тобто здатні попереджувати надлишкове відкладання жирів (ліпідів) у печінці і запобігати, таким чином, її жировому переродженню. Водночас, мобілізуючи жири із печінки, при м’язовій роботі вони здатні залучати жирні кислоти в енергетичні процеси і, таким чином, сприяють збереженню глікогену у м’язах. Покращують енергозабезпечення організму також і коензим Q, вітаміни U, N, В₄, В₈, В₁₅ і ПАБК). Окремі ВПР мають антиоксидантну дію (убіхінон, ліпоєва кислота, карнітин, пангамова кислота і ПАБК), стимулюють процеси кровотворення (оротова кислота). Усе це що робить ВПР дуже важливими для спортсменів природними чинниками підвищення працездатності, а також – стимуляторами відновлення після тренувальних і змагальних навантажень. Нестача ВПР в організмі може спричинити серйозні відхилення в стані здоров’я спортсменів та зниження рівня загальної і спортивної працездатності.

11. Біологічна роль макроелементів. Особливості обміну в організмі спортсменів.

Основну масу мінеральних(неорганічних) речовин в організмі людини складають макроелементи (натрій, калій, кальцій, магній, фосфор, сірка і хлор). Їхня кількість в організмі дорослої людини досить значна і складає від кількох десятків до сотень грамів. Макроелементи є необхідним компонентом для реалізації багатьох біохімічних та фізіологічних процесів в організмі. Вони в організмі не утворюються, а потрапляють з водою і їжею, тому й належать до категорії незамінимих факторів харчування. Вміст макроелементів в організмі суттєво залежить від віку, функціонального стану, характеру харчування та умов середовища. Вони входять до складу усіх клітин та біологічних рідин (кров, лімфа, травні соки, слина, міжклітинна рідина тощо).

Макроелементи є структурним компонентом скелету людини (кальцій, магній, фосфор), є активними компонентами енергетичних процесів, зокрема, процесів синтезуАТФ (фосфор), входять до складу багатьох білків і ферментів (Ca, Mg, K, Na), зокрема ферментівенергетичного обміну (Na⁺- і K⁺-залежні АТФ-ази). Калій бере активну участь в синтезі глікогену – основного енергетичного резерву м’язів. Беруть участь в енергозабезпеченні організму (Na, K, Ca, Mg, P, S і Cl). Сірка бере участь і в знешкодження токсичних речовин у печінці, а кальцій – в процесах кровотворення (синтез гемоглобіну і вироблення еритроцитів в червоному кістковому мозку). Антиоксидантну дію (знешкодження вільних радикалів і органічних пероксидів) мають такі макроелементи як кальцій, фосфор і сірка. Усе це переконливо свідчить про дуже важливе значення мікроелементів для організму спортсмена.

Макроелементний склад організму зазвичай утримується на відносно постійному рівні, хоча й може змінюватися під впливом різних факторів та умов. Наприклад, при фізичних навантаженнях має місце досить потужний вихід мінералів (передусім Na і Cl) із тканин у кров, їхній перерозподіл між тканинами, а також підсилення виведення з організму з потом. Брак або надлишок макроелементів в організмі може призвести до зниження фізичної та розумової працездатності, а іноді й до захворювань.

12. Мікроелементи як біологічно активні речовини. Їхня особлива роль в організмі спортсменів. Мікроелементи-гемостимулятори.

Мікроелементи належать до категорії мінеральних речовин, але на відміну від мікроелементів, кількість кожного з них в організмі людини є досить незначною (мкг, мг або г). Мікроелементи беруть в багатьох біохімічних та фізіологічних процесах в організмі. Вони, як і макроелементи, в організмі не утворюються, а потрапляють ззовні з водою та їжею, через що належать до категорії незамінимимх факторів харчування. До мікроелементів належать: Fe, Si, Cu, Mo, Co, Ni, Zn, Cr, Mn, V, Se, Ti, Al, Li, Ag, I, F, Br та ін. Хоча й загальна кількість мікроелементів в організмі є досить мізерною, перебіг життєво важливих біохімічних та фізіологічних процесів без багатьох із них є неможливим, тому такі мікроелементи отримали назву біоелементи (від грец. bios – життя і елементи; дослівно – життєво необхідніі елементи). До категорії біоелементів належать, передусім, – Cu, Fe, Zn, Co, Se, Mn, I, Cr, F, Mo і деякі ін.

Біологічна роль багатьох мікроелементів на сьогоднішній день вивчена ще далеко не в повному об’ємі, тому дослідження у цьому напрямку продовжуються. Але те що уже достеменно відомо робить цю категорію речовин дуже важливою не тільки для людини взагалі, а й для спортсменів. Так, мікроелементи входять до складу багатьох білків і ферментів (Zn, Fe, Cu, Co, Mn), гормонів (Zn, I), нуклеїнових кислот (Zn). Залізо є структурно-функціональним елементом білка крові гемоглобіну і білка м’язів міоглобіну, які, як відомо, забезпечують транспорт О₂ і СО₂ в організмі. Мікроелементи Se, Fe, Cu, Co, Zn, Mn і Mo володіють антиоксидантними властивостями, а Fe, Cu, Co, Zn, Mn, Cr, V і Li здатні активізувати процеси енергозабезпечення організму. Мікроелементи є принципово важливими для спортсменів, оскільки здатні стимулювати процеси кровотворення (Fe, Cu, Co, Mn, Zn, Cr) і, таким чином, – покращувати процеси кисневого забезпечення тканин і, відповідно, – працездатність.

13. Особливості обміну води при фізичних навантаженнях. Дегідратація та її ступені.

Вміст води в організмі здорової дорослої людини в звичних умовах коливається в межах 60 – 65 %. В різних структурах організму вміст води різний і коливається від 0,3 % в зубній емалі до 99 % в біологічних рідинах (кров, лімфа, слина, травні соки, сльоза, міжклітинна і спинномозкова рідина та ін.). З віком вміст води в організмі зменшується. Протягом доби в складі їжі та напоїв в організм людини потрапляє в середньому 2,5 – 2,8 л Н₂О (або 40 мл/кг маси тіла). Це так звана екзогенна (зовнішня) вода. В ході клітинного метаболізму в організмі щодоби утворюється 250 – 400 мл води. Це так звана ендогенна (внутрішня) вода. Протягом доби з організму виводиться (із сечею, потом, при диханні та ін.) така ж кількість води що й потрапляє ззовні. Затримка води в організмі (гіпергідратація) призводить до набряків, збільшення маси тіла і об’єму крові і, як наслідок, – до перевантаження серцево-судинної системи.

При фізичних навантаженнях, особливо за умов високої температури і вологості середовища, погано вентильованому одязі спортсмена, досить часто має місце значна втрата води з організму (з потом), яка супроводжується зневодненням організму (дегідратація), що може мати вкрай негативні наслідки. Розрізняють 3 ступені дегідратації організму: легка – при втраті до 2 % води (відчуття спраги), середня – при втраті 3 – 6 % води (сильне відчуття спраги, сухість в роті) і важка – при втраті 7 – 14 % води (посилення вказаних ознак + розлади дихання, ковтання, болі голови, апатія, галюцинації, судоми м’язів). При фізичній роботі на витривалість і високій температурі середовища спортсмен-марафонець може втрачати 2 – 3 л води/годину. При цьому зменшується загальний об’єм крові, зростає її густина, сповільнюється швидкість кровообігу і, відповідно, – знижуються темпи доставки поживних речовин до органів і тканин. Згущення крові є додатковим навантаженням на серце. Значні втрати води супроводжується погіршенням процесів терморегуляції організму, його перегрівом, тому значно зростають шанси виникнення теплового удару.

Для попередження зневоднення організму спортсмени використовують спеціальні регідратаційні (і водночас, енергетичні) напої (регідратанти), в складі яких, окрім води, є, як правило, глюкоза, мінеральні речовини (солі), вітаміни, а також можуть бути і незамінимі амінокислоти, ненасичені жирні кислоти, креатин та інші компоненти, що забезпечують високу працездатність організму.

14. Біохімічні (метаболічні) фактори втоми при фізичній роботі.

Втома – це короткочасне < працездатності людини. Під втомою спортсмена розуміють короткочасне зниження працездатності спортсмена, що виникає в результаті виконання фізичної роботи. При виконанні роботи швидкість настання втоми залежить як від зовнішніх, так і внутрішніх факторів. Як правило, ознаки втоми зникають після відпочинку. В залежності від ступеня втоми, тривалість відпочинку може коливатися від кількох десятків хвилин (20 – 30) до кількох годин [7 – 8 – період нічного сну]. Втома тісно пов’язана з інтенсивністю навантаження і тривалістю роботи.

Фактори втоми є фізіологічні (порушення цілості функціональних структур, нервової та гормональної регуляції) та біохімічні. Під біохімічними факторами втоми розуміють різні порушення обміну речовин, тому вони й отримали назву метаболічні фактори втоми. Основні біохімічні фактори втоми:

- зниження енергетичних ресурсів у скелетних м’язах [зменшення вмісту енергетичних субстратів (глюкоза, глікоген, вільні жирні кислоти) і високоенергетичних клітинних структур (передусім, АТФ і креатинфосфат];

- нагромадження в працюючих клітинах і м’язах токсичних продуктів метаболізму (передусім, молочної кислоти, а при тривалій роботі – ще й аміаку (NН₃), вільних радикалів та органічних пероксидів);

- зниження активності багатьох ферментів, і передусім ферментівенергетичного обміну (передусім, ферментів гліколізу, циклу Кребса), які забезпечують окислення енергетичних субстратів і синтез АТФ. Зниження активності ферментів виникає внаслідок нагромадження кислих продуктів метаболізму (закислення внутрішнього середовища): іонів водню (Н⁺), молочної кислоти тощо; молочна кислота пригнічує активність АТФ-ази – ключового фермента м’язового скорочення;

- сповільнення процесів ресинтезу (зворотного відновлення) АТФ із АДФ та неорганічного фосфату (Н₃РО₄);

- при тривалих фізичних навантаженнях суттєвим фактором втоми є зниження рівня кисневого забезпечення клітин (гіпоксія).

15. Біохімічні вікові аспекти спортивної працездатності.

Фізична працездатність людини залежить від її віку. Аеробні та анаеробні можливості зростають в ході фізіологічного дозрівання організму. З віком > загальна маса тіла, кількість і активність ферментів енергетичного обміну в скелетних м’язах, > запаси (резерви) енергетичних речовин (передусім, глікогену) в тканинах, зростає транспорт поживних речовин і кисню до м’язів, покращуються механізми знешкодження і виведення токсичних (отруйних) продуктів обміну речовин з організму. Ці показники досягають оптимального розвитку у 20 – 25 р., коли завершується процес формування організму, тому в цьому віці багато спортсменів досягають своїх найкращих результатів, особливо в тих видах спорту, де визначальним фактором працездатності є витривалість. Після 40 р. показники фізичної працездатності організму поступово < і до 60 р. стають приблизно у два рази < ніж були у 20 р.

В процесі розвитку організму суттєвих змін зазнають біоенергетичні показники. Так, максимальна анаеробна потужність організму швидко > і досягає свого піку в 18 – 20 р. і зберігається на такому ж рівні приблизно до 30 – 35 р., після чого починає повільно <. Потужність аеробних процесів (максимальне споживання О₂) найбільшого рівня досягає у 20 – 25 р. і починає поступово < після 35 – 40 р. Здатність до нагромадження максимальної кількості молочної кислоти в тканинах (анаеробна гліколітична потужність) досягає своїх найвищих показників в 20 – 25 р. (в середньому у 22 р.), після чого досить швидко знижується.

Ці особливості вікових змін показників фізичної працездатності слід враховувати при створенні програм фізичного розвитку і вдосконалення молодих людей.

16. Біохімічні фактори відновлення після фізичних навантажень.

Біохімічні зміни в організмі, спричинені фізичним навантаженням, не обмежуються тільки часом роботи, а й тривають також і після її завершення (в період відпочинку). Такі біохімічні наслідки впливу навантаження на організм позначаються терміном «відновлення». В період відновлення відбувається зміна обміну речовин: якщо під час навантаження переважали катаболічні процеси (процеси розпаду речовин), то в період відновлення переважають процеси анаболізму (синтезу затрачених в ході роботи речовин і, передусім, – енергетичних ресурсів, пластичного матеріалу), відновлення водно-електролітного балансу, ферментативної і гормональної рівноваги.

В ході відновлення організму після м’язової роботи розрізняють три фази: І-а – фаза швидкого (термінового) відновлення (перші 30 хв після навантаження), ІІ-а – фаза відтермінованого відновлення (до 6 – 12 год після припинення роботи) і ІІІ-я – фаза повільного відновлення [наступних 2 – 3 доби (48 – 72 год) після фізичного навантаження].

В першій фазі відбувається швидке відновлення витрачених ресурсів АТФ і креатинфосфату, а також кисневого забезпечення тканин. Відновлення кисневого забезпечення тканин відбувається дуже швидко і звичайно триває 10 – 15 секунд. В другій фазі відбувається відновлення витрачених запасів вуглеводів (передусім, глікогену м’язів і печінки) і жирових резервів, а також відновлення водно-електролітного балансу. В третій фазі відбувається активне відновлення зруйнованих в процесі роботи скоротливих білків м’язів, білків-ферментів і білків-гормонів (активується синтез протеїнів). Виведення із м’язів і повна утилізація молочної кислоти (лактату) триває від 30 хв до 1,5 год. Час повного ресинтезу (зворотного відновлення) запасів глікогену в скелетних м’язах і печінці може тривати від 12 до 48 год, а час повного відновлення структурно-функціональних білків м’язів, білків-фермент