Дніпровський національний університет імені Олеся Гончара

Факультет медичних технологій діагностики та реабілітації

АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД

з навчальної дисципліни: Біологічна хімія рухової активності

на тему:

БІОХІМІЧНІ ЗМІНИ В ОКРЕМИХ ОРГАНАХ І ТКАНИНАХ ПРИ РОБОТІ М’ЯЗІВ

Виконав:

студент 1 курсу

гр. РФ-20-1

Станіслав ТКАЧ

Перевірила:

доц. Юлія ВОРОНКОВА

Дніпро, 2021

ЗМІСТ

ВСТУП

1. Будова м’язів та їх загальна характеристика

1. Хімічний склад м’язової тканини

Азотисті сполуки у м’язах:

Безазотисті сполуки у м’язах:

3. Енергетичне забеспечення м’язового скорочення

4. Послідовність біохімічних змін під час рухів

5. Біологічно-хімічні зміни в організмі людини під час виконання вправ перед тренуванням

5. Біохімічна характеристика стану впрацьовування та роботи

Передстартові зміни рівня цукру та молочної кислоти у крові спортсменів

6. Накопичення лактату у гребців-академістів

7. Стан системи «перекисного окислення ліпідів - антиоксидантний захист» під впливом аеробне фізичне навантажень

8. Обмін білків та азотовмісних речовин під час м’язової діяльності

Висновок

Список використаної літератури

ВСТУП

Під час роботи м’язів відбуваються зміни, як у органах, так і тканинах. Отримання і дослідження експериментальних даних про біохімічні зміни, що відбуваються у органах і тканинах на сьогодні є вельми важливим питанням для подальшого розвитку науки і для застосування отриманих даних у практиці, що забезпечить якісний підхід до структури тренувальних комплексів, як пацієнтів, що мають певні вади в опорно-руховому апараті та знаходяться на реабілітації і/або  відновленні під наглядом лікаря-фізіотерапевта, так і для спортсменів, щоб уникнути перетренерованості та перевтоми. Дослідження даної тематики може допомогти краще зрозуміти, як більш ефективніше контролювати період відновлення та реабілітації пацієнтів, проводити моніторинг стану спортсменів на змаганнях; допоможете дізнатись більше інформації про особливості енергетичних систем і безпосередньо можливих змін в метаболізмі.

Тема біохімічних змін в органах і тканинах під час роботи м’язів освітлюється вже не перші роки.

1.     Будова м’язів та їх загальна характеристика

М’яз – орган, який складається з голівки, брюшка і хвоста, має у своєму складі білки актину (рис.1) і міозину (рис.2).

М’язи є ефекторами, що пов’язані ЦНС (центральна нервова система) та підпорядковуються вищим нервовим центрам, виконуючи дію, що дає нам зрозуміти їх основну функцію – скорочувальну, а механізмом скороченням є лише механічні процеси обробки нервових імпульсів від аферентних нервових шляхів.

В організмі людини виділяють два типи м’язів - гладенькі м’язи (діаметр волокон 2-5 мкм, утворюють м’язовий шар у стінках судин, тканинах внутрішніх органів, є структурною м’язовою одиницею міокарду) та поперечно-посмуговані м’язи (діаметр волокон 100-150 мкм, прикріпленні за допомогою сухожилок до кісток, є основною структурною одиницею скелетних м’язів). Найбільшу увагу науковців привертають до себе скелетні м’язи при дослідженні біохімії рухової активності спортсменів.

Розрізняють декілька видів м’язових волокон:

• Червоні (рис.3, 1) (slow twitch fibres) – відповідають за витривалість, повільне, але потужне за тривалістю скорочення, тому що не схильні до утворення лактату, працюють під час регулювання ЗЦТТ (загальний центр тяжіння тіла), у спорті (якщо навантаження відповідає 20-25% від максимальної сили), ЧМВ (Червоні м’язові волокна) підключаються до малоінтенсивної довготривалої роботи з невеликою вагою знаряддя спорту, наприклад у виконанні вправ з аеробіки.
• Білі (рис.3, 2) (fast twitch fibres) – відповідають за сильні, швидкі, короткотривалі скорочення м’язів, мають у своєму складі креатинфосфат, під час роботи використовується гліколіз задля отримання за короткий період часу певну кількість енергії (1 моль глюкози = 8 моль АТФ), вмикаються в роботу під час бігу на короткі дистанції, боксі, пауерліфтінгу.

2.     Хімічний склад м’язової тканини

М’язова тканина складається з води (70-80% маси м’яза), білки (17-21% маси), азотисті і безазотисті органічні речовини, мінеральні солі у дисоціованій формі (мають катіони металів K+, Na+, Mg+2, Ca+2), аніони кислотних залишків (хлорид-аніон) та фосфатна кислота H3PO4.

М’язова тканина має білки ядер (нукелпротеіди, що мають ДНК), білки сарколеми (ліпопротеіди, колаген – 15%), білки саркоплазми (30% білків – водорозчинні (міоген, міоальбумин, міоглобін – червоні білки -  переносять кисень ефективніше), розчинні у сольових розчинах: глобуліни), білки мітохондрій – ліпопротеіди; ферменти ЦТК (цикла трикарбонових кислот), дихального ланцюга, білки міофібрил: міозин, актин, тропоміозин, тропонін, актиніни (40% від усіх білків), білки м’язової строми – колаген і еластин.

Азотисті сполуки у м’язах:

1. Водорозчинні сполуки – АТФ (рис.4) (0,25–0,4%), креатинфосфат (КрФ – збільшується відсоткове відношення під час тренувань)
2. Карнозин (рис.5)– дипептид, що знаходиться у скелетних м’язах у відсотковому відношенні 0,1–0,3%. Приймає участь у ферментативному транспортуванні і виведенні фосфатних залишків, стимуляції передачі нервових імпульсів від еферентних нейронів до ефектора.
3. Амінокислоти, а саме глутамінова кислота
4. Пуринові основи (аденін, гуанін)
5. Сечовина, аміак, фосфатиди (1,5%) – важливі у тканинному диханні.

Безазотисті сполуки у м’язах:

3. Глікоген та продукти його обміну – складають 0,2–3% від інших сполук, може існувати у вільному стані, під час тренувань збільшується кількість вільного глікогену.
4. Жири – складають 1% від інших сполук, зв’язані з білками.
5. Холестерин – складають 0,2% від інших сполук.

3.     Енергетичне забеспечення м’язового скорочення

М’яз, що перебуває у стані спокою, подібно до других тканин, для підтримки постійності свого суглобу та безперервного протікання метаболічних процесів, потребує постійного забеспечення АТФ. У той самий час м’яз сильно відрізняється від інших тканин тим, що потреба в енергії у формі АТФ при скороченні м’язів може майже в мить збільшуватися у 200 разів.

Резинтез АТФ під час м’язової діяльності може відбуватися за допомогою анаеробних реакцій, через окислення у клітинах. У скелетних м’язах є три види анаеробних процесів, під час якого можливий ресинтез АТФ, та один аеробних:

1. Креатинкіназна реакція (рис.6) – швидкий процес ресинтеза АТФ з енергетично активною речовиною КрФ, яке під час вичерпування запасів АТФ у працюючому м’язі  віддає фосфорильну групу на АДФ: Кф + АДФ ↔ К + АТФ

Каталізує цей процес креатинкіназа, яка відповідає до фосфотрансферам. АТФ та креатин відбувається поблизу від скорочувальних елементів м’яового волокна.

Каталізує цей процес кретинкіназа, яка відносяться до фотрансферазам. АТФ та креатин знаходяться поруч від скорочувальних елементів м’язового волокна, як тільки рівень АТФ починає знижуватись, у той самий час розпочинається запуск креатинкіназної реакції, що забеспечує ресинтез АТФ, а швидкість розчеплення КрФ в працюючому м’язі прямо пропорційна інтенсивність виконуючої роботи та величини м’язового напруження. У перші секунди після роботи, коли концентрація креатинфосфату є високою, також високою є і активність креатинкінази.

Креатинкіназна реакція є оборотною, під час м’язової роботи переважає пряма реакція, що поповнює запаси макроергів, наприклад АТФ, у період покою це є оборотна реакція, відновлюється концентрація креатинфосфату у м’язі, але ресинтез креатинфосфату можливий під час довготривалої м’язової роботи, що відбувались в аеробних умовах.

Креатинкіназна реакція грає основну роль у енергозабезпеченні під час короткочасної роботи м’язів у максимальній потужності, наприклад біг на короткі дистанції з максимальною силою, стрибки, тяжкоатлетичні вправи на силу.

4.     Послідовність біохімічних змін під час рухів

Біохімічні зміни під час рухової діяльності розвиваються не рівномірно. Більш конкретно цей процес можна побачити за схемою:

Висновки:

•   Біохімічні зміни, що відбуваються у організмі під час тренувань або навантажень, та розвивають швидкість і витривалість даної характеристики розвиваються повільно і зберігають результат на малий проміжок часу.
•   На тренування силових характеристик та зберігання ефекту під час тренування витрачається багато часу
•   Біохімічні зміни, що забеспечують витривалість до довготривалих навантажень тренуються найбільш швидко, у порівнянні з вище переліченими біохімічними адаптаціями, та на найдовший термін часу.

5.     Біологічно-хімічні зміни в організмі людини під час виконання вправ перед тренуванням

Розминка – вправи перед тренуванням, змаганнями, або будь-якими іншими навантаженням, що необхідна, для того щоб у організмі спортсмена, або пацієнта, увімкнувся період впрацьовування.

Процес розминки можна поділити на 2 складові – розігрів організма, налаштування систем та їх запуск у робочий режим. Перша частина діє на метаболізм та його процеси, друга – допомагає увімкнути умовно-рефлексорні зв’язки, що складають основу моторної навички або спортивної техніки, яку виконує спортсмен.

Виявлено, що після короткого проміжку відпочинку, для повторної роботи тієї ж роботи треба менша кількість енергії, але збільшується частка молочної кислоти. Ті ж самі ознаки проявляються під час м’язового навантаження після розминки. Тому важливо після розминки давати організму відпочинок перед основною роботою.

5.     Біохімічна характеристика стану впрацьовування та роботи

Біохімічні зміни відбуваються не тільки під час м’язової роботи, а й за деякий період до її початку. Такі зміни можна назвати «зміни характеристик стану впрацювання» (табл.1), що відбуваються під контролем вищих нервових центрів, що регулюють гомеостаз організму.  Під час стану впрацьовування відбувається підсилення газообмін, тим чином збільшується активність аеробної буферної системи, збільшується відсоткове відношення цукру у крові – мобілізація глікогену. Сам глікоген розчеплюється у печінці таким чином (рис.7).

Під час мобілізації глікогена у печінці, збільшується кількість глюкози у крові, H3PO4 вивільняється у кров. Під час розчеплення використовується фермент глюкозо-6-фосфатаза є у печінці, нирках, кишківнику, але у м’язах його немає.

Збільшується рівень молочної кислоти у крові (збільшується гліколіз)

С6Н12О6 → 2С3Н6О3 + 57 ккал

Ці зміни рівноправні і подібні до тих, які відбуваються під час роботи в нормальному режимі, з нормальними навантаженнями.

Організм , що займається спортивними іграми, працює під час змагань  отримує ріст рівня цукру у крові.

Таблиця 1

Передстартові зміни рівня цукру та молочної кислоти у крові спортсменів

6.     Накопичення лактату у гребців-академістів

За кількістю лактату, або молочної кислоти лікар-ерготерапевт може аналізувати стан пацієнта, після фізичного навантаження, рівень натренерованості та фізичної підготовки, може більш точно змінювати програму реабілітації (табл.2).

Рівень лактату – це фізичний параметр, що показує стан та можливості організму до адекватного постачання кисню до м’язових тканин під час навантажень. Аналіз значень даного фізичного параметру дуже важливий для спортсменів, або пацієнтів, що, наприклад, займаються академічною греблею – вид спорту, під час якого спортсмен потребує високого рівня витривалості, організм якого, потребує великої кількості кисню.

Таблиця 2

Середні значення зміни рівня лактату (ммоль/л) на початку та в кінці тренувань у гребців-академістів

За даними таблиці помітно, що при проходженні важких навантажень з малим часом відновлення групою 1 має гостро гліколітичний характер. Підтвердження цього факту є те, що висока концентрація молочної кислоти на перших хвилинах відпочинку та низький ступінь виведення лактату у порівнянні з відповідними показниками з групи 2, навіть до дев’ятої хвилини відновлення.

Висновки:

1. Збільшення інтенсивності утилізації лактату після тренувань характеризує майстерність спортсмена з розрахунку енергетики м’язового скорочення.
2. Використання екстенсивних і інтенсивних вправ покращує результативність спортсмена при збільшенні концентрації лактату – за середніми значеннями помітно, що в кінці 1 хвилини відпочинку після виконання експериментального тесту метаболізм удосконалюється, як і в плані витривалості організму, так і в плані метаболізму лактату під час виконання дій гліколітичного характеру.

7.     Стан системи «перекисного окислення ліпідів - антиоксидантний захист» під впливом аеробне фізичне навантажень

Адаптація людини до м’язової діяльності є одною з головних проблем біохімії та фізіології. Під час медичної практики моторна діяльність різних фізіологічних систем є потужним оздоровчим фактором, що розширює функціональні можливості людини. Добре відомий факт, що правильне навантаження аеробного напряму є позитивною дією на  дихальну, серцево-судинну системи, збільшуючи стійкість організму до оксидитивного стресу будь-якої природи за допомогою збільшення функціональних можливостей систем транспорту кисню, мітохондріальної системи, її розвитку, адаптивних змін у системі. У той же час добре відомо, що активація процесів ліпопероксидації, що супроводжує інтенсивні фізичні навантаження, може визивати значні порушення у роботі різних органів і систем, і тим паче зменшувати позитивний вплив фізичної активності на здоров’я.

ПОЛ (Перекисне окислення ліпадів) (рис.8) – параметр системи антиоксидантного захисту за допомогою якого можна точно відобразити зміни загального метаболізму організму, тому потребує точного вивчення, а саме у закономірності дії різних фізичних навантажень на збалансовані системи ПОЛ у організмі.

Експериментальним шляхом було визначено, що у слині жінок, віком 20-29 років, що займались аеробікою, частка продуктів системи ПОЛ мала тенденцію до зростання та перебільшувало значення контрольної групи, що не займалися аеробікою на 21,1%.

Так само було визначено експериментально, ті ж дані серед жінок, що займалися аеробікою, та жінок, що не займалися, віком 30-39 років – тенденція повторювалась (зростання частки продуктів системи ПОЛ у жінок, що займалися аеробікою на 17,4%). Збільшення продуктів у системі ПОЛ, відображає зміни, тому що гептанова  фаза ліпідних екстрактів концентрує у собі переважно нейтральні ліпіди. Тоді можна припустити, що дані зміни пов’язані зі збільшенням ступеню мобілізації вільних жирних кислот від жирових депо з їх наступним окисленням, що може показувати нам про збільшення долі аеробного шляху енергозабезпечення.

8.     Обмін білків та азотовмісних речовин під час м’язової діяльності

АТФ, як і інші макроерги, є джерелом енергії різних фізіологічних функцій, наприклад м’язові скорочення під управлінням ЦНС, процеси секреції, і під час проходження пластичних процесів та біологічних синтезів.

Між цими двома сторонами життєдіяльності – енергетичним забезпеченням фізіологічних функцій та енергетичним забезпеченням пластичних процесів.  Так як існує постійна конкуренція, де посилюється функціональна діяльність, що супроводжується великими витратами АТФ та зменшенням використання для фізіологічних синтезів. У тканинах і у м’язах постійно йде перебудова цих білків, балансування процесів розщеплення та синтезу, для того, щоб рівень був збалансованим.

Під час м’язової діяльності оновлення білків пригнічується – воно є більш виражене, ніж у порівнянні з зниженням концентрації АТФ у м’язах, а під час виконання вправ максимальної та субмаксимальної інтенсивності, коли ресинтез АТФ відбувається майже завжди анаеробним шляхом та найменш повно, відновлення білків буде пригнічуватись більш значною інтенсивністю, а ніж тоді коли відбувається робота при енергетично високоефективному вигляді дихального фосфорилювання.

Через недостачу АТФ, що необхідно для розщеплення – пригнічується відновлення білків, так і для процеса їх синтезу. А під час інтенсивних навантажень баланс між розщепленням та синтезом білків переходить у домінування розщеплення. Частина поліпептидів, низкомолекулярні білкі та азотовмісні речовини небілкової природи виходять з м’язів у кров, де діагностується при аналізі білкового та небілкового азоту. Особливо масивні усі перелічені зміни під час вправ максимальної інтенсивності, так само як і утворення аміаку, що відбувається у результаті дезамінування частини аденозинмонофосфорної кислоти, що не встигає перетворюватись у АТФ, що у результаті відщеплення аміаку від глютаміна, посилюючи цей процес збільшеним вмістом неорганічних фосфатів, що до цього активували фермент глютаміназу.

Під час даного процесу у крові збільшується частка вмісту аміаку у м’язах та крові, але його треба видалити з тканини після вище перелічених процесів та може проходити двома шляхами: зв’язування аміаку глютамінової кислоти з утворенням глютаміна та мочевини. Але ці 2 процеси потребують участі АТФ і тому знижується зміст, тому процес зазнає труднощів. При м’язовій діяльності середньої та нормальної інтенсивності, коли ресинтез АТФ йде за рахунок дихального фосфорилювання, видалення аміаку дуже прискорюється. А через недостачу АТФ під час м’язової діяльності максимальної та субмаксимальної інтенсивності утруднення та ряд інших біологічних синтезів, а зокрема частково припиняється синтез ацетилхоліну у еферентних нервових закінчення, що відображається негативно на процесах передачі нервового збудження від еферентних нервів до ефектора.

Висновок

Отже, було проаналізовано проблему біохімічних змін в окремих органах і тканинах при роботі м’язів, висвітлено те, як, за допомогою яких біохімічних та фізіологічних перетворень в організмі людини процеси протікають точно, пристосовано та правильно відбуваються зміни під час руху. За допомогою даного аналітичного розбору було виконано ряд аналітичних процесів, висвітлено характеристичні дані та будову м’язів, їх хімічну складову, описано процеси енергетичного збагачення та постачання для м’язової роботи, обмін білків та азотовмісних речовин, зазначено інформацію щодо перекисного окислення ліпідів, накопичення лактату та подані дані про біохімічну характеристику стану впрацьовування.

Список використаної літератури

1.     Сєлєзньова І.С. Биохимические изменения при занятиях физкультурой и спортом / навчальний посібник. Є.: Видавництво Уральського університету, 2019. – 162 с.
2.     Бєляєва Л.А. Биохимия сокращения и расслабления мышц : практическое руководство для студентов вузов специальности «Физическая культура» / практичний посібник. Г.: Гомельский государственный университет Имени Франциска Скорины, 2009. – 64 с.
3.     Ляшевич А.М., Чернуха І.С. Фізіологічні основи фізичного виховання та спорту / навчальний посібник. Ж.: Вид-во ЖДУ імені Івана Франка, 2019. – 145 с.
4.     Рис. 1 http://bspu.by/blog/egorova/article/lection/biohimiya-myshechnoj-tkani/download?path=./uploads/egorova/lection/biohimiya-myshechnoj-tkani/Презентация_Лекция_12_Мышцы.pdf
5.     Рис. 2 http://humbio.ru/humbio/cytology/images/belk251.gif
6.     Рис. 3 https://iron-health.ru/wp-content/uploads/2012/05/slide-61.jpg
7.     Рис. 4 https://upload.wikimedia.org/wikipedia/ru/d/df/Структура_аденозинтрифосфорной_кислоты.png
8.     Рис. 5 https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/26/Carnosine-2D-skeletal.png
9.     Рис. 6 https://biokhimija.ru/images/obmen_AA-belkov/S05-26-sintez-ATF_kreatinfosfata.jpg
10. Рис. 7 https://dendrit.ru/files/013biophoto8.gif
11. Рис. 8 http://www.rheumatology.kiev.ua/wp/wp-content/uploads/2014/10/wpid-888_fmt.jpeg