С6Н12О6+2Н3РО4+2АДФ = 2С3Н6О3+2АТФ+2Н2О
Процесс гликолиза происходит у всех животных клеток и у некоторых микроорганизмов. Всем известное молочнокислое брожение (при скисании молока, образовании простокваши, сметаны, кефира) вызывается молочнокислыми грибами и бактериями. По механизму оно вполне тождественно гликолизу.
У растительных клеток и у некоторых дрожжевых грибов распад глюкозы осуществляется путем спиртового брожения. Спиртовое брожение, как и гликолиз, представляет длинный ряд ферментативных реакций, причем большая часть реакций гликолиза и спиртового брожения полностью совпадают, и только на самых последних этапах есть некоторые различия. В ряде промежуточных реакций спиртового брожения, как и при гликолизе, принимают участие Н3РО4 и АДФ. Конечными продуктами спиртового брожения являются двуокись углерода, этиловый спирт, АТФ и вода. Суммарное уравнение спиртового брожения следует записать так:
С6Н12О6+2Н3РО4+2АДФ = 2СО2+2С2Н5ОН+2АТФ+2Н2О
Из приведенных уравнений гликолиза и спиртового брожения видно, что в этих процессах не участвует кислород, поэтому их назвают бескислородными, или с неполным расщеплением, так как полное расщепление - это расщепление до конца, т. е. превращение глюкозы в простейшие соединения - СО2 и Н2О, что соответствует уравнению
С6Н12О6+6О2 = 6СО2+6Н2О
Наконец, и это особенно важно, из уравнений следует, что при распаде одной молекулы глюкозы в ходе гликолиза и спиртового брожения образуются две молекулы АТФ. Следовательно, распад глюкозы в процессе гликолиза и спиртового брожения сопряжен с синтезом универсального энергетического вещества АТФ.
Так как синтез АТФ представляет эндотермический процесс, то, очевидно, энергия для синтеза АТФ черпается за счет энергии реакций бескислородного расщепления глюкозы. Следовательно, энергия, освобождающаяся в ходе реакций гликолиза, не вся переходит в тепло. Часть ее идет на синтез двух богатых энергией фосфатных связей.
Произведем несложный расчет: всего в ходе бескислородного расщепления грамм-молекулы глюкозы, освобождается 200 кдж (50 ккал). На образование одной связи, богатой энергией, при превращении грамм-молекулы АДФ и АТФ затрачивается 40 кдж (10 ккал).
В ходе бескислородного расщепления образуются две такие связи. Таким образом, в энергию двух грамм-молекул АТФ переходит 2Х40=80 кдж (2Х10=20 ккал). Итак, из 200 кдж (50 ккал) только 80 (20) сберегаются в виде АТФ, а 120 (30 ккал) рассеиваются в виде тепла. Следовательно, в ходе бескислородного расщепления глюкозы 40% энергии сберегается клеткой.
Третий этап энергетического обмена - стадия кислородного, или полного расщепления, или дыхания. Продукты, возникшие в предшествующей стадии, окисляются до конца, т. е. до СО2 и Н2О.
Основное условие осуществления этого процесса - наличие в окружающей среде кислорода и поглощение его клеткой. Стадия кислородного расщепления, как и предыдущая стадия бескислородного расщепления, представляет собой ряд последовательных ферментативных реакций. Каждая реакция катализируется особым ферментом.
Весь ферментативный ряд кислородного расщепления сосредоточен в митохондриях, где ферменты расположены на мембранах правильными рядами. Сущность каждой из реакций состоит в окислении органической молекулы, которая с каждой ступенью постепенно разрушается и превращается в конечные продукты окисления - СО2 и Н2О.
Все промежуточные реакции кислородного расщепления, как и промежуточные реакции бескислородного процесса, идут с освобождением энергии. Количество энергии, освобождаемой на каждой ступени при кислородном процессе, много больше, чем на каждой ступени бескислрородного процесса. В сумме кислородное расщепление дает громадную величину - 2600 кдж (650 ккал). Если бы вся эта энергия освободилась в результате одной реакции, клетка подверглась бы тепловому повреждению. При рассредоточении процесса на ряд промежуточных звеньев такой опасности нет.
Подробное исследование реакций кислородного расщепления показало, что в этих реакциях, как и в реакциях бескислородного процесса, принимает участие Н3РО4 и АДФ и что кислородный процесс, как и бескислородный, сопряжен с синтезом АТФ. В ходе кислородного расщепления двух трехуглеродных молекул происходит образование 36 молекул АТФ - 36 богатых энергией фосфатных связей. Таким образом, суммарное уравнение кислородного процесса можно записать так:
2С3Н6О3+6О2+36Н3РО4+36АДФ = 6СО2+6Н2О+36АТФ+36Н2О, а суммарное уравнение полного расщепления глюкозы так:
С6Н12О6+6О2+38Н3РО4+38АДФ = 6СО2+6Н2О+38АТФ+38Н2О
Теперь должно быть ясно значение для клетки третьей, кислородной стадии энергетического обмена. Если в ходе бескислородного расщепления освобождается 200 кдж/моль (50 ккал/моль) глюкозы, то в стадии кислородного процесса освобождается 2600 кдж (650 ккал), т. е. в 13 раз больше. Если в ходе бескислородного расщепления синтезируются две молекулы АТФ, то в кислородную стадию их образуется 36, т. е. в 18 раз больше. Иными словами, в ходе расщепления глюкозы в клетке на стадии кислородного процесса освобождается и преобразуется в другие формы энергии свыше 90% энергии глюкозы.
Займемся снова расчетом. Всего в процессе расщепления глюкозы до СО2 и Н2О, т. е. в ходе кислородного и бескислородного процессов, синтезируется 2+36=38 молекул АТФ. Таким образом, в потенциальную энергию АТФ переходит 38 Х 40 = 1520 кдж (38 Х 10 =380 ккал). Всего при расщеплении глюкозы (в бескислродную и кислородную стадии) освобождается 200+2600 = 2800 кдж (50+650 = 700 ккал). Следовательно, почти 55% всей энергии, освобождаемой при расщеплении глюкозы, сберегается клеткой в форме АТФ. Остальная часть (45%) рассеивается в виде тепла. Чтобы оценить значение этих цифр, вспомним, что в паровых машинах из энергии, освобождаемой при сгорании угля, в полезную форму преобразуется не более 12 - 15%. В двигателях внутреннего сгорания он достигает примерно 35%. Таким образом, по эффективности преобразования энергии живая клетка превосходит все известные преобразователи энергии в технике.
При сопоставлении количества энергии, освобождаемой в ходе бескислородного и кислородного расщепления глюкозы, а также числа молекул АТФ, синтезируемых в обе стадии, видно, что кислородный процесс несравненно более эффективен, чем бескислородный. Вполне понятно поэтому, что в нормальных условиях для мобилизации энергии в клетке всегда используется как бескислородный, так и кислородный путь расщепления. Если осуществление кислородного процесса затруднено или вовсе невозможно, например при недостатке кислорода, тогда для поддержания жизни остается только бескислородный процесс. Но при этом для получения АТФ в количестве, необходимом для жизнедеятельности, клетке приходится расщеплять очень большое количество глюкозы.
Дыхание и горение. Окисление органических веществ, происходящее в клетке, часто сравнивают с горением: в обоих случаях происходит поглощение кислорода и выделение СО2 и Н2O. Однако между этими процессами имеются глубокие различия. Дыхание представляет высокоупорядоченный, многоэтапный процесс. Благодаря участию в нем ферментов оно идет с достаточной скоростью при температуре, несравненно более низкой, чем горение. Принципиально отличается в обоих процессах способ преобразования химической энергии расщепляемых веществ. При горении вся энергия переходит в тепловую. Дальнейшее использование ее для производства работы всегда происходит с низким к. п. д. При биологическом окислении главная часть энергии переходит в химическую энергию универсального энергетического вещества - АТФ, которое в дальнейшем используется клеткой с к. п. д., недостижимым для тепловых двигателей.
Доктор медицинских наук, профессор Ф.А. Иорданская
Доктор медицинских наук М.С. Юдинцева
Всероссийский научно-исследовательский институт физической культуры и спорта, Москва
Ключевые слова: диагностика, ранние признаки дезадаптации, факторы риска, коррекция, профилактика.
В основе достижения спортивного результата и его роста лежат адаптационные процессы, происходящие в организме. Тренировочная и соревновательная деятельность является основой для их совершенствования.
В процессе адаптации к физическим нагрузкам определяются два этапа - срочной и долговременной устойчивой адаптации. Переход от срочного этапа к устойчивой долговременной адаптации основан на формировании структурных изменений во всех звеньях: как в морфофункциональных системах, так и в регуляторных механизмах.
Процесс адаптации активно сопровождается повышением функциональной мощности структуры и улучшением ее функционирования. При компенсации некоторые функции могут истощаться и тогда функционирование организма протекает на предпатологическом и патологическом уровнях. Такое состояние дезадаптации может привести к развитию переутомления, перенапряжения, значительному снижению работоспособности и в дальнейшем - к возникновению заболеваний и травм. Профессионализм и коммерциализация в спорте, без которых сейчас спорту не выжить, поставили спортсменов в условия жесткого прессинга подготовки и высоких требований к уровню функциональной подготовленности. Без оптимально сбалансированного контроля за функциональной подготовкой достичь высоких результатов, освоив огромные объемы работы без издержек для здоровья, не представляется возможным.
Настоящая работа посвящена важному клинико-диагностическому аспекту спортивной медицины - вопросу определения слабых звеньев адаптации организма спортсменов в процессе ударных тренировочных микроциклов и психофизических напряжений соревнований с целью предупреждения патологических состояний.
Под наблюдением в процессе динамических исследований находилось свыше 1000 спортсменов разных видов спорта в возрасте 14 - 30 лет со стажем занятий спортом от 3 до 13 лет.
В зависимости от специфики вида спорта программа диагностики включала функционально-диагностическое обследование и тестирова ние ведущих для данного вида спорта физиологических систем и функций (центральной нервной системы, вегетативной нервной системы, сердечно-сосудистой и дыхательной систем, нервно-мышечного аппарата, внутренней среды), физического развития, соматической и биологической зрелости (в тех видах спорта, в которых высокие спортивные результаты достигаются в юном возрасте), психофизиологического состояния.
Обобщение и анализ исследований, проведенных на спортсменах 9 сборных команд основного и молодежного состава, позволили сформулировать факторы, определяющие и формирующие уровень функциональной подготовленности обследуемых (Ф.А. Иорданская, 1993 ).
Среди этих факторов важное место занимают морфофункциона льные показатели: физическое развитие, функциональные возможности основных физиологических систем организма, иммунный статус, психологический статус, уровень общей и специальной работоспособ ности; соотношение их с возрастом и полом.
Следующую группу факторов, формирующих функциональную подготовленность, составляют спортивная деятельность, ее специфика, соотнесенная с видом спорта, продолжительность занятий, успешность в достижении спортивных результатов.
Другой группой факторов, формирующих функциональную подготовленность, являются спортивная деятельность, ее специфика, соотнесенная с видом спорта, продолжительность занятий, успешность в достижении спортивных результатов.
Еще одна группа факторов, формирующих функциональную подготовленность, представле на методическими основами организации тренировочного процесса: режимом тренировок, объемом и интенсивностью тренировочных нагрузок, соотношением средств и методов развития физических качеств, психофизической напряженностью, календарем и регламентом соревнований.
И, наконец, немаловажную роль, особенно в последние годы, играют социально-бытовые и эколого-географические условия проведения тренировок.
В определенных условиях и обстоятельствах некоторые из них представляют собой факторы риска заболеваемости: дефицит витаминов, снижение иммунореактивности, несбалансированность пищевого рациона, эмоционально-психический стресс, переохлаждение, перегрев, гипоксия, низкое качество спортивного инвентаря, плохая страховка и т.д. К их числу относятся курение, употребление алкоголя, анаболических стероидов (табл. 1).
Следует отметить, что проблема донозологи ческих состояний у спортсменов и слабых звеньев адаптации к мышечной деятельности впервые была поднята в отделе спортивной медицины в 1982 г. и обобщена в сборнике научных трудов ВНИИФКа.
В настоящее время накоплен большой материал исследований как в лабораторных условиях при тестированиях общей работоспособности, так и в условиях учебно-тренировочной работы при тестировании специальной работоспособности и в процессе оперативного контроля в ударных тренировочных микроциклах.
В работе представлены результаты систематизации симптомов дезадаптации по основным физиологическим системам: вегетативной нервной, сердечно-сосудистой, гепато-билиарной, анализаторным, нервно-мышечному аппарату, системе энергообеспечения.
Хорошо сбалансированная вегетативная регуляция мышечной деятельности позволяет спортсмену при наличии должного уровня мотивации максимально использовать свои функциональные возможности, обеспечивает необходимую экономизацию функций и определяет быстроту восстановительных процессов.
Нарушение вегетативной регуляции служит ранним признаком ухудшения адаптации к нагрузкам и влечет за собой снижение работоспо собности. Клинически вегетативные расстройства проявляются в виде транзиторной головной боли диффузного характера, головокружения, расстройства сна, лабильности вазомоторных реакций. Срыв адаптации вегетативной нервной системы может приводить к нейроциркуляторной дистонии, протекающей по гипертоническому (чаще у юношей и мужчин), гипотоническому (чаще у женщин) или нормотоническому типу. В клинической картине превалирует общеневротический синдром с наличием повышенной возбудимости, раздражительности или, наоборот, астеническо го состояния, сопровождающегося понижением работоспособности, нарушением сна. Возникают функциональные изменения сердечно-сосудистой системы (гипертензия или гипотония, нарушение ритма сердца), нарушение кровенаполнения и тонуса сосудов головного мозга на РЭГ. Частота нейроциркуляторных дистоний у спортсменов составляет от 6,2 до 19,3 % (З.С. Саблина, 1988).
Структура комплексной программы диагностики вегетативной нервной системы включала изучение исходного вегетативного тонуса, вегетативной реактивности, вегетативного обеспечения мышечной работы и послерабочих вегетативных сдвигов.
Исходный вегетативный тонус изучался в период относительного покоя по расчету вегетативного индекса Кердо, кардиоинтервалографии. Вегетативная реактивность исследовалась с помощью ортостатической пробы с регистрацией ЭКГ во II стандартном отведении или с ортостатической интервалокардиографией. Вегетативное обеспечение мышечной деятельности исследовалось на фоне тестирующей нагрузки. В качестве методов диагностики нами использовались ритмокардио графия, реоэнцефалография, акупунктурная диагностика, психофизиологические методы диагностики (Ф.А. Иорданская, В.А. Соловьев, В.Е. Михайлов, 1991). К ранним объективным признакам дезадаптации относятся переход брадикардии в тахикардию; переход исходного вегетативного тонуса из нормотонического и парасимпатического в симпатический; повышение артериального давления; в ортопробе - учащение пульса более чем на 35 уд/мин, инверсия зубца Т2 из положительного в изоэлектрический или отрицательный; нарушение кровенаполнения и тонуса сосудов головного мозга на РЭГ; на кардиоинтервалографии увеличивается амплитуда моды, уменьшается D RR, увеличивается индекс напряжения, что свидетельст вует об усилении влияния симпатикуса и возрастании степени централизации управления ритмом, замедляется восстановление.
Одной из ведущих систем организма в обеспечении высокой работоспособности у спортсменов является сердечно-сосудистая система. Существует зависимость между величиной ударного объема кровотока и производительностью сердца, а также максимальной аэробной мощностью. С этих позиций систему кровообращения можно рассматривать как одно из главных звеньев в системе транспорта кислорода при обеспечении максимальной работоспособности. Важную роль в обеспечении высокой работоспособности играет состояние сосудистого тонуса. Несоответствие фактического периферического сопротивления должному может приводить к повышению артериального давления, изменению упругоэластич ных свойств сосудов, коронарного кровотока и др.
К ранним признакам дезадаптации сердечно-сосудистой системы относятся транзиторная гипертония, появление нарушений на электрокардиограмме в покое. При анализе ЭКГ 632 спортсменов были выявлены следующие нарушения: резко выраженная синусовая аритмия - 10,8 %, миграция водителя ритма - 10,5 %, эктопический ритм - 1,8 %, экстрасистолия - 9,5 %, СА и АВ-блокады - 4,2 %, нарушение процессов реполяризации - 13,7 %. Необходимо подчеркнуть, что частота нарушений ЭКГ различна у спортсменов разных групп двигательной деятельности, возраста и пола. В последние годы обращает на себя внимание увеличение частоты нарушений ритма сердца, по-видимому, в связи с возрастанием стрессорных нагрузок в тренировках и увеличением объема соревновательных нагрузок.
К ранним симптомам дезадаптации сердечно-сосудистой системы при стресс-эхокардиографи ческой диагностике в динамике тренировочного процесса относят также низкий функциональный резерв сердца.
Срыв адаптации сердечно-сосудистой системы выражается в явлении миокардиодистрофии на почве физического перенапряжения, частота которой составляет у спортсменов от 6 до 16 %.
Из широкого арсенала методов функциональной диагностики сердечно-сосудистой системы в спортивной медицине применяются эхокардио графия и допплер-эхокардиография; пульсометрия (с помощью спорттестеров расширены возможности оценки тренировочной работы в соответствии с пульсовыми зонами); электрокардиография; поликардиография; реография; ритмокардиография и т.д. Именно они наиболее широко используются в спортивной медицине, особенно в условиях УТС.
В процессе адаптации спортсменов к нагрузкам и поддержания высокой физической работоспособности очень важную роль играют печень и желчевыводящие пути. Печень выполняет многообразные функции, важнейшие из которых - гомеостатическая, метаболическая, экскреторная, барьерная и депонирующая. Печень участвует в сложных процессах обмена белков и аминокислот, играет существенную роль в обмене липидов. Обмен липидов тесно связан и с желчевыделительной функцией печени, поскольку желчь осуществляет гидролиз и всасывание жиров в кишечнике.
К ранним симптомам дезадаптации гепато-билиарной системы спортсменов относятся появление в правом подреберье боли различного характера и ее интенсификация в покое или при физической нагрузке, жалобы на горечь и металличе ский привкус во рту, изжогу, непереносимость жирной и жареной пищи. При пальпации увеличение размеров печени, наличие болезненности в области печени и желчного пузыря. Среди признаков дезадаптации, как показали динамические исследования аламинаминотрансферазы (АЛТ) и аспартатаминотрансферазы (АСТ) крови в покое и после тестирующих или больших тренировочных нагрузок, транзиторное повышение их выше нормы (в наших исследованиях свыше 41, достигая АЛТ - 51 ед, АСТ - 75-138 ед), симптомы нарушения кровенаполнения печени при реогепатографии. За последние годы возросло число спортсменов, страдающих заболеваниями желчевыводящей системы (по данным разных авторов, достигает 18-22 %). Увеличение данной патологии связано как с возросшими нагрузками, так и с проблемой питания и подчас с бесконтрольным использова нием фармакологических средств, перенесенным инфекционным гепатитом.
В целях диагностики наряду с клиническим исследованием используются методы функциона льной диагностики: реогепатография, характери зующая кровенаполнение и тонус сосудов печени, а также более современная диагностика с использованием ультразвуковой аппаратуры. Наиболее надежной диагностической программой с УЗИ стало для спортсменов ультразвуковое исследование печени и желчного пузыря в покое, после пробного завтрака и после физической нагрузки, разработанное М.С. Юдинцевой (1995). Необходимы также клинико-биохимические анализы крови на активность холинэстеразы, щелочной фосфатазы, глюкозы6фосфатазы, билирубина, позволяющие уточнять диагностику желчевыво дящей системы.
К ранним симптомам дезадаптации анализаторных систем, особенно в сложнокоординацион ных и игровых видах спорта, следует отнести нарушение вестибулярной устойчивости, резкое замедление времени двигательной реакции. Установлено, что первые признаки утомления сопровождаются замедлением ВДР (В.Н. Кузьмина, 1988).
К методам исследования анализаторных систем в функциональной диагностике относятся реакциометрия, треморография, критическая частота слияния световых мельканий, координациоме трия, стабилография, вестибулонистагмография, исследование поля зрения.
Для диагностики нервно-мышечного аппарата (НМА) применяются миотонометрия, исследование упруго-вязких свойств мышц, электростимуляционная электромиография, полидинамометрия.
Фактором, лимитирующим физическую работоспособность спортсмена, как показали исследования электростимуляционной электромиографии, может быть низкая степень надежности функционирования НМП (устойчивость амплитуды Мответа снижалась на 10-15 имп/с) (А.А. Стогова, 1982).
К ранним симптомам дезадаптации НМА следует также отнести резкое повышение тонуса мышц, ухудшение их упруго-вязких свойств.
Безусловно, состояние локомоторного аппарата спортсменов - основной залог выполнения запланированной тренировочной работы и спортивных успехов (З.С. Миронова, Г.П. Воробьев, 1979).
Вместе с тем срыв адаптации НМА приводит к перенапряжению, травмам разного характера и в дальнейшем - к формированию патологии ОДА.
В видах спорта на выносливость важнейшую роль в обеспечении высокой работоспособности играет система энергообеспечения: состояние внешнего дыхания, легочный газообмен и обмен газов крови, показатели внутренней среды организма, а также система кровообращения (Е.А. Ширковец, Кубаткин, 1975; В.В. Васильева, Н.А. Степочкина, 1986; В.Б. Гилязова, Н.Н. Балашова, 1996 ; А.И. Головачев и др.).
Диагностика кардио-респираторной системы осуществляется в условиях тестирования с использованием нагрузки ступенеобразно повышающейся мощности до отказа от работы. Определяются максимальная легочная вентиляция, максимальное потребление кислорода, максимальный кислородный пульс, вентиляционный эквивалент, дыхательный коэффициент, порог анаэробного обмена (ПАНО) (условно соответствует 36 мг % или 4 мМоль/л лактата в крови), при эхокардиографи ческом исследовании до и сразу после нагрузки - внешняя работа сердца и его производительность.
Низкое содержание гемоглобина в крови, снижение аэробных показателей, неэффективность функционирования кардио-респиратор ной системы, снижение функционального резерва сердца, резко выраженный декомпенсирован ный ацидоз и другие признаки указывают на ухудшение энергообеспечения работы и функциона льной подготовленности спортсмена.
Признаками, предшествующими развитию симптомов дезадаптации, могут служить кумуляция процессов недовосстановления между тренировочными микроциклами после дня отдыха: высокое содержание мочевины крови в покое; явление метаболического ацидоза; высокие величины КФК; АЛТ или АСТ; снижение содержания Нb; глюкозы; появление нарушений на ЭКГ или другие признаки недовосстановления (один признак или несколько). Продолжительное недовосстановление может привести к развитию физического перенапряжения и снижению работоспособности.
Одним из проявлений дезадаптации у спортсменов может быть снижение неспецифической резистентности организма (И.Д. Суркина, 1982; Р.С. Суздальницкий, В.А. Левандо, 1985, и др.). Это приводит к увеличению частоты простудных заболеваний, возникновению гнойничковых поражений кожи. В целях профилактики снижения иммунитета на фоне ударных тренировочных нагрузок или формирования спортивной формы целесообразно проводить иммуностимулирующую терапию. Она может проводиться как для всей команды, так и индивидуально. Система мероприятий включает в себя помимо общеукрепляющих процедур прием лекарственных препаратов, а также витаминов, препаратов животного и раститель ного происхождения (маточкино молочко пчел и прополис, женьшень, элеутерококк, радиола розовая, элтон и др.). У женщин-спортсменок симптомом дезадаптации может быть дисфункция яичников , выражающаяся в нарушении менструального цикла. Симптомами его являются аменорея, т.е. задержка или удлинение менструации, болезненность внизу живота, обильные или, наоборот, скудные выделения, подолгу продолжающиеся. При возникновении у спортсменок симптомов дисфункции яичников обязательна консультация гинеколога. Этой группе спортсменок необходима коррекция тренировочного режима в предменструальный период, за 3-4 дня до предполагаемой менструации.
Известно, что перемещение человека в районы с другим поясным временем сопровождается сложными адекватными перестройками функций его организма. Это касается вегетативной нервной системы, сердечно-сосудистой, психофизиологи ческого состояния и других функций.
Таблица 1. Факторы риска заболеваемости в спорте