Обмен углеводов и минеральных веществ при физической нагрузке
 Скачать 29.02 Kb.
|
|
Обмен углеводов и минеральных веществ при физической нагрузке Углеводы являются основным поставщиком энергии. На их долю приходится более 50% от суточного количества необходимых человеку калорий. Углеводы составляют почти 75% массы суточного пищевого рациона. Источником углеводов для организма человека являются углеводы пищи, основным из которых является крахмал. Кроме того, в пище содержатся глюкоза, сахароза, лактоза и другие углеводы, но в меньшем количестве. К моносахаридам пищи относятся глюкоза и фруктоза. Дисахариды пищи: Сахароза – растворимый дисахарид, который привлекает человека своим сладким вкусом. Источником сахарозы служат растения, особенно такие, как сахарная свекла, сахарный тростник. Последнее объясняет возникновение тривиального названия сахарозы – тростниковый или свекловичный сахар, широко используемый людьми в пищевом рационе. Состоит из глюкозы и фруктозы. Лактоза – молочный сахар, является важнейшим дисахаридом молока млекопитающих. В коровьем молоке содержится до 5% лактозы, в женском молоке – до 8%. Лактоза состоит из молекулы глюкозы и молекулы галактозы. Мальтоза – поступает с продуктами, содержащими частично гидролизованный крахмал, например, солод, пиво. Мальтоза также образуется при расщеплении крахмала в кишечнике. Мальтоза состоит из двух молекул глюкозы. Полисахариды пищи: Крахмал – является резервным полисахаридом растений и содержится в наибольшем количестве (до 45% сухого вещества) в зернах злаков (пшеница, кукуруза, рис и т.д.), а также луковицах, стеблях и клубнях растений (в картофеле примерно 65%). Он содержится в клетках растений в виде гранул, практически нерастворим в воде. Состоит из остатков глюкозы. Целлюлоза (клетчатка) – основной структурный полисахарид растений. Это самое распространённое органическое соединение на Земле. Доля целлюлозы в клеточных стенках растений составляет 40-50%. Пищеварительная система человека не имеет ферментов, полностью расщепляющих этот полисахарид, поэтому целлюлоза является неиспользуемым углеводом, который необходим для нормального протекания процесса переваривания. Гликоген – полисахарид животных и человека. Так же, как крахмал в растениях, гликоген в клетках животных выполняет резервную функцию, хотя в пище содержится лишь в небольших количествах. В кишечнике человека способны всасываться только моносахариды, поэтому весь процесс переваривания углеводов заключается в ферментативном расщеплении сложных углеводов до простых. Переваривание углеводов начинается уже в ротовой полости под действием ферментов слюны и далее продолжается в кишечнике. Целлюлоза же, в отличие от других сложных углеводов, проходит через кишечник неизмененной. Но непереваренная целлюлоза выполняет важную функцию балластного вещества, придавая пище дополнительный объём и положительно влияя на процесс переваривания. Кроме того, в толстом кишечнике целлюлоза может подвергаться действию бактериальных ферментов и частично расщепляться с образованием спиртов, органических кислот и углекислого газа. Продукты бактериального расщепления целлюлозы важны как стимуляторы перистальтики кишечника. Совместное действие большого количества ферментов в кишечнике приводит к перевариванию сложных (олиго- и полисахаридов) с образованием простых, основным из которых является глюкоза. Кроме глюкозы из углеводов пищи образуется также фруктоза и галактоза и другие моносахара. Затем глюкоза всасывается в кровь и большая ее часть доставляется в печень, а остальное количество поступает в клетки других тканей. Поступление глюкозы в мышечные клетки находится под контролем гормона инсулина (гормон поджелудочной железы, выделяется при приеме пищи). При снижении уровня инсулина в крови, поступление глюкозы в мышцы прекращается. Глюкоза, поступающая в клетки органов и тканей, сразу же подвергается действию ферментов, которые предотвращают её выход обратно в кровоток. Многие ткани синтезируют в качестве резервной формы глюкозы гликоген. А синтез и распад гликогена обеспечивают постоянство концентрации глюкозы в крови и создают депо для ее использования тканями по мере необходимости. Гликоген хранится в клетках в виде малорастворимых гранул. Гликоген депонируется главным образом в печени и скелетных мышцах. После приема пищи, богатой углеводами, запас гликогена в печени может составлять примерно 5% от ее массы. Мышцы могут запасать до 1% гликогена, но т.к. масса мышечной ткани значительно больше, чем в печени, то и количество гликогена мышц больше. В организме содержится до 450 г. Гликогена. Распад гликогена печени служит в основном для поддержания уровня глюкозы крови после приема пищи. Поэтому содержание гликогена в печени изменяется в зависимости от ритма питания. А при длительном голодании оно снижается почти до нуля. Гликоген мышц служит резервом глюкозы, которая является источником энергии при мышечном сокращении. Мышечный гликоген не используется для поддержания уровня глюкозы в крови. Распад гликогена в мышцах зависит от физической нагрузки. Распад гликогена (мобилизация) происходит в ответ на повышение потребности организма в глюкозе. Гликоген печени распадается в основном в интервалах между приемами пищи или этот процесс ускоряется в печени и мышцах при физической работе. Распад гликогена в мышцах происходит до момента образования конечного соединения глюкозо-6-фосфат, который далее включается в метаболизм с образованием энергии для мышечного сокращения. Причем распад гликогена до глюкозо-6-фосфата не требует энергии. Изменение направления процессов метаболизма гликогена обеспечивают регуляторные механизмы, в которых участвуют гормоны. В переключении процессов синтез-распад в печени участвуют гормоны инсулин, глюкагон и адреналин, а в мышцах инсулин и адреналин. Первичным сигналом для синтеза и секреции инсулина и глюкагона является изменение уровня глюкозы в крови. Инсулин это белковый гормон, вырабатывающийся в поджелудочной железе клетками, чувствительными к изменению уровня глюкозы в крови. Эти клетки секретируют инсулин в ответ на повышение глюкозы после приема пищи. Гормон способствует проникновению глюкозы в клетки организма. Адреналин синтезируется из аминокислоты тирозина и выделяется из клеток надпочечников в ответ на сигналы нервной системы, идущие из мозга при возникновении экстремальной ситуации (например, бегство или борьба), требующих срочной мышечной деятельности. Адреналин является сигналом «тревоги». Он должен мгновенно обеспечить мышцы (распад гликогена мышц) и мозг (распад гликогена печени) источником энергии. Метаболизм гликогена в мышцах обеспечивает энергетическим материалом как интенсивную работу мышц (бег или борьба), так и энергозатраты в состоянии покоя. В экстремальных ситуациях в мышечных клетках мобилизация гликогена ускоряется адреналином. А образованный конечный продукт – глюкозо-6-фосфат включается в распад глюкозы (в присутствии кислорода или без него) и обеспечивает клетки энергией АТФ. При этом адреналин также тормозит процессы образования гликогена, путем инактивации ферментов. В состоянии покоя при низких концентрациях адреналина в крови фермент, ответственный за распад гликогена находится в неактивном состоянии, но распад гликогена все-таки происходит. Т.к. продукты распада АТФ частично активируют его. При умеренных мышечных сокращениях, т.е. в ситуации, не требующей включения «экстренной» адреналиновой системы, распад гликогена осуществляется ферментом, который активируется под действием ионов кальция. Концентрация ионов кальция возрастает при сокращении мышц в ответ на сигнал от двигательного нерва. Как только поступает сигнал к расслаблению мышц, концентрация ионов кальция уменьшается, активность фермента снижается, распад гликогена прекращается. Регуляция водно-солевого обмена У человека массой 70 кг на долю воды приходится около 42 литров, из них 28 л – это внутриклеточная, а 14 л – внеклеточная жидкость, из которых кровь составляет 3.5 – 5 л. Среди веществ, растворенных в водных средах организма, ведущее место принадлежит ионам натрия, обеспечивающим 95% осмотического давления плазмы и интерстициальной жидкости. Резкие изменения в количестве воды и растворенных в ней солей опасно для жизни, поэтому в организме существуют механизмы, обеспечивающие поддержание этих параметров практически на постоянном уровне. Сложная рефлекторная цепь регуляции водно-электролитного обмена начинается с четырех рецепторов, которые сигнализируют об изменении количества воды в организме. Во-первых, это рецепторы слизистой рта, подсыхание которой вызывает чувство жажды. Однако это ощущение проходит при смачивании слизистой, хотя вода в организм при этом не поступает. Поэтому данный вид жажды называется ложной жаждой. Во-вторых, сигналы о необходимости восполнить запасы воды в организме или прекратить ее потребление идут от барорецепторов слизистой желудка. Раздувание желудка ведет к исчезновению чувства жажды, а спадение его стенок - наоборот, к возникновению. Поскольку жажда, возникающая в этом случае, связана не с изменением содержания воды в организме, а с изменением тонуса желудочной стенки, она также ложная. Третью группу нервных окончаний, принимающих участие в регуляции водно-электролитного обмена, составляют осморецепторы тканей, которые сигнализируют об изменениях осмотического давления в тканях. Чувство жажды при раздражении осморецепторов - это вид жажды истинный. И наконец, четвертая группа рецепторов - волюмрецепторы сосудистого русла, реагирующие на изменение объема циркулирующей в сосудистой системе крови. Объем жидкости и концентрация NaCl регулируются: Антидиуретическим гормоном (вазопрессин) Ренин-ангиотензин-альдостероновая системой (РААС) Предсердным натрийуретическим фактором (ПНФ) Антидиуретический гормон синтезируется в гипоталамусе, хранится в задней доле гипофиза и при поступлении сигнала выделяется в кровь. Сигналом для секреции гормона является повышение осмотического давления тканевой жидкости. При действии этого гормона в мембраны эпителиальных клеток канальцев почек встраивается белок – аквапорин, который усиливает реабсорбцию воды почками, т.е. препятствует её выделению из организма. Активация РААС происходит при снижении объема и давления крови, которое регистрируют барорецепторы почек. При поступлении сигнала в почках секретируется ренин, действие которого направлено на образование ангиотензиногена (сосудосуживающий пептид), а он в свою очередь влияет на надпочечники и стимулирует синтез альдостерона – гормона клубочковой зоны коры надпочечников (увеличивает реабсорбцию натрия в почках, экскрецию калия). Альдостерон повышает осмотическое давление крови и тем самым является сигналом для секреции АДГ и задержки воды в организме. Включение РААС является экстренной мерой организма на уменьшение объема жидкости, в т.ч. при обильном потении в процессе физической нагрузки. Предсердный натрийуретический фактор (ПНФ) – гормон, антагонист ангиотензина. Синтезируется и хранится в кардиомиоцитах (клетки сердца) предсердий. Факторами, вызывающими серецию являются: повышение артериального давления, увеличесние осмолярности плазмы, увеличение частоты сердечных сокращений, повышение концентрации адреналина, норадреналина и глюкокортикоидов. Действует на почки и периферические артерии. Подавляет секрецию АДГ, ренина, альдостерона, расширяет сосуды, увеличивает экскрецию воды и NaCl. При физической нагрузке для предотвращения перегревания организма включается такой защитный механизм как потение. Пот состоит из жидкой части – воды, а также солей (основа NaCl). При этом жидкость преобладает. Таким образом при физической нагрузке выделяется вода, тем самым повышается осмотическая концентрация крови, а это в свою очередь является сигналом для секреции антидиуретического гормона, который приводит к удержанию воды и солей, теряемых при потоотделении. Поэтому при физической нагрузке снижается мочевыделение. Изредка первым звеном регуляции водно-солевого обмена может стать РААС – при чрезвычайно сильном потоотделении, способном снизить объем циркулирующей крови настолько, что отреагируют барорецепторы сосудов почек и тогда включение АДГ будет вторым этапом. Также такое развитие событий возможно у людей с неадекватной реакцией сосудов почек, сниженной функцией сердца, занимающихся физическими упражнениями. При этом сосуды почек будут расширены, а давление в них снижено, на что также могут отреагировать барорецепторы и запустить РААС. Фосфорно-кальциевый обмен Для осуществления многих процессов в организме, в т.ч. самого мышечного сокращения необходим такой макроэлемент как кальций. В организме человека примерно 1 кг кальция: 99% находится в костях, а 1% присутствует в плазме крови в трех формах: Свободных ионов Ca В виде комплексов с белками (в основном с альбумином) В составе солей с цитратом, фосфатом, сульфатом. В плазме крови ионизированный кальций, концентрация которого поддерживается в довольно узких пределах – 2,12 – 2,6 ммоль/л (9-11 мг/дл), является биологически активной фракцией, которая участвует в процессах мышечных сокращений, свертывания крови, активации ряда ферментов, мышечной и нервной возбудимости, передачи сигналов гормонов. В организме между всеми фондами кальция происходит активный обмен, который регулируется паратгормоном, кальцитонином и 1,25-дигидроксихолекальциферолом (кальцитриолом). Паратгормон (ПТГ) – секретируется в кровь при снижении концентрации кальция и способствует увеличению содержания ионов Ca во внеклеточных жидкостях. Гормон синтезируется в клетках паращитовидных желез. Полупериод жизни ПТГ около 10 минут и зависит от концентрации кальция: при низкой концентрации скорость деградации снижается, а при высокой – увеличивается. Органами-мишенями гормона являются кости и почки. При действии на кости – усиливается резорбция кости (разрушение) и вызывает высвобождение кальция и фосфатов во внеклеточную жидкость. В почках ПТГ усиливает реабсорбцию ионов кальция из мочи и выделение фосфатов. А также в почках ПТГ стимулирует образование кальцитриола, который усиливает всасывание кальция в кишечнике. В результате в крови восстанавливается концентрация ионов кальция, а это по механизму отрицательной обратной связи вызывает прекращение секреции гормона. Кальцитриол – стероидный гормон, синергист паратгормона. Синтезируется в организме из холестерола или витамина Д3 (поступает в организм в составе животной пищи). Эндогенный кальцитриол проходится сложный долгий процесс образования сначала в коже, затем транформация в печени, затем в почках и только после этого формируется полноценный кальцитриол. Гормон индуцирует синтез белков, переносящих кальций, что обеспечивает всасывание макроэлемента в кишечнике и реабсорбцию в почках. Таким образом во внеклеточной жидкости повышается концентрация кальция, который затем расходуется на построение костной ткани. Кальцитонин – гормон щитовидных и паращитовидных желез. Является антагонистом ПТГ и высвобождается в кровь при повышении концентрации кальция в крови. Снижается активность клеток, разрушающих костную ткань (останавливается резорбция), стимулирует экскрецию кальция с мочой. При физических нагрузках и после них наблюдается состояние ацидоза из-за накопления лактата (в результате включения анаэробного пути гликолиза) это приводит к увеличению в крови концентрации кальция, т.к. ионы водорода связываются альбумином и уменьшают способность альбумина связывать кальций, также увеличивается всасывание кальция в кишечнике. Учитывая необходимость участия кальция не только в процессах мышечного сокращения, но также работы сердца (восстановление его электрического потенциала), передачи нервных импульсов, то при физической нагрузке увеличивается потребность в нем и это ведет к активации резорбции кости, увеличению реабсорбции почками и всасыванию в кишечнике. Список литературы Северин Е.С., Алейникова Т.Л., Осипов Е.В., Силаева С.А. Биологическая химия. – М.: ООО «медицинское информационное агентство», 2008. – 364 с. Иорданская Ф.А., Цепкова Н.К, Кряжева С.В. Диагностическое и прогностическое значение микроэлементов крови в мониторинге функциональной подготовленности высококвалифицированных спортсменов. Научно-методическое пособие. – М.: ООО «Скайпринт», 2013 – 112 с. В.И. Дубровский «Спортивная физиология», Москва гуманитарный издательский центр «Владос», 2005г., стр. 196-203; https://studbooks.net/645171/turizm/energeticheskiy_obmen |