Специфические изменения в метаболизме спортсменов

Скорость  распада и обновления белков организма  различна - от нескольких минут до 180 суток (в среднем 80 суток). О количестве белка, подвергшегося распаду за сутки, судят по количеству азота, выводимого из организма человека. В 100 г белка  содержится 16 г азота. Таким образом, выделение организмом 1 г азота  соответствует распаду 6,25 г белка. За сутки из организма взрослого  человека выделяется около 3,7 г азота, т.е. масса разрушившегося белка  составляет 3,7 х 6,25 = 23 г, или 0,028-0,075 г  азота на 1 кг массы тела в сутки (коэффициент изнашивания Рубнера).  
Если количество азота, поступающего в организм с пищей, равно количеству азота, выводимого из организма, то организм находится в состоянии азотистого равновесия.

Если  в организм поступает азота больше, чем выделяется, то это свидетельствует  о положительном азотистом балансе (ретенция азота). Он возникает при  увеличении массы мышечной ткани (интенсивные  физические нагрузки), в период роста  организма, беременности, во время выздоровления  после тяжелого заболевания. Состояние, при котором количество выводимого из организма азота превышает  его поступление в организм, называют отрицательным азотистым балансом. Оно возникает при питании  неполноценными белками, когда в  организм не поступают какие-либо из незаменимых аминокислот, при белковом или полном голодании.

Необходимо  потребление не менее 0,75 г белка  на 1 кг массы тела в сутки, что  для взрослого здорового человека массой 70 кг составляет не менее 52,5 г  полноценного белка. Для надежной стабильности азотистого баланса рекомендуется  принимать с пищей 85 - 90 г белка  в сутки. У детей, беременных и  кормящих женщин эти нормы должны быть выше. Физиологическое значение в данном случае означает, что белки  в основном выполняют пластическую функцию, а углеводы - энергетическую.

Обмен липидов

Липиды  являются сложными эфирами глицерина  и высших жирных кислот. Жирные кислоты  бывают насыщенными и ненасыщенными (содержащими одну и более двойных  связей). Липиды играют в организме  энергетическую и пластическую роль. За счет окисления жиров обеспечивается около 50% потребности в энергии  взрослого организма. Жиры служат резервом питания организма, их запасы у человека в среднем составляют 10 - 20% от массы  тела. Из них около половины находятся  в подкожной жировой клетчатке, значительное количество откладывается в большом сальнике, околопочечной клетчатке и между мышцами.

В состоянии  голода, при действии на организм холода, при физической или психоэмоциональной нагрузке происходит интенсивное расщепление  запасенных жиров. В условиях покоя  после приема пищи происходит ресинтез и отложение липидов в депо. Главную энергетическую роль играют нейтральные жиры - триглицериды, а  пластическую осуществляют фосфолипиды, холестерин и жирные кислоты, которые  выполняют функции структурных  компонентов клеточных мембран, входят в состав липопротеидов, являются предшественниками стероидных гормонов, желчных кислот и простагландинов.

Липидные  молекулы, всосавшиеся из кишечника, упаковываются в эпителиоцитах  в транспортные частицы (хиломикроны), которые через лимфатические  сосуды поступают в кровоток. Под  действием липопротеидлипазы эндотелия  капилляров главный компонент хиломикронов - нейтральные триглицериды - расщепляются до глицерина и свободных жирных кислот. Часть жирных кислот может  связываться с альбумином, а глицерин и свободные жирные кислоты поступают  в жировые клетки и превращаются в триглицериды. Остатки хиломикронов крови захватываются гепатоцитами, подвергаются эндоцитозу и разрушаются  в лизосомах.

В печени формируются липопротеиды для транспорта синтезированных в ней липидных молекул. Это липопротеиды очень  низкой и липопротеиды низкой плотности, которые транспортируют из печени к  другим тканям триглицериды, холестерин. Липопротеиды низкой плотности захватываются  из крови клетками тканей с помощью  липопротеидных рецепторов, эндоцитируются, высвобождают для нужд клеток холестерин и разрушаются в лизосомах. В  случае избыточного накопления в  крови липопротеидов низкой плотности, они захватываются макрофагами и другими лейкоцитами. Эти клетки, накапливая метаболически низкоактивные эфиры холестерина, становятся одними из компонентов атеросклеротических бляшек сосудов.

Липопротеиды  высокой плотности транспортируют избыточный холестерин и его эфиры  из тканей в печень, где они превращается в желчные кислоты, которые выводятся  из организма. Кроме того, липопротеиды высокой плотности используются для синтеза стероидных гормонов в надпочечниках.

Как простые, так и сложные липидные молекулы могут синтезироваться в организме, за исключением ненасыщенных линолевой, линоленовой и арахидоновой жирных кислот, которые должны поступать  с пищей. Эти незаменимые кислоты  входят в состав молекул фосфолипидов. Из арахидоновой кислоты образуются простагландины, простациклины, тромбоксаны, лейкотриены. Отсутствие или недостаточное  поступление в организм незаменимых  жирных кислот приводит к задержке роста, нарушению функции почек, заболеваниям кожи, бесплодию. Биологическая  юность пищевых липидов определяется наличием в них незаменимыx жирных кислот и их усвояемостью. Сливочное  масло и свиной жир усваиваются  на 93 - 98%, говяжий - на 80 - 94%, подсолнечное масло - на 86- 90%, маргарин - на 94-98%.

Обмен углеводов

Углеводы  являются основным источником энергии, а также выполняют в организме  пластические функции, в ходе окисления  глюкозы образуются промежуточные  продукты - пентозы, которые входят в состав нуклеотидов и нуклеиновых  кислот. Глюкоза необходима для синтеза  некоторых аминокислот, синтеза  и окисления липидов, полисахаридов. Организм человека получает углеводы главным образом в виде растительного  полисахарида крахмала и в небольшом количестве в виде животного полисахарида гликогена. В желудочно-кишечном тракте осуществляется их расщепление до уровня моносахаридов (глюкозы, фруктозы, лактозы, галактозы).

Моносахариды, основным из которых является глюкоза, всасываются в кровь и через  воротную вену поступают в печень. Здесь фруктоза и галактоза превращаются в глюкозу. Внутриклеточная концентрация глюкозы в гепатоцитах близка к ее концентрации в крови. При  избыточном поступлении в печень глюкозы она фосфорилируется  и превращается в резервную форму  ее хранения - гликоген. Количество гликогена  может составлять у взрослого  человека 150-200 г. В случае ограничения  потребления пищи, при снижении уровня глюкозы в крови происходит расщепление  гликогена и поступление глюкозы  в кровь.

В течение  первых 12 часов и более после  приема пищи поддержание концентрации глюкозы крови обеспечивается за счет распада гликогена в печени. После истощения запасов гликогена  усиливается синтез ферментов, обеспечивающих реакции глюконеогенеза - синтеза  глюкозы из лактата или аминокислот. В среднем за сутки человек  потребляет 400-500 г углеводов, из которых  обычно 350 - 400 г составляет крахмал, а 50 - 100 r - моно- и дисахариды. Избыток  углеводов депонируется в виде жира.

Обмен воды и минеральных веществ

Содержание  воды в организме взрослого человека составляет в среднем 73,2±3% от массы  тела. Водный баланс в организме  поддерживается за счет равенства объемов  потерь воды и ее поступления в  организм. Суточная потребность в  воде колеблется от 21 до 43 мл/кг (в среднем 2400 мл) и удовлетворяется за счет поступления воды при питье (~1200 мл), с пищей (~900 мл) и воды, образующейся в организме в ходе обменных процессов (эндогенной воды (~300 мл). Такое же количество воды выводится в составе мочи (~1400 мл), кала (~100 мл), посредством испарения с поверхности кожи и дыхательных путей (~900 мл).

Потребность организма в воде зависит от характера  питания. При питании преимущественно  углеводной и жирной пищей и при  небольшом поступлении NaCI потребности  в воде меньше. Пища, богатая белками, а также повышенный прием соли обусловливают большую потребность  в воде, которая необходима для  экскреции осмотически активных веществ (мочевины и минеральных  ионов). Недостаточное поступление  в организм воды или ее избыточная потеря приводят к дегидратации, что  сопровождается сгущением крови, ухудшением ее реологических свойств и нарушением гемодинамики.

Недостаток  в организме воды в объеме 20% от массы тела ведет к летальному исходу. Избыточное поступление воды в организм или снижение ее объемов, выводимых организма, приводит к  водной интоксикации. В результате повышенной чувствительности нервных  клеток и нервных центров к  уменьшению осмолярности водная интоксикация может сопровождаться мышечными  судорогами.

Обмен воды и минеральных ионов в организме  тесно взаимосвязаны, что обусловлено  необходимостью поддержания осмотического  давления на относительно постоянном уровне во внеклеточной среде и в  клетках. Осуществление ряда физиологических  процессов (возбуждения, синоптической  передачи, сокращения мышцы) невозможно без поддержания в клетке и  во внеклеточной среде определенной концентрации Na+, K+, Са2+ и других минеральных  ионов. Все они должны поступать  в организм с пищей.

Определение уровня метаболизма. Основной обмен 

Почти половина всей энергии, получаемой в результате катаболизма, теряется в виде тепла  в процессе образования молекул  АТФ. Мышечное сокращение - процесс еще менее эффективный. Около 80% энергии, используемой при мышечном сокращении, теряется в виде тепла и только 20% превращается в механическую работу (сокращение мышцы). Если человек не совершает работу, то практически вся генерируемая им энергия теряется в форме тепла (например, у человека, лежащего в постели). Следовательно, величина теплопродукции является точным выражением величины обмена в организме человека.

Для определения  количества затрачиваемой организмом энергии применяют прямую и непрямую калориметрию. Первые прямые измерения  энергетического обмена провели  в 1788 г. Лавуазье и Лаплас.

Прямая  калориметрия заключается в непосредственном измерении тепла, выделяемого организмом. Для этого животное или человек  помещается в специальную герметическую  камеру, по трубам, проходящим через  нее, протекает вода. Для вычисления теплопродукции используются данные о  теплоемкости жидкости, ее объеме, протекающем  через камеру за единицу времени, и разности температур поступающей  в камеру и вытекающей жидкости.

Непрямая  калориметрия основана на том, что источником энергии в организме являются окислительные процессы, при которых  потребляется кислород и выделяется углекислый газ. Поэтому энергетический обмен можно оценивать, исследуя газообмен. Наиболее распространен  способ Дугласа-Холдейна, при котором  в течение 10-15 мин собирают выдыхаемый обследуемым человеком воздух в  мешок из воздухонепроницаемой ткани (мешок Дугласа). Затем определяют объем выдохнутого воздуха и  процентное содержание в нем О2 и  СО2.

По соотношению  между количеством выделенного  углекислого газа и количеством  потребленного за данный период времени  кислорода - дыхательному коэффициенту (ДК) - можно установить, какие вещества окисляются в организме. ДК при окислении белков равен 0,8, при окислении жиров - 0,7, а углеводов - 1,0. Каждому значению ДК соответствует определенный холерический эквивалент кислорода, т.е. то количество тепла, которое выделяется при окислении какого-либо вещества на каждый литр поглощенного при этом кислорода. Количество энергии на единицу потребляемого 02 зависит от типа окисляющихся в организме веществ. Калорический эквивалент кислорода при окислении углеводов равен 21 кДж на 1 л 02 (5 ккал/л), белков - 18,7 кДж (4,5 ккал), жиров - 19,8 кДж (4,74 ккал).

Для косвенного определения интенсивности обмена могут быть использованы некоторые  физиологические параметры, связанные  с потреблением кислорода: частота  дыханий и вентиляционный объем, частота сокращений сердца и минутный объем кровотока - все они отражают затраты энергии. Однако эти показатели недостаточно точны.

Основной обмен

Интенсивность энергетического  обмена значительно варьирует и  зависит от многих факторов. Поэтому  для сравнения энергетических затрат у разных людей была введена условная стандартная величина - основной обмен. Основной обмен [00] - это минимальные  для бодрствующего организма  затраты энергии, определенные в  строго контролируемых стандартных  условиях:

1) при комфортной  температуре (18-20 градусов тепла);  
2) в положении лежа (но обследуемый не должен спать);  
3) в состоянии эмоционального покоя, так как стресс усиливает метаболизм;  
4) натощак, т.е. через 12- 16 ч после последнего приема пищи.

Основной обмен  зависит от пола, возраста, роста  и массы тела человека. Величина основного обмена в среднем составляет 1 ккал в 1 ч на 1 кг массы тела. У мужчин в сутки основной обмен приблизительно равен 1700 ккал, у женщин основной обмен на 1 кг массы тела примерно на 10% меньше, чем у мужчин, у детей он больше, чем у взрослых, и с увеличением возраста постепенно снижается.

Суточный расход энергии

Суточный  расход энергии у здорового человека значительно превышает величину основного обмена и складывается из следующих компонентов: основного  обмена; рабочей прибавки, т.е. энергозатрат, связанных с выполнением той  или иной работы; специфического-динамического  действия пищи. Совокупность компонентов  суточного расхода энергии составляет рабочий обмен. Мышечная работа существенно  изменяет интенсивность обмена. Чем  интенсивнее выполняемая работа, тем выше затраты энергии. Степень  энергетических затрат при различной  физической активности определяется коэффициентом  физической активности - отношением общих  энергозатрат на все виды деятельности в сутки к величине основного  обмена. По этому принципу все население  делится на 5 групп.