II. Биохимия в практике спорта

2.1. Биохимия энергообеспечения

Эффективность тренировочного и соревновательного процессов в конечном счете зависит от обеспеченности энергией мышц и внутренних органов. Тренировочный процесс собственно и состоит в том, чтобы «научить» организм быстро вырабатывать в достаточном количестве, запасать и эффективно потреблять энергетический субстрат. Понимание биохимических процессов способствует более полноценной тренировке и конечному результату. От того, как и чем обеспечен этот процесс, как он контролируется, зависит спортивный результат. Точная коррекция энергетики – невозможная задача без биохимического контроля по физической нагрузке, коррекции тренировочного режима, фармакологической поддержке, рациональному питанию.

Если тренировка осуществляется в определенные периоды в одном энергетическом режиме, можно довольно просто ориентироваться по приведенным формулам биохимических показателей энергообеспечения:

1. Универсальный источник энергии – АТФ:

АТФ + H₂O = АДФ + H₃PO₄ + 30 кДж (энергия);

2. Три источника ресинтеза АТФ:

АДФ + креатинфосфат = креатин + АТФ;

1 C₆H₁₂O₆ + 2H₃PO₄ + 2АДФ = 2C₃H₆O₃ + 2АТФ + 2H₂O (гликолиз);

1 C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 38АДФ + 38H₃PO₄ = 6CO₂ + 44H₂O + 38АТФ (окисление).

Креатинфосфокиназный механизм энергообеспечения

Процесс энергообеспечения по этому пути, его динамика измеряется набором методик по определению КФК, неорганического фосфата, креатина и креатинина.

Креатинфосфат (КрФ) в мышцах и активность креатинфосфокиназного (КФК) фермента крови в тренированном организме значительно выше, что свидетельствует о повышении возможностей КФК (алактатного) механизма энергообразования.

Интенсивный тренировочный процесс приводит к дефициту фосфоркреатина, увеличению в крови содержания продуктов обмена КрФ и развитию физического утомления.

Неорганический фосфат. По количеству и по изменению его концентрации в крови можно судить о мощности КФК механизма энергообеспечения и уровне тренированности.

Креатин и креатинин в моче. Обнаружение креатина в моче используется как тест для выявления патологических изменений в мышцах и перетренированности.

Непосредственными источниками креатинфосфатного механизма энергетики являются неорганический фосфор, АДФ, КФК, глюкоза крови.

Гликолитический механизм энергообеспечения

Контроль процесса энергообеспечения по гликолитическому механизму осуществляется набором бихимических реакций и тестов.

Лактат и пируват крови. Максимальное увеличение происходит при максимальных физических нагрузках.

Постепенное нарастание значений лактата при максимальных физических нагрузках в тренировочном процессе и увеличение силы, выносливости и скорости соответствует биохимии и физиологии спорта, способствует более быстрому повышению квалификации спортсмена.

При тренировочном процессе, как правило, пользуются построением графика изменения содержания молочной кислоты (La) под действием физической нагрузки. График лактатной кривой отображает прирост скорости или силы при неизменном уровне порога ПАНО, определенных при тестировании в микроциклах. График строится в системе координат лактат – скорость прохождения дистанции (роста силы или других результативных показателей) в микроциклах или ежедневно в течение микроцикла при определении лактата в стандартных условиях. Отсутствие снижения или увеличение показателей свидетельствуют о неэффективности или эффективности тренировочного процесса. Отсутствие динамики – тоже показатель процесса.

При постоянно высоких показателях лактата крови осуществляется более поздний выход на максимальную тренированность при предельных физических нагрузках. Лактатный график достаточно полно отображает процесс.

Наиболее точные показатели отображаются при заборе капилярной крови (фаланга кисти, мочка уха), который проводится между 1–3 минутами (лучше на 2-ой) после окончания физической нагрузки.

Кислотно-основное состояние (КОС). Наиболее информативным показателем КОС является величина показателя ВЕ (щелочной резерв), который линейно увеличивается с повышением квалификации спортсмена. По изменению показателей КОС при мышечной деятельности, определяемых в срочном порядке, можно контролировать реакцию организма на физическую нагрузку. Показатели рН крови и другие показатели КОС восстанавливаются после нормализации пирувата и лактата крови и тканей.

Глюкоза и инсулин. Активность гликолитических ферментов глюкозы и инсулина в крови повышается при физической нагрузке.

ЛДГ (лактатдегидрогеназа), фосфорилаза. Активность ферментов ЛДГ, фосфорилазы повышается с уровнем тренированности.

Индекс насыщения кислородом (индекс гипоксии) – лактат / пируват. Норма – 10–15. Повышение больше 18 – выраженная гипоксия.

Аэробный механизм энергообеспечения

Выработка энергии при физической нагрузке повышает потребность организма в кислороде (рО₂), что отображается в следующем:

Скорость кровотока во время физической нагрузки повышается, начинают функционировать запасные капилляры, полноценно функционировать вся микроциркуляционная сеть.

Гематокрит (Ht) увеличивается до определенных пределов; увеличивается способность крови транспортировать кислород к тканям. Оценивается состояние кровообращения в микроциркуляторном русле и определяются факторы, затрудняющие доставку кислорода в ткани.

Гемоглобин (Hb). Его количество и увеличение отражают адаптацию организма к физическим нагрузкам. Насыщение железом эритроцитов возрастает. Меняется содержание и концентрация гемоглобина в эритроците и в их популяции.

Эритроциты – меняется количество, размеры, форма и разновозрастность.

Ретикулоциты – количество увеличивается.

Железо (Fe) – его количество увеличивается.

Трансферрин – увеличивается.

Ферритин снижается за счет мобилизации из депо.

Креатин. Увеличивается концентрация в эритроцитах (специфический признак гипоксии), что свидетельствует об увеличении числа молодых клеток (ретикулоцитов), т. е. о стимуляции эритропоэза.

Липидный метаболизм усиливается.

Триглицериды и жирные кислоты. Увеличивается количество.

Перекисное окисление липидов (ПОЛ) увеличивается.

Супероксиддисмутаза снижается.

Источниками энергетических субстратов аэробного окисления являются глюкоза, жирные кислоты, аминокислоты (при отсутствии других источников) и промежуточные метаболиты гликолиза молочной кислоты, кетоновые тела.

При правильном энергообеспечении организма спортсмена происходит адаптация к значительным физическим нагрузкам, которая делится на два этапа – срочную и долговременную адаптацию. Как правило, срочная адаптация сочетает катаболические и анаболические фазы, долговременная адаптация проходит в основном в фазе анаболизма и заканчивает подготовку к соревнованиям. Взаимодействие и взаимопроникновение этих фаз обмена повышает работоспособность спортсмена и готовит его организм к соревнованиям.

Соревнование характеризуется катаболическими процессами, и успешность его зависит от успешности долговременной адаптации и накопленных (запасенных) резервов. По сути, во время соревнований спортсмены меряются уровнем адаптационных процессов и резервов. А при равных возможностях – и психоэмоциональными (волевыми) качествами.

Катаболические процессы: замедляется анаболизм (в основном синтез белка); вовлекается в энергообеспечение запасенный гликоген в любом режиме (стимулируется катехоламинами); повышается скорость тканевого дыхания и образования АТФ; повышается скорость окисления жирных кислот и образование продуктов распада, используемых в энергоснабжении организма. Катаболическая фаза начинается в момент тренировки и продолжается какое-то время после нее.

Далее начинаются процессы восстановления и, соответственно, анаболические реакции. Если спортсмен к следующей тренировке (после отдыха) не готов выполнить тренировочную нагрузку, значит он не восстановился, и катаболические процессы все еще преобладают. И следовательно, не имеет смысла предлагать следующую, текущую физическую нагрузку, а надо с помощью инструментальных средств (в т. ч. биохимии) тщательно разобраться в причинах.

Анаболические процессы: ускорение синтеза белка, увеличение количества органоидов в клетках миофибрилл, и как следствие – гипертрофия мышц; совершенствование (улучшение) процессов регуляции – эндокринных, неврологических, психоэмоциональных; создание устойчивости биохимических сдвигов организма и эффекта суперкомпенсации.

2.2. Срочный биохимический контроль в спорте

Те или иные виды применяемого биохимического контроля зависят от периода тренировочного процесса, планируемого конечного результата.

Понятно, что первоначальное обследование (базовое) проводят при начале спортивного сезона. Это УМО – углубленное медицинское обследование, которое включает не только наиболее расширенное биохимическое обследование, но и другие виды исследований.

Далее следует этапное обследование (ЭКО).

Чаще всего прибегают к текущему обследованию (ТО).

Последнее выполняется в зависимости от поставленных задач в микроцикле, периоде; определяется кратность, содержание и регулярность проведения анализов; решаются задачи текущего времени, что позволяет контролировать текущий отрезок тренировки в части сдвигов и глубины биохимических процессов, их направленность.

Для членов сборных команд регламентирующими документами предлагается оценка уровня здоровья и объема физической нагрузки (см. Приложение 3).

В то же время, спортсмены-любители (физкультурники) не имеют представления, какие лабораторные показатели следует использовать для оценки уровня тренированности. Эти спортсмены, которых становится все больше, тренируются самостоятельно, используя в качестве пособия наиболее популярные тренировочные интернет-программы, или с ними занимается на коммерческой основе тренер по так называемой «удаленно-дистанционной» программе. Последний в лучшем случае присутствует и наблюдает спортсмена в тренировке 1–2 раза в месяц. Чаще всего тренер не видит спортсмена ни до, ни во время и ни после достаточно интенсивной физической нагрузки, не имеет четкого представления об уровне его здоровья и тренированности, ориентируется только на отчет спортсмена о самочувствии и на его спортивные достижения. Вместе с тем в настоящее время возрастает количество соревнований для спортсменов любителей, которые организаторы проводят с бизнес-целями.

Нам видится важным дать представление о наборе необходимых лабораторно-биохимических исследований в тренировочном процессе для информирования тренера и спортсмена-любителя и профессионала – о движении в уровне адаптации/дезадаптации организма к физической нагрузке.

Важно умение управлять качеством тренировки, интенсивностью и плотностью тренировочного процесса, тренировочного стимула. Организм нужно приучать к режиму работы и отдыха (восстанавливаться). На самом деле, восстановление – это 60 % успеха спортсмена.

Состояние спортсмена в микроцикле, его восстановление, помимо функциональных проб, отображают молочная кислота (La – лактат), мочевина, КФК.

Чаще всего на практике во время интенсивных тренировок или контрольных тестов используют определение в периферической крови уровня молочной кислоты, глюкозы, и на следующий день после дня отдыха – мочевины. Определение содержания мочевины в крови производится утром в состоянии покоя натощак.

Молочная кислота может определяться с достаточной точностью в полевых условиях бытовым прибором – лактометром. Уровень глюкозы – глюкометром. С молочной кислотой все понятно – на максимуме интенсивности она максимальна, но, согласно современным представлениям, должна при адекватных возможностях спортсмена нормализоваться, переходя из сосудов в ткани за 0,5–1,5 ч и нейтрализуясь в тканях за 12–36 ч.

1. Интенсивная работа скелетных мышц (особенно в начале занятий у нетренированных лиц или после длительного перерыва) сопровождается накоплением молочной кислоты в мышцах. Проявляется болями в нагружаемых мышцах.

Процесс течет так: тканевая гипоксия – лактоацидоз (повышение La) – изменение КОС (рН).

Уровень лактата, способствующий развитию качеств:

– меньше 2,5 ммоль/л – компенсирующая нагрузка;

– 2–4 ммоль/л – стабилизирующие и экономизирующие аэробные возможности;

– 4–7 ммоль/л – развитие МПК;

– больше 8 ммоль/л – анаэробный гликолиз.

2. Достоверным и информативным показателем переносимости тренировочных и соревновательных нагрузок, средством контроля восстановления после тяжелой физической работы в микроцикле является исследование крови на мочевину. По изменению постнагрузочного содержания мочевины в крови выделяют три типа реакции организма на нагрузку:

Первый. Объем нагрузок и содержание мочевины находятся в прямой зависимости, что указывает на сбалансированность катаболических и анаболических процессов и свидетельствует о соответствии тренинга резервным возможностям спортсмена.

Второй. Неадекватно большая нагрузка приводит к парадоксальному уменьшению уровня мочевины, иногда ниже исходного уровня. Эта корреляция расценивается как необходимость предоставить больше времени на восстановительные процессы. Как правило, сопровождается неудовлетворительным общим самочувствием.

Третий. Зависимости между изменением нагрузок и содержанием мочевины не наблюдается. Уровень мочевины выше стандартной нормы держится дольше трех дней и более. Количество мочевины, как правило, увеличивается и далее, независимо от величины последующих нагрузок. Выявляет несоответствие функциональных возможностей организма предъявляемым нагрузкам, – как реакция на нагрузки ударные, высокоинтенсивные.

Иногда увеличение содержания углеводов в пищевом рационе спортсмена может нормализовать содержание мочевины крови. Избыток же потребления белковых продуктов приводит к обратному результату.

* * *

Предложенный набор анализов соответствует тому минимуму, который возможен в качестве контроля за объемом и интенсивностью физической нагрузки.

Следующий этап – расширенный набор анализов для контроля объема физической нагрузки.

Биохимия крови: КФК, аммиак, ЛДГ, миоглобин, ферритин. Дополнительно – магний, калий, общий белок, холестерин, триглицериды.

Гормоны: кортизол, тестостерон, индекс кортизол/тестостерон, инсулин. Дополнительно – АКТГ, СТГ, Т4, дофамин.

Общий анализ мочи:

– удельный вес – повышение (концентрированная моча).

– наличие белка – 0,5–1,5 % обозначает значительную мощность и длительность физической нагрузки. Норма – отсутствие белка в моче.

Наличие кетонов, глюкозы – патология.

Биохимический и лабораторный контроль нагрузки в спорте

При оценке адекватности физических нагрузок подготовленности спортсмена в период интенсивных занятий спортом стоит задача оценки работы внутренних органов и систем, обеспечивающих деятельность организма, и состояния мышечной ткани. В качестве критериев использутся биохимические показатели функционирования основных органов.

Контроль интенсивности физической нагрузки.

Общий анализ крови:

– количество эритроцитов – снижение;

– гемоглобин – снижение;

– ретикулоциты – повышение;

– гематокрит – повышение показателя;

– количество лейкоцитов – снижение или повышение.

Общая КФК – повышение должно быть умеренным. При резком и высоком повышении (глубокая недостаточность кровоснабжения мышц) необходимо проверить миокардиальную фракцию КФК-МВ (контроль сердечной мышцы). При выявлении повышенных уровней КФК-MB или значительном и резком увеличении концентрации миоглобина на фоне тренировок необходимо сразу же назначить тест на тропонин (количественный) для выявления возможной патологии миокарда.

Для диагностики хронической сердечной недостаточности определяется уровень BNP (натрийуретический гормон). Производится коррекция нагрузок.

ЛДГ и ACT – оценка состояния сердечной мышцы и скелетной мускулатуры.

Электролитный баланс (Na, К, Cl, Са, Mg). При недостатке – фармакологическая, диетическая коррекция. При увеличенном количестве – диетическая коррекция.

Миоглобин. Значительное увеличение концентрации миоглобина в крови наблюдается при повреждении клеток скелетных мышц. При деструкции мышц он выявляется и в моче. Необходим контроль уровня лактата и кислотно-основного состояния. Производится коррекция тренировочных нагрузок.

Чаще всего гипоксия возникает в несоответствии между запросами и их удовлетворением. Чтобы в полной мере удовлетворить запросы необходимо повысить содержание железа, витамина В₁₂ и фолатов. При этом важен контроль гематокрита, количества эритроцитов (в пределах допустимых правилами WADA). Синтез и распад эритроцитов контролируется и уровнем билирубина. Назначается соответствующая коррекция.

Анализы мочи и контроль нагрузки в спорте

С мочой выводятся многие конечные и промежуточные продукты обмена жизнедеятельности, гормоны, витамины, электролиты, бактерии, избыток воды.

Реакция мочи (pH) находится в прямой зависимости от КОС. При метаболическом ацидозе кислотность мочи увеличивается (pH до 5), а при метаболическом алкалозе снижается (pH до 7).

Глюкоза. Появление глюкозы в моче при физических нагрузках свидетельствует об интенсивной мобилизации гликогена печени. Постоянное, стойкое наличие глюкозы в моче требует поиска патологии, не связанной со спортом.

Кетоновые тела. В норме кетоновые тела в моче отсутствуют. При накоплении в крови кетоновых тел (кетонемия) более 10–15 мг%, они преодолевают почечный порог и появляются в моче. Кетонурия может появляться при физических нагрузках большой мощности или длительности их. Также наблюдается при голодании, ограничении или исключении углеводов из рациона питания. Постоянное обнаружение кетоновых тел в моче всегда указывает на развитие патологии.

Белок