система взаимосвязи кислотно

СИСТЕМА ВЗАИМОСВЯЗИ КИСЛОТНО-ЩЕЛОЧНОГО РАВНОВЕСИЯ
И ГЛИКОЛИЗА ПРИ МЫШЕЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
Украинский биохимический журнал. 1993, Т. 65, №3, С. 93-96,
О.Н. Вербицкий, Л.В. Скорик, Д.О.Мельничук
Институт биохимии им. А.В. Палладина, Киев
ВВЕДЕНИЕ
Известно, что на протяжении 20-25 лет показатели кислотно-щелочного
равновесия (КЩР) крови использовали для диагностики спектра состояний,
обеспечивающих высокую работоспособность в различных видах спорта
(Воркель 1978, Бринзак 1979). Согласно общепризнанной точке зрения при
физической
нагрузке
гликолитической
направленности
сопряженность
изменений между увеличением концентрации молочной кислоты и смещением
рН крови в сторону ацидоза имеет вид линейной зависимости (Меньшиков
Волков 1986).
Анализ эксперементальных работ с позиции оценки нарушения сопряжённости
в системе «буфер – кислота» показал, что по мере уменьшения адаптационных
возможностей организма человека и животных
происходит нарушение
сопряжённости изменений как в системе показателей КЩР между показателями
рН, base excess (ВЕ), и partial pressure of carbon dioxide (рСО2) (Филипов и
Миняйленко, 1980, Тимоничева 1986, А.с. 1690671 ), так и в системе гликолиз –
КЩР между показателями концентрации молочной кислоты и ВЕ (Виру и
Пярнат 1971, Пярнат и др. 1971, Вербицкий и др. 1984, Мельничик и др. 1986,
Фредман и Хлебников 1976, Усакова и Воробьёв 1978, Сейфула и др 1986,
Costill et. al 1985, Вербицкий и др. 1989, А.с. 1684671 и 1697816).
Следовательно, выявление нарушений сопряжённости в системе «буфер
– кислота» и обсуждение возможных механизиов, обеспечивающих управление
этой системой является актуальной проблемой не только спортивной биохимии
и физиологии, но и медицины.
В работе исследовалась взаимосвязь в системе «буфер – кислота», а
также осуществлялась разработка способов управления этой системой при
физических нагрузках.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Исследования проводились в трёх сериях на 48 квалифицированных
пловцах в возрасте 16-19 лет. В первой серии спортсмены выполняли
ступенчато-возрастающую и стандартную
нагрузки на «фоне» различных
тренировочных мезоциклов ( Платонов и Вайцеховский 1985). Во второй серии
оценивали эффективность приёма бикарбонатсодержащей солевой смеси
(carbostimulin) на спортсменов по величине отношения ВЕ к концентрации
лактата в крови – ВЕ/[лактат] (А.с. 1697816). В третьей серии исследований
спортсмены выполняли ступенчато-возрастающую нагрузку в диапазоне 80100% от максимальной. Ответную реакцию организма определяли по
концентрации лактата в крови при различной интенсивности нагрузки. Солевую
смесь (carbostimulin) спортсмены получали в три приёма в день в течении 10-ти
дней из расчета 70.4 мг/кг в сутки (Гулый и Мельничук 1978). Концентрацию
лактата в крови определяли по методу Штрома, показатели состояния КЩР
крови по методу Аструпа. Статистическую обработку результатов проводили по
критерию Стьюдента (Ойвин 1960).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ
В первой серии исследований было установленно, что по мере увеличения
интенсивности при выполнении ступенчато-возрастающуй нагрузки у части
спортсменов происходит эквивалентное, а у остальных неэквивалентное
изменение в системе «буфер – кислота» (Табл.1).
Таблица 1. Индивидуальные данные величины отношения ВЕ/[лактат] при
нагрузке аэробно-анаэробной направленности с различной интенсивностью
Спортсмены
К-ва
С-ва
В-во
Г-ов
Ж-ов
При
Интенсивность нагрузки (в % к максимальной)
80
85
90
95
100
-0.4
-0.4
-0.5
-1.0
-1.0
-0.2
-0.6
-1.2
-1.4
-1.9
-1.2
-1.8
-2.1
-2.2
-2.3
-2.1
-2.3
-2.5
-2.6
-2.9
-2.2
-2.6
-3.0
-3.5
-4.0
Исходное
состояние
-0.4
------1.3
-1.1
-1.0
классификации
по
величине
отношения
ВЕ/[лактат]
выявлены:
компнсаторная форма «А» и «В» и декомпенсаторная форма «С» и «Д»
реактивности буферной системы крови (Табл.2). С увеличением интенсивности
и обьёма тренировочных нагрузок происходит смена компенсаторной формы
реактивности буферной системы крови на декомпенсаторную.
Таким образом, изменение величины отношения ВЕ/[лактат] зависит от
индивидуальных особенностей метаболической регуляции, интенсивности
нагрузки, а также и от «фона» тренировочных нагрузок.
Во второй серии исследований применение солевой смеси (carbostimulin)
при всех значениях величины отношения ВЕ/[лактат] регистрируемых после
выполнения физической нагрузки аэробно-гликолитической направленности,
восстанавливает сопряжённость в системе «буфер-кислота» (Табл.3). При этом,
начиная с величины отношения ВЕ/[лактат] от -2.0 до -4.0, антиацидотический
эффект солевой смеси (carbostimulin) возрастает по экспоненциальной
зависимости y ≈ 17.3e −0.96 x где y – величина антиацидотического эффекта в
процентах, х – величина отношения ВЕ/[лактат]. Применение солевой смеси
при величине отношения ВЕ/[лактат] ≤ 2.0 позволяет уменьшить сдвиг КЩР в
сторону ацидоза при более высокой концентрации лактата в крови.
Таблица 2. Классификация индивидуальных особеннностей буферной системы
крови спортсменов на фоне различных тренировочных нагрузок по величине
отношения ВЕ/[лактат] (М ± m; n=48).
Фон
тренировочного
мезоцикла
Средние
тренировочные
нагрузки (4060% от объёма
работы,
выполняемой
до наступления
явного
утомления)
Значительные
тренировочные
нагрузки (6075% от объёма
работы,
выполняемой
до наступления
явного
утомления)
Большие
тренировочные
нагрузки
Групппа
Подгруппа
Исходн
ое
состоян
ие
на 3-й
мин
на 10-й мин
Компенсированная
форма
реактивности
буферной системы
крови (n=16)
А
(n=16)
-0.8±0.1
-1.4±0.1
-1.3±0.1
То же
А
(n = 6)
В
(n=10)
-1.0±0.1
-1.0±0.1
-1.2±0.1
-2.1±0.2*
-1.0±0.1
-1.1±0.1**
Декомпенсированн
C
ая форма
(n=10)
реактивности
D
буферной системы
(n = 6)
крови (n=16)
-0.9±0.1
-1.0±0.1
-1.3±0.1
-2.2±0.1*
-2.2±0.2
-3.2±0.2*,**
После нагрузки
* P ≤ 0.05 , достоверные различия в подгруппах в пределах группы.
* * P ≤ 0.05 , достоверные различия между 3-й и 10-й мин после нагрузки.
Согласно данным (Welkes D. et. al 1983, Goldfinch J. et. al 1988, Horswill et. al
1988) для проявления антиацидотического эффекта от применения солевой
смеси на основе бикарбоната натрия необходимо создать специфические
условия. Таким условием является пороговый градиент
рН, создаваемый
внеклеточной концентрацией бикарбонатов ( HCO 3− ), повышение содержания
которых обеспечивает выход протонов (Н+) из мышц, что сопровождается
уменьшением внутриклеточного ацидоза и замедлением развития утомления
(Mainwood and Cechetto 1980, Spriet et al 1986, Коц и др. 1983).
Таблица 3. Индивидуальная оценка антиацидотической эффективности гидрокарбонатсодержащей солевой смеси после нагрузки аэробно-анаэробной направленности при различной величине отношения ВЕ/[лактат] (10 квалифицированных
спортсменов).
Показатель
ВЕ/[лактат]
до приёма
солевой
смеси
ВЕ/[лактат]
после
приёма
солевой
смеси
ВЕ1
(мэкв/л) до
приёма
солевой
смеси
ВЕ2
(мэкв/л)
после
приёма
солевой
смеси
(ВЕ1/ВЕ2-1)
х 100, антиацидотический
эффект, %
Применение
нецелесообразно
1
2
3
Применение целесообразно
4
5
6
7
8
9
10
-1.5
-1.8
-1.9
-2.0
-2.4
-2.6
-3.0
-3.2
-3.5
-4.0
-1.0
-1.0
-1.0
-0.6
-0.9
-0.8
-0.6
-0.6
-0.5
-0.5
-6.5
-16.0
-9.0
-12.0 -16.5 -21.8 -19.0 -15.0 -17.0
-19.0
-6.5
-12.0
-6.5
-6.0
-6.0
-6.5
-5.5
-3.0
-2.8
-2.5
0
33
38
100
153
263
345
400
500
660
Одной из характеристик этого процесса является величина отношения
ВЕ/[лактат] после выполнения физической нагрузки аэробно-гликолитической
направленности (А.с. 1697816). В свою очередь уменьшение величины
отношения
ВЕ/[лактат]
предшествует
снижение
эффективности
энергообеспеченности тканей за счёт гликолиза. Величина отношения скорости
плавания (V) к концентрации лактата в крови V /лактат (А.с. 1684671) позволяет
оценить индивидуальные характеристики этого процесса и свидетельствует об
изменении
специфики
энергообеспечения
организма
в
сторону
преимущественного увеличения анаэробного пути получения энергии.
В третьей серии определение индивидуальной ответной реакции
(изменение концентрации лактата в крови) на физическую нагрузку в диапазоне
80-100% максимальной интенсивности выявлено три вида зависимости: а)
экспоненциальная – соответствует величине отношения ВЕ/[лактат] от -1.0 до 1.5, б) линейная соответствует от -1.6 до -1.9 и в) параболическая от -2.0 до -4.0
и ниже.
Анализ полученных результатов позволил предположить дополнительный
критерий
оптимизации
режима
тренировки:
индивидуальную
оценку
метаболической реакции спортсмена по определению вида зависимости между
концентрацией лактата в крови и величиной нагрузки в диапазоне 80-100%
интенсивности ( А.с. 1779326). При выявлении экспоненциальной зависимости
режим тренировки – оптимальный и приём солевой смеси неэффективен. При
выявлении линейной зависимости режим тренировки считается оптимальным в
условиях приёма солевой смеси. При выявлении параболической зависимости
режим тренировки считается оптимальным при интенсивности нагрузки по
частоте сердечных сокращений (ЧСС) не выше 160 уд/мин в сочетании с
приёмом солевой смеси.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, рассмотрение взаимосвязи КЩР с гликолизом с позиции оценки
сопряжённости системы «буфер – кислота» при физических нагрузках
позволило выявить факторы, влияющие на эту систему, получить их
количественные характеристики и на основе этого создать элементы управления
адаптационными процессами при тренировках.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Воркель Р.И. Изменение кислотно-щелочного равновесия крови у спортсменов
при физических нагрузках различного характера и использования его
параметров в оценке состояния тренированности. Автореф. дисс... канд. биол.
наук. – 1978. 22с
Бринзак В.П. Исследование изменений кислотно-щелочного равновесия крови и
их роль в развитии артериальной гипоксемии при мышечной деятельности.
Автореф. дисс... канд. биол. наук. Тарту. -1979. – 21с
Биохимия /Под ред. В.В. Меньшикова, Н.И. Волкова – М.: Физкультура и спорт,
- 1986, 360 с.
Филипов М.М., Миняйленко Т.Д. Масоперенос СО2 и кислотно-щелочное
равновесие при мышечной деятельности на равнине и в горах // Укр. биохим.
журн.-1980,-52.№2.-С.171-174.
Тимоничева Т.П. Показатели кислотно-щелочного равновесия крови как
критерий контроля подготовки к соревновательной деятельности на 1500 м
конькобежного многоборья. Биохимические критерии физических качеств. М.:
ВНИГФК, 1986. С.120.
А.с. 1690671 МКИ5 А61 В 5/00 Б.И. 1991 №42, (СССР), Способ определения
режима тренировки пловца./Вербицкий О.Н., Melnichyk D.A Калинский М.И.,
Скорик Л.В./
Виру А.А., Пярнат Я.П. Оценка работоспособности организма при помощи
нагрузок со ступенчато повышающейся мощностью до отказа // Теор. и практ.
физич. культ.-1971.-№7.С.23-26.
Пярнат Я.П., Виру А.А., Сави Т.К. и др. Показатели кислотно-щелочного
равновесия в условиях интенсивной мышечной работы // Физиол. Ж. СССР. 1971.-57,№11.-С.1717-1722.
Вербицкий О.Н., Толкачёва Н.В. Мельничук Д.А. Влияние карбостимулина на
показатели кислотно-щелочного равновесия и содержание лактата в крови
спортсменов-пловцов // Укр.биохим.журн.-1984.-56,№1.-С.94-96.
Мельничук Д.А., Ефименко А.М., Толкачёва Н.В., Вербицкий О.Н. Увеличение
функциональных возможностей организма при физических нагрузках за счёт
активации реакций карбоксилирования // V Всесоюз. биохим. съезд, Киев, 1986,
Тез. стенд. Сообщ.-М.:-1986.-Т.2.-С.191-192.
Фредман С.А. Хлебников А.Н. Сопоставление действия янтарного калия и
янтарного натрия на энергетический обмен и кислотно-щелочное равновесие
крови крыс в норме и при гипоксии //В кн.:Терапевтическое действие янтакной
кислоты. –Пущено, - 1976.-С.49-55.
Усаков Н.А., Воробьёв Г.Ф. Использование физиологических, биохимических
показателей для оценки функционального состояния пловцов. Плавание. 1978.
Вып. 2. С. 17-19.
Сейфула Р.Д., Тишкин В.С., Белоус М.В. и др. Биохимическая оценка процессов
энергообеспечения и состояния гомеостаза в тканях животных, подвергнутых
дозированной физической нагрузки //Биохим. критер. физическ. качеств.-М.:
ВНИИФК, 1986, С. 170-181.
Costill DL, Fink WJ, Hargreaves M, King DS, Thomas R, Fielding R. Metabolic
characteristics of skeletal-muscle during detraining from competitive swimming.
Med. Sci. Sports Exerc. 1985, 17 p. 339-343 .
Вербицкий О.Н., Калинский М.И., Найдич С.И., Скорик Л.В. К вопросу о
профилактике метаболического ацидоза при интенсивной физической нагрузке
// Тез.докл. Респуб. научн.-практ. конф. Барнаул –Роль физич.культ. и спорта в
формировании здорового образа жизни студенческой молодёжи мед. вузов1989.-С.100-101.
А.с. 1697816 МКИ5 А61 К 33/10 (СССР), Б. И. 1991, № 46. Способ
прогнозирования эффективности профилактики некомпенсированного молочнокислого ацидоза при физической нагрузке. /Вербицкий О.Н. Мельничук Д.А.,
Калинский М.И. Скорик Л.В./
А.с. 1684671 МКИ5 G 01 N 33/48 (СССР), СССР Б.И. 1991. №38, Способ
коррекции процессов адаптации к нагрузкам аэробно гликолотической
направленности у пловцов. /Вербицкий О.Н./
Платонов В.Н. Вайцеховский С.М. Тренировка пловцов высокого класса. М.,
Физкультура и спорт, 1985. 256с.
Гулый М.Ф., Мельничук Д.А. Роль углекислоты в регуляции обмена веществ
у гетеротрофных организмов. Киев, Наук. думка, 1978, 243с.
Ойвин И.А. Статистическая обработка результатов экспериментальных
исследований // Патол. Физиол. и эксперим. Терапия.-1960.-№4.С.76-85.
Welkes D., Gledhil V., Smith N. Effects of acute influenced metabolic alkalosis on
800 m racing time. Med. Sci. Sports Exerc. 1983, 15, 4, P. 277-280.
Goldfinch J, McNaughton L, Davies P Metabolic alkalosis and its effects on 400-m
racing time. Eur. J. Appl. Phys. 1988, 57, 1, P.45-48.
Horswill C.A., Costill D.L., Fink W.J., et.al. Influence of sodium bicarbonate on
sprint performance: relationship to dosage. Med. Sci. Sports Exerc. 1988. 10, 6, P.
566-569.
Mainwood G.W., Cechetto D. The effect of bicarbonate concentration on fatigue,
recovery in isolated rat diaphragm// Can. J. Physiol. Pharmacol.-1980.-58-р.624-632.
Spriet L.L., Matsos C.G., Peters S.J., Heigenhauser G.J.F., Jones N.L. Effects of
acidosis on rat muscle metabolism and performance during heavy exercise. Am. J.
Physiol. 248 (3): C337-C347 1985
Spriet L.L., Lindinger M.I., Heigenhauser G.J.F., Jones N.L. Effects of alkalosis on
skeletal-muscle metabolism and performance during exercise. Am. J. Physiol.
1986,251, Part 2, R833.-R839.
Коц Я.М. Озолина Е.В. Виноградова О.А. Влияние алиментарной алкалемии на
придельную продолжительность анаэробной работы и содержание лактата в
крови // Физол. человека -1983.-9 №3.-С.396-401.
А.с. 1779326 МКИ5 А61 В 5/00; G01 N 33/48 СССР Б.И. 1991. № 26. Способ
оптимизации режима тренировки спортсмена. Вербицкий О.Н., Мельничук
Д.А., Калинский М.И., Скорик Л.В.