Обмен минеральных веществ и физическая нагрузка

Обмен минеральных веществ и физическая нагрузка

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

ФГОУ ВПО «Тюменская государственная сельскохозяйственная академия»

Агротехнологический институт

Кафедра физической культуры

РЕФЕРАТ

«Обмен минеральных веществ и физическая нагрузка»

Выполнил: Старовойтова Е.С.

курс, БКН-21

Тюмень 2012

Содержание

Введение

1. Влияние физических нагрузок на обмен веществ и энергии

2.      Влияние физических нагрузок на кровеносную систему

.        Влияние физической нагрузки на пищеварительные процессы

.        Энергетический обмен

.        Обмен веществ в условиях физической нагрузки

.        Интенсивность обмена веществ во время занятий спортом

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Метаболизм (от греч. metabole - перемена, превращение), совокупность химических реакций, протекающих в живых клетках и обеспечивающих организм веществами и энергией для его жизнедеятельности, роста, размножения. В наиболее употребительном значении термин «метаболизм» равнозначен обмену веществ и энергии; в более точном и узком смысле "метаболизм" означает межуточный (промежуточный) обмен, т. е. превращение веществ внутри клеток с момента их поступления до образования конечных продуктов. В этом смысле термин "метаболизм" относят и к отдельному классу соединений или определённому веществу (например, метаболизм белков, метаболизм глюкозы).

Попав внутрь клетки, питательное вещество метаболизируется - претерпевает ряд химических изменений, катализируемых ферментами (определённая последовательность таких изменений называется метаболическим путём, а образующиеся промежуточные продукты - метаболитами). Различают 2 стороны метаболизм - анаболизм и катаболизм. Анаболические реакции направлены на образование и обновление структурных элементов клеток и тканей и заключаются в синтезе сложных молекул из более простых; эти реакции, преимущественно восстановительные, сопровождаются затратой свободной химической энергии (эндергонические реакции). Катаболические превращения - это процессы расщепления сложных молекул - как поступивших с пищей, так и входящих в состав клетки - до простых компонентов; эти реакции, обычно окислительные, сопровождаются выделением свободной химической энергии (экзергонические реакции).

При физических нагрузках происходят существенные изменения метаболических процессов во всем организме, т.е. происходят изменения в ССС, наиболее информативным параметром которой является частота сердечных сокращений. Кроме того резко возрастает потребность в кислороде у активных мышц, ускоряется метаболические процессы, возрастает количество продуктов распада при обмене веществ, используется большее количество питательных веществ, повышается температура тела, увеличивается концентрация ионов водорода в мышцах и крови, что вызывает снижение давления крови в организме.

метаболизм обмен энергия физический

1. Влияние физических нагрузок на обмен веществ и энергии

Обмен веществ и энергии в организме человека характеризуется сложными биохимическими реакциями.

Питательные вещества (белки, жиры и углеводы), поступающие во внутреннюю среду организма с пищей, расщепляются в пищеварительном тракте.

Продукты расщепления переносятся кровью к клеткам и усваиваются ими. Кислород, проникающий из воздуха через лёгкие в кровь, принимает участие в процессе окисления, происходящем в клетках.

Вещества, образующие в результате биохимических реакций обмена веществ, выводятся из организма через лёгкие, почки, кожу. Обмен веществ является источником энергии для всех жизненных процессов и функций организма. При расщеплении сложных органических веществ содержащаяся в них энергия превращается в другие виды энергии (биоэлектрическую, тепловую, механическую и др.)

Занятия физическими упражнениями или спортом повышают активность обменных процессов, тренирует и поддерживает на высоком уровне механизмы, осуществляющие в организме обмен веществ и энергии.

. Влияние физических нагрузок на кровеносную систему

Сердце - главный центр кровеносной системы, работающий по типу насоса, благодаря чему в организме движется кровь. В результате физической тренировки размеры и масса сердца увеличивается в связи с утолщением стенок сердечной мышцы и увеличением его объема, что повышает мощность и работоспособность сердечной мышцы.

Кровь в организме человека выполняет следующие функции:

транспортная;

регуляторная;

защитная;

теплообмен.

При регулярных занятиях физическими упражнениями или спортом:

увеличивается количество эритроцитов и количество гемоглобина в них, в результате чего повышается кислородная емкость крови;

повышается сопротивляемость организма к простудным и

инфекционным заболеваниям, благодаря повышению активности лейкоцитов;

ускоряются процессы восстановления после значительной потери крови.

Показатели работоспособности сердца (Рис. 2)

Важным показателем работоспособности сердца является систолический объем крови (СО) - количество крови, выталкиваемое одним желудочком сердца в сосудистое русло при одном сокращении.

Показатели систолического объема сердца в покое и при мышечной работе

Рисунок 2 - Показатели систолического объема сердца в покое и при мышечной работе: нетренированный организм; тренированный организм; 1-покой; 2-быстрая ходьба; 3 - быстрый бег

Другими информативными показателем работоспособности сердца является число сердечных сокращений (ЧСС) ( артериальный пульс).

В процессе спортивной тренировки ЧСС в покое со временем становится реже за счет увеличения мощности каждого сердечного сокращения. Показатели числа сердечных сокращений. ( уд/ мин)

Таблица 1

. Влияние физической нагрузки на пищеварительные процессы

Наблюдения показывают, что выполнение физической работы непосредственно после приема пищи не только не усиливает, а, наоборот, задерживает пищеварительные процессы. Отмечено уменьшение (торможение) секреции пищеварительных желез, нарушается рефлекторное выделение пищеварительных соков.

Угнетение пищеварительных функций при физической работе может быть объяснено торможением пищевых центров в результате отрицательной индукции с возбудительных двигательных центров. Это связано еще и с тем, что кровоснабжение пищеварительных желез уменьшается, что и ведет к уменьшению секреции. При спортивной деятельности необходимо учитывать, что не только мышечная работа тормозит пищеварительные процессы, но и интенсивное переваривание пищи отрицательно влияет на двигательную деятельность. Возбуждение пищевых центров и отток крови от мышц к органам брюшной полости снижает эффективность физической работы. Кроме того, наполненный желудок способствует высокому стоянию диафрагмы, что не благоприятно влияет на деятельность кардиореспираторной системы. В связи с этим между едой и занятием физкультурой и спортом целесообразно делать перерыв не менее двух часов. Однако спортсмену нередко приходится тренироваться (или выступать в соревнованиях) спустя некоторое время после приема пищи. В этом случае пища должна состоять, в основном, из углеводов, быстро перевариваться и всасываться, иначе она будет «лежать» в желудке без действия. Также и прием лекарств (в таблетках) не следует осуществлять непосредственно перед стартом.

. Энергетический обмен

После приема пищи повышается интенсивность метаболизма. В случае смешанной пищи скорость обмена повышается примерно на 6%. При потреблении белков интенсивность обмена возрастает в гораздо большей степени, чем при потреблении жиров или углеводов. Это может быть обусловлено, в частности, тем, что в процессе метаболизма для ресинтеза 1моль АТФ белков требуется больше, чем жиров и углеводов (в пересчете на калорическую ценность) (H.A Krebs, 1964).

Энергетический обмен присущ всем теплокровным; богатые энергией питательные вещества усваиваются и химически преобразуются, а конечные продукты обмена веществ с более низким содержанием энергии удаляются из клетки. Освобождающаяся при этом энергия используется для различных целей.

Обменные (метаболические) процессы, в ходе которых специфические элементы организма синтезируются из поглощенных питательных веществ , называются анаболизмом, а те метаболические процессы, в ходе которых структурные элементы организма или поглощенные питательные вещества подвергаются распаду, называются катаболизмом . Метаболизм жиров и углеводов служит главным образом для обеспечения физиологических функций (функциональный метаболизм), тогда как белковый обмен нужен в первую очередь для поддержания и изменения структуры организма (структурный метаболизм).

Единицы измерения энергетического обмена. Энергетический обмен выражают в килокалориях (ккал) на единицу времени. Однако в международной системе единиц в качестве основной единицы энергии принят джоуль (Дж): 1 джоуль = 1 ватт х 1 с = 2,39 х 10 ккал; 1 ккал = 4187 Дж = 4,187 кДж ~ 0,0042 МДж. Отсюда следует, что 1 кДж/ч ~ 0,28 Вт (~ 0,239 ккал/ч) и 1 кДж/сут ~ 0,239 ккал/сут.

Коэффициент полезного действия (КПД). При работе часть вырабатываемой энергии выделяется в виде тепла. При мышечной работе КПД редко превышает 25%.

. Обмен веществ в условиях физической нагрузки

Без воды человек может прожить не более 7-10 дней, тогда как без пищи - 30-40 дней. Удаляется вода вместе с мочой через почки (1700 мл), с потом через кожу (500 мл) и с воздухом, выдыхаемым через легкие (300 мл).

Отношение общего количества потребляемой жидкости к общему количеству выделяемой жидкости называется водным балансом. Если количество потребляемой воды меньше количества выделяемой, то в организме человека могут наблюдаться различного рода расстройства его функционального состояния, так как, входя в состав тканей, вода является одним из структурных компонентов тела, находится в виде солевых растворов и обусловливает тесную связь водного обмена с обменом минеральных веществ.

Обмен воды и электролитов, по существу, представляет собой единое целое, поскольку биохимические реакции протекают в водных средах, а многие коллоиды являются сильно гидратированными, т.е. соединенными физико-химическими связями с молекулами воды.

Вода поступает в организм человека в «чистом виде» и в составе различных продуктов, с которыми он тоже получает необходимые ему элементы. Суточная потребность человека в воде составляет 2,0-2,5 л. Суточная потребность человеческого организма в некоторых микроэлементах следующая: калия 2,7-5,9 г, натрия - 4-5 г, кальция - 0,5 г, магния - 70-80 мг, железа - 10-15 мг, марганца - до 100 мг, хлора - 2-4 г, йода - 100-150 мг.

Обмен воды и электролитов в организме имеет сложную нервно-гуморальную регуляцию. Наиболее подвержены регуляторным воздействиям вода и тесно связанный с нею в метаболизме натрий. 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.

Регулятором водно-солевого обмена являются гормоны коры надпочечников (альдостерон) и задней доли гипофиза (антидиуретический).

В регуляции электролитного обмена играют роль и другие гормоны коры надпочечников, объединяемые одним названием минералокортикоиды. При их недостатке нарушается обмен калия, развивается гипокалиемия (т.е. понижение содержания калия и в организме в целом), вследствие чего возникает мышечная адинамия и ряд других серьезных нарушений. Обмен кальция и фосфора регулируется паратгормоном - секретом паращитовидных желез, который стабилизирует уровень этих элементов в организме благодаря тому, что под его воздействием кальций связывается с белками и его выведение из организма резко тормозится. Наконец, на водно-электролитный обмен оказывает влияние и адреналин, который, спазмируя клубочковые сосуды почек, снижает величину фильтрационного давления и ведет к уменьшению диуреза, т.е. к уменьшению выведения воды из организма, важна роль и вегетативных нервов, регулирующих интенсивность потоотделения.

Минеральные вещества входят в состав скелета, в структуры белков, гормонов, ферментов. Общее количество всех минеральных веществ в организме составляет приблизительно 4-5% массы тела. Нормальная деятельность центральной нервной системы, сердца и других органов протекает при условии строго определенного содержания ионов минеральных веществ, за счет которых поддерживается постоянство осмотического давления, реакция крови и тканевой жидкости; они участвуют в процессах секреции, всасывания, выделения и т.д.

Основную часть минеральных веществ человек получает с пищей и водой. Однако не всегда их содержание в пище достаточно. Большинству людей приходится добавлять, например, хлористый натрий (NaCl - поваренная соль) в пищу по 10-12 г в день. Хронический недостаток в пище минеральных веществ может приводить к расстройству функций организма. Особенно чувствительны к недостатку тех или иных солей дети и беременные женщины. Соли кальция и фосфора необходимы для построения костей и зубов, в которых находится 70% всего фосфора и 99% кальция, имеющихся в организме.

Нормальный рост и развитие организма зависят от поступления достаточного количества Na. Ионы Сl идут на образование соляной кислоты в желудке, играющей большую роль в пищеварении. Ионы Na и С1 участвуют в механизмах возникновения и распространения возбуждения. В состав гемоглобина - переносчика O2 и CO2 - входит двухвалентное железо. Недостаток железа ведет к тяжелому заболеванию - малокровию. Йод является важной составной частью гормона щитовидной железы - тироксина, который принимает участие в регуляции обмена веществ, а калий имеет определяющее значение в механизмах возникновения и распространения возбуждения, связан с процессом костных образований. Важную физиологическую роль в организме играют, также кальций (Са), магний (Mg), медь (Си), сера (S), цинк (Zn), бром (Вг), фтор (F).

Во время физической работы (тренировки) скорость метаболизма возрастает в зависимости от степени физического напряжения.

Интенсивность обмена веществ при «относительном покое», т.е. у испытуемого в малоактивном состоянии, составляет приблизительно 8400 кДж/сут (97 Вт) для женщин и 9600 кДж/сут (110 Вт) для мужчин. Эта величина соответствует суточному обмену у значительной части населения - людей, занимающихся «сидячей работой» и не затрачивающих сколько-нибудь значительных физических усилий.

. Интенсивность обмена веществ во время занятий спортом

У спортсменов интенсивность обмена веществ может возрастать в относительно высокой степени, но на значительно более короткое время. Особенно показательны величины интенсивности обмена при беге на различные дистанции - от сто метровки до марафона. Чем длиннее дистанция (и, следовательно, больше затрачиваемое время), тем ниже уровень метаболизма (рис. 1.3). Интенсивность обмена веществ при забеге на 100 м или 200 м составляет 22 кВт, что приблизительно в 13 раз больше, чем при беге на марафонскую дистанцию. Работа, совершаемая за 10 с бега с высокой скоростью. Достигает 200 кДж, что соответствует величине калорийности примерно 14 г глюкозы. За два с лишним часа, требуемых для преодоления марафонской дистанции, бегун затрачивает около 1,6 кВт, что значительно больше максимального дневного уровня метаболизма при работе в течении нескольких дней. Интенсивность обмена веществ у бегунов на марафонскую дистанцию соответствует 2,1 «лошадиной силы» (750 Вт = 1 л.с.). Если принять, что расщепляются примерно одинаковые количества жиров и углеводов, то за 130-мнутный марафонский пробег будет использовано 850 г энергосодержащих питательных веществ. Величины интенсивности обмена веществ при занятиях разными видами спорта приведены в (табл. 2).

Рисунок 6 - Интенсивность обмена веществ

Таблица №2

Заключение

На долю скелетных мышц приходится около 50% массы тела. Они способны изменять свои энергетические потребности в 20 и более раз. При физической нагрузки у человека возрастает функциональная активность не только скелетных мышц, но и сердца и дыхательной мускулатуры, что обеспечивает доставку нужного количества оксигенированной крови для удовлетворения возросших потребностей работающих мышц.

Какие изменения потребления кислорода и ряда других физиологических параметров вызваны физической работой. Многие из этих изменений зависят от степени тренированности обследуемого человека. При сравнении высоко тренированных спортсменов с людьми, ведущими малоподвижный образ жизни, можно сделать два вывода: 1) в условиях выполнения сходной работы умеренной тяжести спортсмены обнаруживают меньшее, чем нетренированные люди, отклонение всех регистрируемых параметров от уровня покоя и 2) чем лучше тренирован спортсмен, тем больше могут возрасти, приближаясь к максимальному уровню, такие его параметры, как потребление кислорода, концентрация лактата в крови, скорость легочной вентиляции и минутный объем сердца. Короче говоря, спортсмен при малой и умеренной физической нагрузке работает с большей эффективностью (т. е. с меньшими энергозатратами) и способен перенести большие физические нагрузки.

Список литературы

1.  В.И. Дубровский «Спортивная физиология», Москва гуманитарный издательский центр «Владос», 2005г., стр. 196-203;

2.      Джей Теппермен, Хелен МЕТАБОЛИЗМ Теппермен, «Физиология обмена веществ и эндокринной системы», издательство «Мир» 1989год.