Гормональная регуляция обмена углеводов при мышечной деятельности

Количество гормонов, вырабатываемых щитовидной железой, в норме регулируется системой обратной связи, звеньями которой являются тиреотропный гормон (ТТГ) гипофиза и сами тиреоидные гормоны. При повышении уровня ТТГ щитовидная железа производит и выделяет больше гормонов, а повышение их уровня подавляет продукцию и секрецию гипофизарного ТТГ.

Третий гормон щитовидной железы, кальцитонин, принимает участие в регуляции уровня кальция в крови.

Клинические нарушения. В большинстве регионов мира обычная пища обеспечивает поступление в организм йода в количестве, достаточном для нормальной продукции тиреоидных гормонов. Однако в тех районах, где наблюдается дефицит йода в почве и, естественно, продуктах питания, применение йодированной соли позволяет решить эту проблему.

Недостаточная продукция тиреоидных гормонов приводит к гипотиреозу, или микседеме. При гипотиреозе щитовидная железа может быть увеличенной (зоб), но может и полностью исчезать. Это состояние чаще встречается у женщин, чем у мужчин, и нередко является следствием повреждения щитовидной железы собственной иммунной системой организма (аутоантителами). Обычно отмечают сонливость и непереносимость холода. В тяжелых случаях иногда развивается кома и может наступить смерть. Для лечения гипотиреоза используют препараты высушенной щитовидной железы животных, а в последнее время – таблетки синтетического Т4.

Избыточная секреция тиреоидных гормонов приводит к гипертиреозу, или тиреотоксикозу. Наиболее распространенная форма гипертиреоза – диффузный токсический зоб, или базедова болезнь, описание которой см. в статье ЗОБ.

Рак щитовидной железы обычно требует хирургического лечения, иногда в сочетании с введением радиоактивного йода. Этот вид рака чаще встречается у лиц, перенесших облучение головы и шеи.

Особенности гормональной регуляции обмена углеводов при мышечной деятельности.

На любой процесс жизнедеятельности организма расходуется энергия. Эта энергия образуется в результате распада различных химических веществ - углеводов, жиров (реже - белков), поступающих в организм вместе с пищей.

Углеводы поступают в организм с растительной и в меньшем количестве с животной пищей. Кроме того, они синтезируются в нем из продуктов расщепления аминокислот и жиров. Углеводы - важная составная часть живого организма, хотя количество их в организме значительно меньше, чем белков и жиров, - всего около 2% сухого вещества тела.

Если энергия, запасенная в химических связях поступающих с пищей веществ, больше, чем энергетический расход организма на процессы жизнедеятельности, часть энергии откладывается в запас. В организме млекопитающих запасным источником энергии является жировая ткань. Любое вещество, количество которого в организме превышает необходимый уровень, превращается в жиры и откладывается в запас в жировой ткани. Иными словами, если человек потребляет пищи больше, чем расходует энергии, то он толстеет. Если количество поступающей с пищей энергии меньше, чем энергетические траты организма, то организм вынужден брать недостающую энергию из запасов. Вначале организм тратит имеющиеся в клетках и в крови углеводы. Процесс распада углеводов достаточно легкий и быстрый в отличие от сложного и длительного процесса расщепления жиров. Когда количество углеводов достигает определенного минимума, организм начинает расщеплять жиры. Таким образом, если человек ест меньше, чем расходует энергии, он худеет.

В некоторых случаях, когда с пищей поступает чрезвычайно мало энергии либо не поступает ее вовсе (голодание), а энергетические запросы организма велики (более или менее интенсивная мышечная деятельность), организм не тратит силы на сложный процесс расщепление жиров. В этих случаях организму легче расщепить некоторые виды низкомолекулярных белков. К таким белкам относятся, прежде всего, иммунные белки. Расщепление иммунных белков плазмы крови существенно снижает иммунную защиту организма. Поэтому при активном образе жизни голодание может быть очень опасным.

Влияние центральной нервной системы на углеводный обмен осуществляется главным образом посредством симпатической иннервации. Раздражение симпатических нервов усиливает образование адреналина в надпочечниках. Он вызывает расщепление гликогена в печени и скелетных мышцах и повышение в связи с этим концентрации глюкозы в крови. Гормон поджелудочной железы глюкагон так же стимулирует эти процессы. Гормон поджелудочной железы инсулин является антагонистом адреналина и глюкагона. Он непосредственно влияет на углеводный обмен печеночных клеток, активизирует синтез гликогена и тем самым способствует его депонированию. В регуляции углеводного обмена участвуют гормоны надпочечников, щитовидной железы и гипофиза.

Энергетические траты принято оценивать в килокалориях (ккал). Существуют и другие величины оценки энергозатрат.

Углеводы служат в организме основным источником энергии. При окислении 1 г углеводов освобождается 4.1 ккал энергии. Для окисления углеводов требуется значительно меньше кислорода, чем для окисления жиров. Это особенно повышает роль углеводов при мышечной деятельности. Значение их как источника энергии подтверждается тем, что при уменьшении концентрации глюкозы в крови резко снижается физическая работоспособность. Большое значение углеводы имеют для нормальной деятельности нервной системы.

Основной обмен - это энергетические траты организма, связанные с поддержанием минимального уровня жизнедеятельности в стандартных условиях во время бодрствования.

Даже в состоянии абсолютного покоя, глубокого сна, наркоза или комы организм расходует энергию на следующие жизненно важные процессы:

• деятельность постоянно работающих органов - дыхательных мышц, сердца, почек, печени, мозга
• поддержание жизненно необходимого биохимического неравновесия между внутренним составом клетки и составом межклеточной жидкости
• обеспечение внутриклеточных процессов дыхания, постоянно осуществляющегося синтеза жизненноважных веществ
• поддержание минимального уровня мышечного тонуса
• обеспечение постоянно осуществляющегося процесса деления клеток
• другие процессы

Величину основного обмена определяют утром натощак в покое после сна при температуре окружающего воздуха 18-200 C.

Основные факторы, от которых зависит уровень основного обмена

• Возраст. Относительный основной обмен (в пересчете на массу тела) у детей выше, чем у взрослых, у людей среднего возраста выше, чем у стариков.
• Рост. Чем больше рост, тем выше основной обмен.
• Масса тела. Чем больше масса, чем выше основной обмен.
• Пол. У мужчин основной обмен выше, чем у женщин даже при одинаковых величинах роста, массы и возраста.

У мужчины среднего возраста - 35 лет, средней массы - 70 кг, среднего роста - 165 см основной обмен равен примерно 1 700 килокалорий (ккал) в сутки. У женщины при тех же условиях основной обмен примерно на 5-10 % ниже (1 530 ккал).

На величину основного обмена в существенной степени влияет и деятельность щитовидной железы. В случаях заболеваний, связанных с увеличением ее функции - Базедова болезнь, гипертиреоз - основной обмен несоразмерно увеличивается. При заболеваниях, связанных с угнетением деятельности щитовидной железы - микседема, гипотиреоз - основной обмен несоразмерно снижается. Аналогичным образом на уровень основного обмена влияет деятельность гипофиза (в существенной мере) и половых желез ( в значительно меньшей степени).

Пища содержит главным образом сложные углеводы, которые расщепляются в кишечнике и всасываются в кровь, преимущественно в виде глюкозы. В небольших количествах глюкоза содержится во всех тканях. Концентрация ее в крови колеблется от 0.08 до 0.12%. Поступая в печень и мышцы, глюкоза используется там для окислительных процессов, а так же превращается в гликоген и откладывается в виде запасов.

При голодании запасы гликогена в печени и концентрация глюкозы в крови уменьшаются. То же самое происходит и при длительной и напряженной физической работе без дополнительного приема углеводов. Уменьшение концентрации глюкозы в крови ниже 0.07% называется гипогликемией, а увеличение выше 0.12% - гипергликемией.

При гипогликемии появляется мышечная слабость, чувство голода, падает температура тела. Нарушение деятельности нервной системы проявляется при этом в возникновении судорог, помрачении и потере сознания.

Гипергликемия может возникать после приема пищи, богатой легко усваиваемыми углеводами, при эмоциональном возбуждении, а так же при заболеваниях поджелудочной железы или при ее удалении у животных с экспериментальной целью. Избыток глюкозы выводится из крови почками (гликозурия). У здорового человека это можно наблюдать после приема натощак 150-200 г сахара.

В печени содержится около 10% гликогена, в скелетных мышцах не более 2%. Общие запасы его в организме составляют в среднем 350 г. При уменьшении концентрации глюкозы в крови происходит интенсивное расщепление гликогена печени и выход глюкозы в кровь. Благодаря этому поддерживается постоянный уровень глюкозы в крови и удовлетворяется потребность в ней других органов.

В организме происходит постоянный обмен глюкозой между печенью, кровью, мышцами, мозгами и другими органами. Главный потребитель глюкозы - скелетные мышцы. Расщепление в них углеводов осуществляется по типу анаэробных и аэробных реакций. Одним из продуктов расщепления углеводов является молочная кислота.

Запасы углеводов особенно интенсивно используются при физической работе. Однако полностью они никогда не исчерпываются. При уменьшении запасов гликогена в печени его дальнейшее расщепление прекращается, что ведет к снижению концентрации глюкозы в крови до 0.05-0.06%, а в некоторых случаях до 0.04-0.038%. В последнем случае мышечная деятельность продолжаться не может. Таким образом, уменьшение содержания глюкозы в крови - один из факторов, снижающих работоспособность организма при длительной и напряженной мышечной деятельности. При такой работе необходимо пополнять углеводные запасы в организме, что достигается увеличением углеводов в пищевом рационе, дополнительным введением их перед началом работы и непосредственно при ее выполнении. Насыщение организма углеводами способствует сохранению постоянной концентрации глюкозы в крови, что необходимо для поддержания высокой работоспособности человека.

Влияние приема углеводов на работоспособность установлено лабораторными экспериментами и наблюдениями при спортивной деятельности. Эффект от принимаемых до работы углеводов при прочих равных условиях зависит от количества и времени приема.

Уровень основного обмена регулируется нервной системой и системой желез внутренней секреции.

Добавочные расходы энергии - энергетические расходы организма на выполнение любых актов жизнедеятельности сверх основного обмена.

Добавочные расходы энергии увеличиваются после приема пищи - это энергия, затрачиваемая организмом не процессы пищеварения.

При приеме углеводной пищи энергетические траты повышаются на 5-10 %, жировой - на 10-15 %, при приеме белковой пищи - на 20-30 %.

В небольшой степени расход энергии увеличивается при умственной деятельности. Даже чрезвычайно напряженная умственная работа вызывает прибавку в расходе энергии всего на 2-3 %. Чувство голода, которое может испытывать человек при этом связано с тем, что головному мозгу в условиях напряженной умственной деятельности требуется большое количество чистой глюкозы. Прием чашки сладкого чая полностью удовлетворяет потребности мозга в глюкозе в этих условиях.  Добавочные расходы энергии увеличиваются под влиянием эмоциональных переживаний (в среднем на 11-19 %).

Увеличение энергетических трат организма регистрируется при понижении температуры окружающей среды. В этих условиях организм в несколько раз увеличивает интенсивность процессов распада для освобождения энергии, используемой на поддержание постоянной температуры тела.

Наиболее существенно увеличиваются энергетические траты организма при мышечной деятельности. Расходы энергии тем выше, чем интенсивнее совершаемая организмом мышечная работа. Например, бег с максимальной скоростью вызывает энергетические траты организма до 3-4 ккал в секунду. Но поскольку такая деятельность может продолжаться всего несколько секунд, суммарный расход энергии незначителен (примерно 20-30 ккал). В то же время малоинтенсивный бег в течение нескольких десятков минут с относительными энерготратами 0.4-0.3 ккал в секунду вызовет потери организмом от 500 ккал до 2000 ккал и выше в зависимости от длительности бега.

По мнению современных специалистов (Верещагин Л.И., 1990), для сохранения своего здоровья человек в течение суток должен затрачивать на мышечную работу не менее 1200 ккал энергии.

При выполнение мышечной деятельности в условиях эмоциональных переживаний (игровая деятельность, единоборства, деятельность, связанная с риском, выступления на соревнованиях) организм расходует энергию как на выполнение самой деятельности, так и на обеспечение эмоциональных переживаний. Поэтому пробегание дистанции на тренировке вызовет меньший расход энергии, чем та же деятельность на соревнованиях.

Добавочные расходы энергии при выполнении некоторых видов физических упражнений

Добавочные расходы энергии организма (сверх основного обмена)

ЛИТЕРАТУРА

1. Н.Н. Яковлев. «Биохимия»: учебник для ИФК. Мн. ФИС 1974.
2. Н.И. Волков, Н.И. Ненсин. «Биохимия мышечной деятельности» учебник для вузов. Киев 2000.
3. Дж.Х. Уилмор, Д.Л. Костили. «Физиология спорта и двигательной активности». Киев: Олимпийская литература 1997.
4. Н.И Яковлев «Химия движения». Ленинград: Наука 1983.
5. В.В. Васильева «Обмен углеводов и его регуляция».

Страницы: 1, 2