CC BY
157
Том 153, кн. 3
Естественные науки
2011
УДК 577.124.22
ОЦЕНКА ИЗМЕНЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ Ь-ЛАКТАТА В КРОВИ СТУДЕНТОВ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ТЕСТА КУПЕРА
Л.А. Ганеева, Л.В. Касатова, В.С. Скрипова, З.И. Абрамова
Аннотация
Проведены исследования по измерению количества Ь-лактата (молочной кислоты) в сыворотке крови у группы добровольцев (студентов, занимающихся в группе общефизической подготовки) с использованием теста Купера. Получены результаты по содержанию Ь-лактата до и после проводимого теста. Установлено, что выброс молочной кислоты из мышц и ее поступление в кровь при кратковременной физической нагрузке были различными у испытуемых, но в пределах физиологической нормы для лиц, не занимающихся спортом. Подтверждено, что для неспортсменов показатель концентрации Ь-лактата соответствует 50-60% от максимального потребления кислорода. Результаты этого исследования могут быть использованы в качестве критериев при отборе лиц, желающих заниматься любительским или профессиональным спортом.
Ключевые слова: Ь-лактат, пируват, лактатдегидрогеназа, анаэробный гликолиз, максимальное потребление кислорода, тест Купера.
Введение
Одной из наиболее важных задач в любительском спорте и спорте высших достижений является решение вопросов оптимизации умственной и физической работоспособности на всех этапах спортивной деятельности. Специалисты постоянно проводят поиск новых подходов для совершенствования методов профилактики различных нарушений, возникающих в организме людей, занимающихся спортом, этиологическим фактором которых являются чрезмерные физические нагрузки. Выполнение неадекватных интенсивных и/или длительных нагрузок способствует развитию переутомления и снижению потенциала адаптации. Сужение границ адаптации приводит к снижению работоспособности.
Таким образом, оптимизация физической и умственной работоспособности является весьма актуальной задачей. Физическое развитие - это биологический процесс становления, изменения естественных биохимических, морфологических и функциональных свойств (длины, массы тела, окружности грудной клетки, жизненной емкости легких, максимального потребления кислорода, силы, быстроты, выносливости, и др.) организма в течение жизни человека. Процесс физического развития подчиняется также закону возрастной ступенчатости. Поэтому вмешиваться в этот процесс с целью управления им можно только с учетом биохимических особенностей и возможностей организма в различные возрастные периоды: становления и роста, наивысшего развития форм и функций.
Физическое развитие человека определяется двумя различными по своей биохимической сущности возможностями организма - его аэробной и анаэробной производительностью. Химические реакции, приводящие к обеспечению мышц энергией, протекают в трех энергетических системах: 1) анаэробной алактатной, 2) анаэробной лактатной (гликолитической), 3) аэробной. Емкость анаэробной лактатной системы обеспечивает ее превалирующее участие в энергопродукции при выполнении работы продолжительностью до 30-90 с. При более продолжительной работе роль гликолиза постепенно снижается, однако остается существенной и при более продолжительной работе - до 5-6 мин. Общее количество энергии, которое образуется за счет гликолиза, наглядно оценивается по показателям лактата крови после выполнения работы, требующей предельной мобилизации лактатной системы энергообеспечения.
L-Лактат (молочная кислота) является продуктом анаэробного гликолиза, который образуется из пирувата под действием лактатдегидрогеназы [1, 2]. Количество содержания L-лактата у одного и того же человека при выполнении стандартной работы на разных этапах тренировочного процесса может свидетельствовать об улучшении или ухудшении тренированности, а также о физиологической способности переносить спортивные нагрузки различного генеза
[3, 4].
В связи с этим перед нами стояла задача провести измерения количества L-лактата у группы добровольцев, не имеющих стабильных спортивных тренировок, при кратковременной физической нагрузке (тест Купера).
1. Материалы и методы
В эксперименте участвовали студенты (группа добровольцев) в возрасте 20-22 лет. В данную группу вошли юноши и девушки, которые не имели систематических физических нагрузок и не занимались спортом профессионально. Кровь используется как один из наиболее важных объектов биохимических исследований, так как в ней отражаются все метаболические изменения в тканевых жидкостях и лимфе организма. Для многих исследований требуется небольшое количество крови (0.01-0.05 мл), поэтому берут ее из безымянного пальца руки либо из ребра мочки уха.
В настоящей работе кровь, в которой определяли концентрацию L-лактата, отбирали из пальца дважды: до физической нагрузки и после нее.
Отобранные образцы крови помещались в пробирки, обработанные раствором антикоагулянта (ЭДТА) и фторидом натрия для предотвращения быстрого окисления лактата в пируват. Сыворотку крови отделяли центрифугированием при 3000 об/мин в течение 30 мин (Eppendorf 5415R). В полученной сыворотке устанавливали уровень L-лактата.
Концентрацию L-лактата в образцах определяли ферментно-оксидазным методом согласно реакции:
L-лактат + O2 (лактатоксидаза) ^ пируват + H2O2, H2O2 + 4-аминоантипирин +
+ М-этил-Ы-(2 гидрокси-3-сульфопропил)т-тулоидин ^
^ (пероксидаза) окрашенный продукт + 4Н2О.
Для исследования использовали тест-систему фирмы ЯЛКБОХ (Великобритания).
Стандартный раствор Ь-лактата, ферменты, буферные растворы, входящие в тест-систему, не требовали преподготовки и были полностью готовы для проведения исследования по рекомендации фирмы-изготовителя.
Измерение образцов проводили на спектрофотометре 8И SЫmadzu ИУ 1800 при длине волны 550 нм.
Концентрацию Ь-лактата в сыворотке крови рассчитывали по формуле: Концентрация Ь-лактата =
экстинция образца . , .
=- х концентрация стандарта (ммоль/л).
экстинция стандарта
Тест Купера (беговой тест Купера) - это тест на физическую подготовленность организма человека. Он был создан американским доктором Кеннетом Купером в 1968 г. для армии США. Тест заключается в 12-минутном беге, пройденное расстояние фиксируется, и на основе этих данных делаются выводы о состоянии организма в спортивных или медицинских целях. При выполнении теста задействуется 2/3 мышечной массы.
2. Результаты и их обсуждение
Гликолитический механизм ресинтеза аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) в скелетных мышцах заканчивается образованием молочной кислоты (Ь-лактата), которая затем поступает в кровь. Основное количество молочной кислоты поступает в кровь из скелетных мышц, мозга и эритроцитов [1, 4].
Поступление Ь-лактата в кровь после прекращения работы происходит постепенно, достигая максимума на 3-7-й минуте после окончания работы. Норма содержания Ь-лактата в крови в состоянии относительного покоя составляет 0.5-2.0 ммоль/л (15-30 мг%) и существенно возрастает при выполнении интенсивной физической работы [2]. Концентрация Ь-лактата на уровне 2-4 ммоль/л соответствует аэробно-анаэробной транзитной зоне. Условная граница анаэробного обмена соответствует 4 ммоль лактата в 1 л крови и обозначается как порог анаэробного обмена (ПАНО), или лактатный порог (рис. 1).
Рис. 1. Режимы бега (ЧСС - частота сердечных сокращений)
При выполнении теста на физическую подготовленность превышение уровня 4 ммоль/л, как правило, свидетельствует о достижении ПАНО. Это важная характеристика кислородного обеспечения нагрузки, отражающая мощность нагрузки при работе возрастающей интенсивности, при которой начинаются улавливаемые лабораторными методами анаэробные процессы энергообеспечения.
При этом накопление молочной кислоты в крови совпадает с усиленным образованием в мышцах, которое существенно повышается после напряженной кратковременной нагрузки и может достичь до 30 ммоль на 1 кг массы при изнеможении.
Концентрация Ь-лактата в крови является очень важным показателем интенсивности нагрузки. После энергичных физических нагрузок этот показатель повышается. Однако даже относительно небольшое увеличение концентрации Ь-лактата (до 6-8 ммоль/л) может ухудшить функциональное состояние спортсмена [4, 5]. Регулярно высокие показатели Ь-лактата ухудшают аэробные возможности спортсмена. У хорошо подготовленных спортсменов, тренирующихся на выносливость при медленной скорости бега, показатели лактата очень низкие и не превышают аэробного порога (около 2 ммоль/л). При данной интенсивности нагрузки энергообеспечение происходит полностью аэробным путем. При повышении скорости бега к энергообеспечению нагрузки подключается анаэробная система, и в мышцах начинает вырабатываться молочная кислота. Однако если скорость не слишком высокая, то молочной кислоты вырабатывается настолько мало, что основная ее часть нейтрализуется организмом. Таким образом, в организме сохраняется равновесие между выработкой и элиминацией (удалением) молочной кислоты, и концентрация Ь-лактата в этом случае находится в пределах 2-4 ммоль/л.
При определении лактата в крови студентов за контрольный уровень принимали стандарт концентрации Ь-лактата тест-системы фирмы ЯЛКБОХ, составляющий 4.44 ммоль/л. Результаты по содержанию Ь-лактата в крови добровольцев до физической нагрузки и после нее представлены в табл. 1.
Табл. 1
Уровень Ь-лактата в крови добровольцев до и после теста Купера (ммоль/л)
№ Вид физической нагрузки
Состояние покоя Бег
1 1.608 4.405
2 0.909 3.112
3 2.307 3.776
4 0.874 5.244
5 1.713 4.021
6 0.629 1.818
7 1.503 2.168
8 0.385 3.461
9 0.105 1.538
10 0.385 0.979
Из данных табл. 1 следует, что концентрация Ь-лактата в крови студентов (в состоянии покоя до физической нагрузки) находится в пределах физиологической нормы: 0.5-2.2 ммоль/л, что согласуется с результатами, полученными другими исследователями и методами [2, 6].
Обращает на себя внимание достаточно низкое количество молочной кислоты у добровольца № 9. При изучении анамнеза было выяснено, что студент
Рис. 2. Возможности теста Купера при определении физических способностей студентов: динамика концентрации Ь-лактата (моль/л) при физической нагрузке. Ромбы (нижняя кривая) - контроль до физической нагрузки. Квадраты (верхняя кривая) - концентрация Ь-лактата при физической нагрузке
в период проводимого эксперимента имел функциональное печеночное заболевание. По данным литературы [7, 8], такое низкое содержание Ь-лактата может свидетельствовать об отсутствии адекватной концентрации ферментов, продуцируемых клетками печени, для окисления пировиноградной кислоты (ПВК), либо о недостаточном количестве кислорода внутри клеток.
Результаты, отражающие уровень Ь-лактата при кратковременной физической нагрузке, были различными у испытуемых, но в пределах физиологической нормы (от 1 до 4 ммоль/л) для лиц, не занимающихся спортом (рис. 2).
Концентрация Ь-лактата после физической нагрузки у добровольца № 4 значительно превышает это значение по сравнению с другими студентами. Было выяснено, что этот студент занимается длительное время непрофессиональным бодибилдингом.
Повышенная концентрация лактата в крови (5.54 ммоль/л) после выполнения максимальной работы может свидетельствовать о более высоком уровне тренированности студента при хорошем спортивном результате или о большей метаболической емкости гликолиза, большей устойчивости его ферментов к смещению рН в кислую сторону по сравнению с другими студентами, принявшими участие в эксперименте.
Тест Купера показал, что 8 из 10 испытуемых имеют плохую физическую подготовку независимо от пола. И только двое студентов под № 1 и № 4 показали хорошие спортивные результаты, пробежав 2880 и 3400 м (соответственно) за 12 мин, что по таблице Купера (табл. 2) соответствует превосходной физической подготовке.
Известно, что порог анаэробного обмена характеризует квазиустойчивое состояние между продукцией метаболитов анаэробного гликолиза - Ь-лактата, Н+ и их утилизацией работающими органами. По мере повышения выносливости отмечается рост относительной величины метаболитов (Ь-лактата) в % от максимального потребления кислорода (У02 тах) [7, 8]. У02 тах - это интегральный показатель, характеризующий как мощность системы аэробного ре-синтеза АТФ, так и возможности сердечно-сосудистой и дыхательной систем к адекватному обеспечению кислородом работающих мышц [5, 7, 8].
Табл. 2
Оценка физической подготовленности по 12-минутному беговому тесту Купера
Физическая Преодоленное расстояние, м
подготовлен- Возраст, годы
ность 13- -19 20- -29 30- -39
м ж м ж м ж
Превосходная > 3000 > 2400 > 2800 > 2300 > 2700 > 2200
Отличная 2750- 2300- 2600- 2100- 2500- 2100-
3000 2400 2800 2300 2700 2200
Хорошая 2500- 2100- 2400- 1900- 2300- 1900-
2750 2300 2600 2100 2500 2000
Удовлетвори- 2200- 1900- 2100- 1800- 2100- 1700-
тельная 2500 2100 2400 1900 2300 1900
Плохая 2100- 1600- 1950- 1550- 1900- 1500-
2200 1900 2100 1800 2100 1700
Очень плохая < 2100 < 1600 <1959 < 1550 < 1900 < 1500
Студенты, участвующие в нашем эксперименте, не имели систематических физических нагрузок, то есть у них отсутствовал показатель тренированности (кроме двух). Согласно [8], у них показатель L-лактата соответствует менее 50% от VO2 max.
Заключение
Высоко тренированные спортсмены в течение более 1 ч способны выполнять нагрузку, интенсивность которой может составлять более 80% от величины VO2 max. Нетренированные люди могут выполнять нагрузку только меньшей продолжительности и интенсивности (50-60% от VO2 max) [9].
Как было описано выше, важнейшим показателем тренированности организма, тесно связанным с VO2 max, является анаэробный порог. Он соответствует нагрузке, при которой начинает происходить накопление в организме молочной кислоты, что указывает на включение в процесс энергообеспечения анаэробных (бескислородных) механизмов образования энергии. Кроме того, это свидетельствует о том, что механизмы транспорта и утилизации кислорода уже недостаточны для покрытия энергетических потребностей и, соответственно, для обеспечения высокоинтенсивной мышечной работы. Чем выше уровень анаэробного порога, тем лучше тренированность организма.
Таким образом, оценка функционального состояния позволяет объективно судить о течении обменных процессов. При выборе оптимальной продолжительности работы, обеспечивающей максимальную концентрацию лактата в мышцах, следует учитывать, что максимальное содержание лактата отмечается при использовании предельных нагрузок, продолжительность которых колеблется в пределах 1-6 мин. Увеличение продолжительности работы связано с уменьшением концентрации лактата в мышцах.
Для выбора оптимальной методики повышения анаэробных возможностей важно учитывать особенности накопления лактата при прерывистой работе максимальной интенсивности. Следовательно, показатель количества L-лактата в крови может рассматриваться как тест улучшения или ухудшения трениро-
ванности у лиц, занимающихся различными видами спорта, и нетренированных. Использование показателей динамического накопления L-лактата в крови при спортивных нагрузках у студентов дает возможность проводить отбор в различных видах спорта.
Биохимические методы занимают одно из ведущих мест в общем комплексе обследований и контроля за тренированностью спортсменов и могут быть полезными при контроле тренированности студентов. Благодаря достаточной точности и надежности они значительно дополняют и расширяют возможности оценки функционального состояния, позволяют объективно судить о течении обменных процессов и правильно оценивать степень тех или иных отклонений в состоянии здоровья. Кроме того, они позволяют следить за течением заболевания, за эффективностью проводимых реабилитационных и профилактических мероприятий, изучать направленность обменных процессов путем определения специфических промежуточных продуктов обмена в крови, слюне, моче и других средах.
Summary
L.A. Ganeeva, L. V. Kasatova, V.S. Skripova, Z.I. Abramova. Assessment of Changes in the Concentration of L-Lactate in the Blood of Students during the Cooper Test.
Measurements of the amount of L-lactate (lactic acid) in the blood serum of a group of volunteers (students attending general physical education classes) using the Cooper test were made. The content of L-lactate before and after the test was obtained. It was established that the release of lactic acid from the muscles into the blood under a short-term physical exercise (Cooper test) was different among the subjects; however, it was found to be within the physiological norm for individuals not involved in sports. It was confirmed that for non-athletes, the figure was 50 to 60% of maximum oxygen consumption (VO2 max). The results of this study can be used as criteria for the selection of individuals wishing to become professional sportsmen.
Key words: L-lactate, pyruvate, lactate dehydrogenase, anaerobic glycolysis, maximum oxygen consumption (VO2 max), Cooper test.
Литература
1. Кольман Я., Рем К.-Г. Наглядная биохимия. - М.: Мир, 2004. - 469 с.
2. Энциклопедия клинических лабораторных тестов / Под ред. К.У. Тица. - М: Ла-бинформ, 1997. - 944 с.
3. Жукова Л.А. Неотложная эндокринология. - М: Мед. информ. агентство, 2006. -160 с.
4. Никулин Б.А. Биохимические маркеры утомления и восстановления после физической нагрузки. - 2009. - URL: http://www.vera-lab.ru/info/49.html, свободный.
5. Van Montfoort M.C., Van Dieren L., Hopkins W.G., Shearman J.P. Effects of ingestion of bicarbonate, citrate, lactate, and chloride on sprint running // Med. Sci. Sports Exerc. -2004. - V. 36, No 7. - Р. 1239-1243.
6. Янсен П. ЧСС, лактат и тренировка на выносливость. - Мурманск: Тулома, 2006. -160 с.
7. Илюхин А.А. Функциональное состояние спортсменов, профессионально занимающихся автомобильным и мотоциклетным спортом. - 2011. - URL: http://lib.sportedu.ru/ Press/TPPEVS/2010N2/p23-28.htm, свободный.
8. AstrandP.O., Hultman E., Juhlin-Dannfelt A., Reynolds G. Disposal of lactate during and after strenuous exercise in humans // J. Appl. Physiol. - 1986. - V. 61, No 1. - P. 338-343.
9. Попцов В.Н. Некоторые аспекты спортивной физиологии применительно к видам спорта на выносливость // Журн. «Лыжные гонки». - 1998. - № 1 (7). - С. 3-8.
Поступила в редакцию 15.06.11
Ганеева Лилия Ахатовна - кандидат биологических наук, научный сотрудник кафедры биохимии Казанского (Приволжского) федерального университета.
E-mail: [email protected]
Касатова Людмила Васильевна - кандидат биологических наук, доцент, заведующая кафедрой физического воспитания и спорта Казанского (Приволжского) федерального университета.
Скрипова Вера Сергеевна - студент кафедры биохимии Казанского (Приволжского) федерального университета.
Абрамова Зинаида Ивановна - доктор биологических наук, профессор кафедры биохимии Казанского (Приволжского) федерального университета.
E-mail: [email protected]
