Биохимический анализ крови в спорте

Биохимические исследования в спортивной практике проводятся либо самостоятельно, либо входят в комплексный медико- биологический контроль подготовки спортсменов высокой квалифика­ции.

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ БИОХИМИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ:

— Оценка уровня общей и специальной тренированности спортсмена (необходимо отметить, что биохимические исследования более эффек­тивны для характеристики общей тренированности, т. е. физической подготовки спортсмена. Специальная тренированность в значительной мере зависит от технической, тактической и психологической подго­товки спортсмена).

— Оценка соответствия применяемых тренировочных нагрузок функциональному состоянию спортсмена, выявление перетренирован­ности.

— Контроль протекания восстановления после тренировки.

— Оценка эффективности новых методов и средств развития скоростно-силовых качеств, повышения выносливости, ускорения восста­новления и т. п.

— Оценка состояния здоровья спортсмена, обнаружение начальных симптомов заболеваний.

МЕТОДЫ БИОХИМИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ

Особенностью проведения биохимических исследований в спорте является их сочетание с физической нагрузкой. Это обусловлено тем, что в состоянии покоя биохимические параметры тренированного спортсмена находятся в пределах нормы и не отличаются от анало­гичных показателей здорового человека.

Однако характер и выражен­ность возникающих под влиянием физической нагрузки биохимиче­ских сдвигов существенно зависят от уровня тренированности и функционального состояния спортсмена. Поэтому при проведении биохимических исследований в спорте пробы для анализа (например, крови или мочи) берут до тестирующей физической нагрузки, во вре­мя ее выполнения, после ее завершения и в разные сроки восстанов­ления.

Физические нагрузки, используемые для тестирования, можно раз­делить на два типа: стандартные и максимальные.

Стандартные физические нагрузки являются строго дозирован­ными. Их параметры определены заранее. При проведении биохи­мического контроля в группе спортсменов (например, игроков од­ной команды, членов одной спортивной секции и т. п.) эти нагрузки должны быть доступными для всех испытуемых и хорошо воспроиз­водимыми.

В качестве таких нагрузок могут использоваться Гарвардский степ- тест, работа на велоэргометре и на других тренажерах, бег на тредбане. При использовании Гарвардского степ-теста (подъем на скамейку вы­сотой 50 см для мужчин и 40 см — для женщин) заранее задаются высо­та скамейки, частота восхождения (высота скамейки и темп выполне­ния нагрузки обусловливают мощность выполняемой работы) и время выполнения этого теста.

При выполнении стандартной работы на велоэргометре и других тренажерах задается усилие, с которым производится вращение педа­лей, или масса отягощения, темп выполнения нагрузки (в случае вело- тренажера — частота вращения педалей) и продолжительность нагрузки.

При работе на тредбане («бегущая дорожка») регламентируются угол наклона дорожки, скорость движения ленты и время, отводимое на выполнения нагрузки.

В качестве стандартной работы можно также использовать цикли­ческие упражнения, такие как бег, спортивная ходьба, гребля, плава­ние, бег на лыжах, езда на велосипеде, бег на коньках и т. п., выпол­няемые всеми испытуемыми с одинаковой скоростью в течение заранее установленного времени или на одной и той же дистанции.

Из всех описанных стандартных нагрузок все же более предпочти­тельна работа на велотренажере, так как в этом случае объем выпол­ненной работы может быть определен с большой точностью и мало за­висит от массы тела испытуемых.

При оценке уровня тренированности с помощью стандартных на­грузок желательно подбирать группы спортсменов примерно одинако­вой квалификации.

Стандартная нагрузка также может быть использована для оценки эффективности тренировок одного спортсмена. С этой целью биохими­ческие исследования данного спортсмена проводятся на разных этапах тренировочного процесса с использованием одних и тех же стандарт­ных нагрузок.

Максимальные, или предельные, физические нагрузки (работа «до отказа») не имеют заранее заданного объема. Они могут выполняться с за­данной интенсивностью в течение максимального времени, возможного для каждого испытуемого, или в течение заданного времени, или на опре­деленной дистанции с максимально возможной мощностью. В этих случа­ях объем нагрузки определяется тренированностью спортсмена.

В качестве максимальных нагрузок можно использовать описанные выше Гарвардский степ-тест, велоэргометрическую пробу, бег на тред­бане, выполняемые «до отказа». «Отказом» следует считать снижение заданного темпа (частоты восхождения на скамейку или вращения пе­далей, скорости бега на тредбане).

Работой «до отказа» также являются соревновательные нагрузки в ряде видов спорта (например, гимнастические и легкоатлетические уп­ражнения, спортивная ходьба, гребля, плавание, велогонки, бег на лы­жах и коньках).

Стандартные и максимальные нагрузки могут быть непрерывными, ступенчатыми и интервальными.

Для оценки общей тренированности (общей физической подготовки — ОФП) обычно используются стандартные нагрузки, неспецифические для данного вида спорта (для исключения влияния технической и так­тической подготовки обследуемых спортсменов). Примером такой не­специфической нагрузки может быть велоэргометрический тест.

Оценка специальной тренированности проводится чаще всего с применением упражнений, свойственных соответствующей спортивной специализации.

Мощность тестирующих нагрузок (стандартных и максимальных) определяется задачами биохимического контроля.

Для оценки анаэробной работоспособности используются нагрузки в зоне максимальной и субмаксимальной мощности. Аэробные воз­можности спортсмена определяются с помощью нагрузок в зоне боль­шой и умеренной мощности.

ОБЩАЯ НАПРАВЛЕННОСТЬ БИОХИМИЧЕСКИХ СДВИГОВ В ОРГАНИЗМЕ ПОСЛЕ ВЫПОЛНЕНИЯ СТАНДАРТНЫХ И МАКСИМАЛЬНЫХ НАГРУЗОК В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УРОВНЯ ТРЕНИРОВАННОСТИ

Биохимические сдвиги, возникающие после выполнения стандарт­ной нагрузки, обычно тем больше, чем ниже уровень тренированности спортсмена. Поэтому одинаковая по объему стандартная работа вызы­вает выраженные биохимические изменения у слабо подготовленных испытуемых и мало влияет на биохимические показатели хорошо тре­нированных атлетов.

Например значительное увеличение содержания в крови лактата после стандартной нагрузки указывает на низкие воз­можности аэробного энергообразования, вследствие чего мышцам пришлось для энергообеспечения выполняемой работы в значительной мере использовать гликолитический ресинтез АТФ. У спортсменов с высоким уровнем тренированности хорошо развито аэробное энерго­обеспечение (тканевое дыхание), и оно при выполнении стандартной нагрузки является основным источником энергии, в связи с чем по­требность в гликолитическом способе образования АТФ мала, что в итоге проявляется лишь незначительным повышением в крови концен­трации лактата.

Уменьшение концентрации молочной кислоты на разных этапах подготовки одного и того же спортсмена после одинаковой стандарт­ной работы свидетельствует о росте тренированности и аэробных воз­можностей организма. Отсутствие снижения или возрастание содержа­ния лактата в крови, наоборот, указывают на неэффективность трени­ровочного процесса.

После выполнения максимальной нагрузки биохимические измене­ния чаще всего пропорциональны степени подготовленности спортсме­нов. Это объясняется тем, что испытуемые высокой квалификации вы­полняют максимальную работу большего объема и их организм менее чувствителен к возникающим биохимическим и функциональным сдвигам. В этом случае резкое возрастание уровня лактата в крови по­сле максимальной нагрузки в зоне субмаксимальной мощности свиде­тельствует о высоких возможностях гликолитического пути ресинтеза АТФ и о резистентности организма к повышению кислотности.

Незна­чительный подъем содержания молочной кислоты в крови, наблюдае­мый после максимальных нагрузок субмаксимальной мощности, на­оборот, указывает на слабое развитие гликолиза (например, вследст­вие невысокой концентрации мышечного гликогена, низкой активно­сти ферментов гликолиза) и на слабую резистентность организма к накоплению лактата. В связи с этим у слабо подготовленных «отказ» при выполнении максимальной работы наступает раньше, что нахо­дит отражение в объеме проделанной работы и глубине возникающих в организме сдвигов. При этом наблюдается низкий спортивный ре­зультат.

ОБЪЕКТЫ БИОХИМИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ

Кровь

Для проведения биохимических исследований обычно используют капиллярную кровь, взятую из пальца или мочки уха. Венозную кровь исследуют в тех случаях, когда необходимо определить много биохи­мических показателей и для анализа требуется большое количество крови.

Забор крови для биохимического анализа чаще всего производится до выполнения физической нагрузки и после ее завершения (примерно через 5 мин). Иногда для изучения динамики биохимических сдвигов во время выполнения работы, а также для оценки восстановительных процессов взятие крови может проводиться в разные моменты в период работы и восстановления.

В спортивной практике при анализе крови определяются следую­щие показатели:

— количество форменных элементов (эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов);

— концентрация гемоглобина;

— водородный показатель (рН);

— щелочной резерв крови;

— концентрация белков плазмы;

— концентрация глюкозы;

— концентрация лактата;

— концентрация жира и жирных кислот;

— концентрация кетоновых тел;

— концентрация мочевины.

Биологическое значение перечисленных биохимических показате­лей, их величины в покое, а также их изменение под влиянием физиче­ских нагрузок описано выше в главах 12 «Биохимия крови» и 16 «Био­химические сдвиги в организме при мышечной работе».

Необходимо еще раз подчеркнуть, что при интерпретации результа­тов биохимических исследований нужно обязательно учитывать харак­тер выполненной физической работы.

Моча

В связи с возможностью инфицирования при взятии крови (напри­мер, заражение гепатитом или СПИДом) в последнее время объектом биохимического контроля в спорте становится моча.

Для проведения биохимических исследований может быть исполь­зована суточная моча (т. е. моча, собранная в течение суток), а также порции мочи, полученные до и после выполнения физических нагру­зок.

В суточной моче обычно определяют креатининовый коэффици­ент — выделение креатинина с мочой за сутки в расчете на 1 кг мас­сы тела. У мужчин выделение креатинина колеблется в пределах 18-32 мг/сутки-кг, у женщин — 10-25 мг/сутки-кг. Креатининовый коэффициент характеризует запасы креатинфосфата в мышцах и коррелирует с мышечной массой. Поэтому величина креатининового коэффициента позволяет оценить возможности креатинфосфатного ресинтеза АТФ и степень развития мускулатуры. По этому показа­телю можно также оценить динамику увеличения запасов креатин­фосфата и нарастания мышечной массы у отдельных спортсменов в ходе тренировочного процесса.

Для проведения биохимического анализа также используются пор­ции мочи, взятые до и после нагрузки. В этом случае непосредственно перед выполнением тестирующих нагрузок испытуемые должны пол­ностью опорожнить мочевой пузырь, а сбор мочи после нагрузки осу­ществляется через 15-30 мин после ее выполнения. Для оценки течения восстановительных процессов могут быть исследованы порции мочи, полученные на следующее утро после выполнения тестирующей на­грузки.

Исследования, выполненные на кафедре биохимии СПбГАФК им. П.Ф. Лесгафта, выявили четкую корреляцию между изменениями био­химических показателей крови и мочи, вызванными физической рабо­той, причем в моче наблюдался более высокий рост этих показателей. В качестве примера на рис. 22 приведены данные о влиянии велоэрго- метрической нагрузки в зоне большой мощности на показатели сво- боднорадикального окисления — диеновые конъюгаты, ТБК-зависимые продукты, шиффовы основания (см. главу 17 «Молекулярные механиз­мы утомления) и уровень лактата крови и мочи.

— до нагрузки

— после нагрузки

Мочадиеновые ТБК-зависимые шиффовы основания лактатконъюгаты продукты (усл. ед./л) (мкмоль/л) (усл. ед./мл) (ммоль/л) Рис. 22. Изменение биохимических показателей крови и мочи под влиянием велоэргометрической нагрузкиКак видно из рисунка, для всех исследованных показателей, кроме шиффовых оснований, значительно большие сдвиги под влиянием физической нагрузки обнаруживаются в моче. Например, уровень лактата в крови повысился немногим более чем в 2 раза, в то время как в моче отмечается увеличение содержания лактата в 11 раз.

Это различие может быть обусловлено тем, что в моче во время выполне­ния физических нагрузок происходит постепенное накопление (куму- лирование) поступающих из крови химических соединений, приво­дящее после завершения работы к значительному повышению их со­держания в моче. Кроме того, физические нагрузки вызывают не только изменение содержания в моче ее ингредиентов, но и приводят к появлению в ней веществ, отсутствующих в состоянии покоя, — так называемых патоло­гических компонентов (см. главу 16 «Биохимические сдвиги в организ­ме при мышечной работе»).

В спортивной практике при проведении анализа мочи, полученной до и после выполнения тестирующих нагрузок, обычно определяются следующие физико-химические и химические показатели:

— объем (диурез);

— плотность (удельный вес);

— кислотность (рН);

— сухой остаток;

— лактат;

— мочевина;

— показатели свободнорадикального окисления (диеновые конъюга- ты, ТБК-зависимые продукты, шиффовы основания);

— патологические компоненты (белок, глюкоза, кетоновые тела).

Перечисленные биохимические показатели мочи были подробнорассмотрены в главах 13 «Биохимия почек и мочи» и 16 «Биохимиче­ские сдвиги в организме при мышечной работе». При оценке обнаруженных изменений в порциях мочи после вы­полнения тестирующих нагрузок необходимо исходить из их характе­ра. У хорошо подготовленных спортсменов стандартные нагрузки при­водят к незначительному изменению физико-химических свойств и хи­мического состава мочи. У малотренированных, наоборот, эти сдвиги весьма существенны. После выполнения максимальных нагрузок более выраженные изменения показателей мочи обнаруживаются у спорт­сменов высокой квалификации.

Отдельно следует остановиться на особенностях экскреции мочеви­ны с мочой после завершения мышечной работы. В литературе приво­дятся данные как об увеличении, так и о снижении выделения мочеви­ны после физической нагрузки. Эта противоречивость обусловлена разным временем забора проб мочи. На кафедре биохимии СПбГАФК им. П.Ф. Лесгафта подробно изучена динамика экскреции мочевины после выполнения стандартных нагрузок большой мощности. Оказа­лось, что в порциях мочи, взятых для анализа через 15-30 мин после выполнения нагрузки, содержание мочевины обычно понижено по сравнению с ее экскрецией до начала работы, причем это более выра­жено у слабо подготовленных испытуемых.

Обнаруженное явление можно объяснить тем, что при выполнении работы ухудшается экскре­торная функция почек (в главе 16 «Биохимические сдвиги в организме при мышечной работе» отмечалось, что при выполнении продолжи­тельной физической работы уровень мочевины в крови может возрас­тать в несколько раз, что и является свидетельством уменьшения по­чечной экскреции). В порциях мочи, взятых утром на следующий день после выполнения нагрузки, обнаруживается повышенное по сравне­нию с уровнем покоя содержание мочевины.

Здесь также прослежива­ется зависимость выделения мочевины от уровня тренированности: у малотренированных экскретируются большие количества мочевины, а у спортсменов высокой квалификации ее содержание лишь незначи­тельно превышает дорабочий уровень. В последнее время при анализе мочи все большее применение нахо­дят методы экспресс-диагностики. Эти очень простые методы (в основ­ном с использованием индикаторной бумаги) позволяют в любых усло­виях оперативно проводить исследование мочи, причем это могут де­лать не только специалисты-биохимики, но и тренеры и сами спорт­смены.

С помощью экспресс-методов можно быстро определить в пор­циях мочи концентрацию мочевины, наличие белка, глюкозы, кетоно­вых тел, измерить величину рН. Недостатком экспресс-контроля явля­ется низкая чувствительность используемых методик. К методам экспресс-контроля можно также отнести цветную оса­дочную реакцию по Я.А. Кимбаровскому (ЦОРК). Эта реакция прово­дится следующим образом: к порции исследуемой мочи добавляется раствор азотнокислого серебра. При последующем нагревании выпада­ет окрашенный осадок.

Интенсивность реакции Кимбаровского выра­жается в условных единицах, исходя из цвета и насыщенности окраски полученного осадка, с использованием специальной цветной шкалы. Величины ЦОРК коррелируют с глубиной биохимических и физиоло­гических сдвигов, возникающих под влиянием физической нагрузки, в том числе с изменением содержания мочевины в крови. Поэтому с по­мощью ЦОРК можно косвенно судить о концентрации мочевины в крови.