IX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

ХИМИЯ В ЖИЗНИ СПОРТСМЕНА. ЗНАЧЕНИЕ И ПРОБЛЕМЫ

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Наконечникова Е.А. 1

---

1ДО ГДЮСШ

Шолухов В.Э. 1Харченко С.В. 2

---

1МБОУ ДО СДЮСШ

276

Работа в формате PDF

176.4 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителяСвидетельство руководителя

Введение

Влияние химических процессов на физическое состояние спортсменов доказано не только основами химии Дмитрия Менделеева. То, что на основании химических реакций в организме спортсмена образуется адреналин не секрет для каждого человека. Тем более что это приемлемо не только для спортсменов, но у спортсменов особенно. В настоящее время доказано, что влияние химических реакций на жизнь и здоровье людей разнообразно. Но если людям вообще результаты таких реакций вносят изменения в их жизнь косвенно, то спортсмены испытывают влияние преобразования собственного состояния напрямую. Такие трансформации организма влияют на результаты спортивных состязаний. Организация способная повлиять на такие процессы положительно, может помочь своим воспитанникам увеличить свои достижения. Общеобразовательная физическая подготовка не имеет своей целью вмешиваться в динамизм развития детей. Там необходимо только исполнение обязательных минимальных норм. Дополнительные и специальные программы в регионах реализуют МБОУ ДО, именно там происходит разработка занятий через дополнение к основным образовательным программам собственных методических разработок. Поэтому наибольшую актуальность в физическом развитии на различных стадиях подготовки, как в интеллектуальном, так и в спортивном направлении представляет собой анализ химических процессов в организме детей и подростков. Особенно спортсменов.

Цель работы: исследовать влияние химии на развитие организма спортсменов и определить проблемы возникающие при этом.

Отсюда следуют задачи:

определить виды процессов происходящих при входе организма в различные состояния при тренировках и соревнованиях;

выявить причины различных состояний организма;

предложить варианты применения полученных результатов исследований.

1. Химические основы спортивной подготовки

Актуальность влияния химических наук в спортивной подготовке сложно переоценить. Без исследований и знаний, которые проводились учеными в этой области, медицина и фармацевтика не получили бы своего развития, человечество не было бы вооружено антибиотиками и прививками и было бы бессильно против вирусов. Рассмотрим конкретный пример. Количество эритроцитов в крови — очень важный для спортсмена показатель: от него зависит, насколько эффективно кровь переносит кислород и углекислый газ и, следовательно, с какой интенсивностью протекают обменные процессы. Поэтому массу эритроцитов предлагают увеличивать при помощи так называемого кровяного допинга. Перед соревнованиями переливают спортсмену кровь или ее продукты, например эритроциты. Кровь заранее забирают у самого спортсмена либо переливают чужую; иногда перед переливанием ее облучают ультрафиолетом. Понятно, что процедура это небезвредная: возможны и проблемы с иммунитетом (даже в случае «своей» крови, поскольку при хранении неизбежен распад клеток), и осложнения на почки, и заражение инфекционными заболеваниями, и, наконец, просто перегрузка кровеносной системы. В качестве примера можно привести еще один: анализ деятельности секретина — гормона, который регулирует выброс сока поджелудочной железы в кишечник, вследствие чего переваривание пищи происходит быстрее и спортсмен может планировать тренировки и соревнования. Также учеными была подробно описана роль гормонов в качестве химических посредников. Позднее было признано огромное значение этого открытия, так как было установлено, что все живое на Земле в конечном итоге зависит от фотосинтеза. Физическая деятельность спортсмена находится за пределами «общечеловеческой» нормы и его организм работает на крайнем пределе возможностей. Неоспоримо, что спортсмену нужен особый режим питания, увеличенные количества витаминов и минеральных элементов и режим этот должен учитывать как личные особенности спортсмена, так и особенности момента: идут ли тренировки, предстоит ли завтра ответственный матч или отдых после матча. Разумное решение для спортивного врача — во время эпидемии или после перелета в другой климатический пояс назначить подопечным иммуностимулирующие препараты. Ведь как будет обидно, если пустячный грипп перечеркнет несколько лет тренировок! Далее, профессиональный спорт — занятие нервное, и многие спортсмены, как и полагается творческим личностям, подвержены перепадам настроения, и значит, не обойтись без психостабилизирующих средств. Наконец экстремальные нагрузки приводят к травмам, а мышечные судороги и болезни сердца — все это тоже надо учитывать.

Федеральным законом от 04.12.2007 N 329-ФЗ (ред. от 02.08.2019) "О физической культуре и спорте в Российской Федерации" в п.2 статьи 28. «Физическая культура и спорт в системе образования» предусмотрено проведение обязательных занятий физической культурой и спортом в пределах основных образовательных программ, а также дополнительных (факультативных) занятий физической культурой и спортом в пределах дополнительных общеобразовательных программ. В этой связи именно дополнительному образованию приходится заниматься дополнительными программами, учитывающими специальный подход к тренировкам и организации соревновательного процесса. Однако процесс питания они не контролируют, а вносят лишь рекомендации, которые спортсмены не всегда выполняют.

Обмен энергии в организме – одно из главных и постоянных проявлений его жизнедеятельности. Благодаря обмену обеспечивается рост и развитие организма, стабильность его структур, способность к самовосстановлению. Сильное влияние на обмен веществ оказывает мышечная деятельность. С увеличением физической нагрузки повышаются энергозатраты, для восполнения которой требуются питательные вещества. Мы опросили ряд групп спортивной подготовки ГДЮСШ г. Краснодара (таблица 1).

Таблица 1 Программы дополнительной подготовки ГДЮСШ г. Краснодара

Результаты показали, что потребность в питательных веществах особенно повышается при повышении нагрузок и перед соревнованиями.

Для опроса, проведенного нами, подготовлены следующие темы вопросов спортсменам по пятибалльной шкале (таблица 2):

1. Увеличивается ли аппетит перед соревнованиями?

2. Какие группы продуктов входят в рацион основного питания?

3. Какие группы продуктов входят в рацион питания непосредственно перед соревнованиями?

4. Затрудняюсь ответить.

В таблице находятся некоторые проанализированные результаты анкет различных спортивных групп подготовки.

Таблица 2 Результаты опроса оппонентов различных групп подготовки по продуктам питания

Таким образом, можно сделать вывод, что с возрастом у спортсменов обостряется аппетит перед соревнованиями, причем наибольшим является выбор белковых продуктов (таблица 2). Следующим этапом является: ответить - «Что влияет на выбор продуктов?»

2. Анализ взаимозависимости химических процессов в организме спортсмена и его физического развития

Зависимости химических процессов в организме спортсмена и его физического развития существовали всегда. Отсутствие или недостаток элементарного Н2О (воды) привело к смерти первого марафонца. То есть в организме человека отсутствовали, или были недостаточными химические элементы. Организм человека, и уж тем более спортсмена, никогда не функционировал в "линейном" (неизменном) режиме. Очень часто тренировочный процесс может заставить спортсмена перейти на предельно возможные для него "обороты". Для того, чтобы выдержать нагрузку, организм начинает оптимизировать свою работу под данный тип стресса. Для этого необходимо понимать, что нужно специальное питание. То есть обеспечение достаточных калорий для выполнения определенных процессов, их должно быть достаточно.

Если рассматривать именно силовой тренинг (бодибилдинг, пауэрлифтинг, тяжелая атлетика и пр.), то первым, кто подает сигнал в теле человека о необходимых временных перестройках (адаптация) являются наши мышцы.
Мышечная деятельность вызывает изменения не только в работающем волокне, но и приводит к биохимическим изменениям во всем организме.

Усилению мышечного энергетического обмена предшествует значительное повышение активности нервной и гуморальной систем.
Перед стартом активизируется действие гипофиза, коры надпочечников, поджелудочной железы. Совместное действие адреналина и симпатической нервной системы приводит к: повышению ЧСС, увеличению объема циркулирующей крови, образованию в мышцах и проникновению в кровь метаболитов энергетического обмена (СО2, СН3-СН (ОН)-СООН, АМФ).

Поэтому идет перераспределение ионов калия, что приводит к расширению кровеносных сосудов мышц, сужению сосудов внутренних органов. Вышеуказанные факторы приводят к перераспределению общего кровотока организма, улучшая доставку кислорода к работающим мышцам.
Поскольку внутриклеточных запасов макроэргов хватает на непродолжительное время, то в предстартовом состоянии происходит мобилизация энергетических ресурсов организма. Под действием адреналина (гормон надпочечников) и глюкагона (гормон поджелудочной железы) усиливается распад гликогена печени до глюкозы, которая током крови переносится к работающим мышцам. Внутримышечный и печеночный гликоген - субстрат для ресинтеза АТФ в креатинфосфатных и гликолитических процессах (рисунок 1).

Рисунок 1 Химические процессы организма спортсмена

С увеличением продолжительности работы (стадия аэробного ресинтеза АТФ), основную роль в энергообеспечении мышечного сокращения начинают играть продукты распада жиров (жирные кислоты и кетоновые тела). Липолиз (процесс расщепления жиров) активируется адреналином и соматотропином (он же "гормон роста"). В это же время усиливается печеночный «захват» и окисление липидов крови. В результате печень выбрасывает в кровяное русло значительные количества кетоновых тел, которые доокисляются до углекислого газа и воды в работающих мышцах. Окисление липидов и углеводов протекают параллельно, а от количества последних зависит функциональная активность головного мозга и сердца. Поэтому, в период аэробного ресинтеза АТФ протекают процессы глюконеогенеза - синтез углеводов из веществ углеводородной природы. Регулирует этот процесс гормон надпочечников - кортизол. Основным субстратом глюконеогенеза являются аминокислоты. В незначительных количествах образования гликогена происходит и из жирных кислот (печень).

Переходя из состояния покоя к активной мышечной работе, потребность в кислороде значительно возрастает, поскольку последний является конечным акцептором электронов и протонов водорода системы дыхательной цепи митохондрий в клетках, обеспечивая процессы аэробного ресинтеза АТФ.

На кислородное обеспечение работающих мышц влияет «закисление» крови метаболитами процессов биологического окисления (молочная кислота, углекислый газ). Последние воздействуют на хеморецепторы стенок кровеносных сосудов, которые передают сигналы в ЦНС, усиливая активность дыхательного центра продолговатого мозга (участок перехода головного мозга в спинной).

Кислород из воздуха распространяется в кровь через стенки легочных альвеол (см. рисунок) и кровеносных капилляров вследствие разности его парциальных давлений:

600px-Respiratory_system_complete_ru.svg.png​

1) Парциальное давление в альвеолярном воздухе - 100-105 мм. рт. ст

2) Парциальное давление в крови в состоянии покоя - 70-80 мм. рт. ст

3) Парциальное давление в крови при активной работе - 40-50 мм. рт. ст

Только небольшой процент кислорода, поступающего в кровь, растворяется в плазме (0.3 мл на 100 мл крови). Основная часть связывается в эритроцитах гемоглобином:

Hb + O2 -> HbO2​

​

Гемоглобин - белковая мультимолекула, состоящая из четырех вполне самостоятельных субъединиц. Каждая субъединица связана с гемом (гем - железосодержащая простетическая группа).

Присоединение кислорода к железосодержащей группе гемоглобина объясняют понятием родства. Родство к кислороду в различных белках различно и зависит от структуры белковой молекулы.

Молекула гемоглобина может присоединять 4 молекулы кислорода. На способность гемоглобина связывать кислород влияют следующие факторы: температура крови (чем она ниже, тем лучше связывается кислород, а ее повышение способствует распаду окси-гемоглобина); щелочная реакция крови.

После присоединения первых молекул кислорода, кислородная родство гемоглобина повышается в результате конформационных изменений полипептидных цепей глобина.

Обогащенная в легких кислородом кровь поступает в большой круг кровообращения (сердце в состоянии покоя перекачивает ежеминутно 5-6 литров крови, транспортируя при этом 250 - 300 мл О2). Во время же интенсивной работы за одну минуту скорость перекачки возрастает до 30-40 литров, а количество кислорода, что переносится кровью, составляет 5-6 литров.

Попадая в работающие мышцы (благодаря наличию высоких концентраций СО2 и повышенной температуре) происходит ускоренный распад оксигемоглобина:

H-Hb-O2 -> H-Hb + O2​

​Поскольку давление углекислого газа в ткани больше, чем в крови, то освобожденный от кислорода гемоглобин обратимо связывает СО2, образуя карбаминогемоглобин:

​H-Hb + СО2 -> H-Hb-CO2​

который распадается в легких до углекислого газа и протонов водорода:

H-Hb-CO2 -> H + + Hb-+ CO2​

Протоны водорода нейтрализуются отрицательно заряженными молекулами гемоглобина, а углекислый газ выводится в окружающую среду:

H + + Hb -> H-Hb​

Несмотря на определенную активацию биохимических процессов и функциональных систем в предстартовом состоянии, при переходе из состояния покоя к интенсивной работе наблюдается определенный дисбаланс между потребностью в кислороде и его доставкой. Количество кислорода, которое необходимо для удовлетворения организма при выполнении мышечной работы, называется кислородным спросом организма. Однако, повышенная потребность кислорода какое-то время не может быть удовлетворена, потому необходимо некоторое время, чтобы усилить деятельность систем дыхания и кровообращения. Поэтому, начало любой интенсивной работы происходит в условиях недостаточного количества кислорода - кислородного дефицита.

Если работа осуществляется с максимальной мощностью за короткий промежуток времени, то потребность в кислороде так велика, что не может быть удовлетворена даже максимально возможным поглощением кислорода. Например, при беге на 100 м, организм снабжается кислородом на 5-10%, а 90-95% кислорода поступает после завершения стартов. Избыток потребленного кислорода после выполненной работы называется кислородным долгом.

Начальная часть кислорода, идущая на ресинтез креатинфосфата (распавшегося при работе), имеет название алактатного кислородного долга; вторая же часть кислорода, идущего на устранение молочной кислоты и ресинтез гликогена, называется лактатным кислородным долгом.

Таким образом, все вышеизложенное позволяет сделать вывод, что спортсмену для реализации достижения наивысших результатов требуется обеспечить организм кислородом в достаточном объеме в нужное время.

В этой связи трансформация скорости метаболических процессов при мышечной деятельности зависит от:

- Общего количества мышц, которые участвуют в работе;

- Режима работы мышц (статический или динамический);

- Интенсивности и продолжительности работы;

- Количества повторов и пауз отдыха между упражнениями. То есть для выполнения перечисленного необходима разработка специальных методик тренировочного процесса, который требует индивидуальной подготовки каждого спортсмена. Следовательно, необходим персональный подход к подготовке каждого.

Заключение

На основании вышеизложенного:

1) Во время тренировочного процесса идет интенсивный расход различных ресурсов (кислород, жирные кислоты, кетоны, белки, гормоны и многое другое). Именно поэтому организм спортсмена постоянно нуждается в обеспечении себя полезными веществами (питание, витамины, пищевые добавки). Без подобной поддержки велика вероятность причинить вред здоровью.

2) При переходе в "боевой" режим телу человека требуется некоторое время, чтобы адаптироваться к нагрузке. Именно поэтому не стоит с первой минуты тренировки предельно себя нагружать - организм просто к этому не готов.

3) По окончании тренировки тоже нужно помнить, что опять же требуется время, чтобы тело из возбужденного состояния перешло в спокойное. 4) У организма человека есть свои пределы (ЧСС, давление, количество полезных веществ в крови, скорость синтеза веществ).

Таким образом, занятия физической культурой и спортом в пределах основных образовательных программ, а также дополнительных (факультативных) занятий физической культурой и спортом в МБОУ ДО ДЮСШ являются продуктивным звеном в общем образовании. В этой связи требуется методическое обеспечение взаимодействия спортивных и общеобразовательных школ России.

Литература

1. Общая химия. Учебник / Под ред. ДунаеваС.Ф.. - М.: Academia, 2017. - 160 c.

2. Общая и неорганическая химия: учебное пособие / Под ред. Денисова В.В., Таланова В.М.. - Рн/Д: Феникс, 2018. - 144 c.

3. Аликина, И.Б. Общая и неорганическая химия. лабораторный практикум.: Учебное пособие для вузов / И.Б. Аликина, С.С. Бабкина, Л.Н. Белова и др. - Люберцы: Юрайт, 2016. - 477 c.

4. Бабков, А.В. Общая, неорганическая и органическая химия: Учебное пособие / А.В. Бабков. - Ереван: МИА, 2015. - 568 c.

5. Бабков, А.В. Общая, неорганическая и органическая химия / А.В. Бабков. - М.: МИА, 2016. - 568 c.

6. Волков, А. Химия: общая, неорганическая и органическая. Полный курс подготовки к ЕГЭ: 2150 тестовых заданий с решениями / А. Волков. - М.: Омега-Л, 2017. - 304 c.