Полная версия
Биохимия в практике спорта
Иван Лапшин, Олег Кулиненков
Биохимия в практике спорта
Предисловие
Профессиональная тренировка в спорте высших достижений немыслима без контроля, том числе и лабораторного. Благодаря клиническим, биохимическим анализам появляется возможность контролировать процесс тренировки и управлять им.
В процессе планирования и построения тренировки тренер получает возможность подтвердить или опровергнуть свои предположения относительно адекватности направления тренировочного процесса, величины (объема, интенсивности) физической нагрузки. Биохимия в руках тренера становится мощным инструментом, расширяющим методологические возможности спортивной практики.
Спортсмен приучает себя ставить цель и достигать ее, опираясь на биохимические показатели и свои ощущения, объективно анализируя нагрузку. Он учится совершенствовать себя, имея мощный инструмент – знание своих индивидуальных констант, объективный уровень обменных процессов (энергетические ресурсы и их направленность, степень закисления внутренней среды организма, гормональный профиль и т. д.). Кроме того, при наличии пытливого ума эти знания помогут спортсмену быстрее освоить профессию тренера, если он решит посвятить ей свою жизнь.
При этом любительский спорт, особенно возрастной, получает возможность точно дозировать физическую нагрузку, соизмеряя ее с обменными процессами и уровнем здоровья.
Но авторы призывают взвешенно относиться как к избыточному, так и к недостаточному биохимическому обследованию при физической нагрузке. Необходимо четко следовать в каждом конкретном случае выработанному алгоритму биохимического сопровождения тренировочного процесса и непременному анализу полученных данных. Также стоит обратить внимание на контрольные цифры референтных значений, приведенных в результатах анализа, так как методы в разных лабораториях могут быть разными.
В книге не рассматриваются многие положения биохимии клинической медицины. В биохимическом аспекте даны понятия положений, касающиеся только спорта и тренировочного процесса.
Пользоваться книгой можно с любой страницы, предварительно заглянув в раздел «Список сокращений».
Внимание! Для того чтобы не нагружать спортсмена и лаборанта избыточным количеством анализов, снизить коммерческую составляющую обследования, необходимо предварительно посоветоваться с врачом-биохимиком, который имеет практический опыт работы в медицине спорта.
I. Биохимия спорта. Тактика и опыт использования биохимии в спорте
ТактикаУспехи биохимии, возрастание роли биохимических исследований, увеличение числа биохимических тестов привели к значительному росту как общего числа выполняемых лабораторных биохимических анализов, так и приходящихся на одного спортсмена. Будучи в основном позитивным, ведущим к получению более полной объективной информации о тренировочном процессе и здоровье спортсмена, этот процесс имеет и негативные стороны: увеличение частоты венепункций, потенциально повышающих риск распространения гепатита; увеличение материальных затрат и др. Необходимо стремиться к уравновешиванию клинических выгод и материальных расходов, связанных с развитием биохимии спорта. Одним из важных средств достижения этой цели являются правильная ориентация спортивного врача, тренера, биохимика в возможностях современной биохимии спорта и определение наиболее рациональных путей их использования в практике медицины спорта.
Точность диагностики повышается пропорционально не общему числу лабораторных исследований, а росту осознанной и использованной врачом и тренером информации о наиболее существенной для тренировочного процесса (или диагностики патологических состояний) динамики химического состава биожидкостей. Клиническая и экономическая важность сокращения сроков диагностического обследования также стимулируют тенденцию к рационализации лабораторного и, в частности, биохимического обследования.
Рациональная тактика биохимического обследования спортсмена вытекает из общих тактических принципов клинической лабораторной диагностики, которые состоят в следующем.
1. Лабораторные тесты, назначаемые обследуемому спортсмену, должны соответствовать целям и задачам определенных этапов подготовки спортсмена (тренировочного процесса) и самого соревнования, а также клиническим целям:
а) выявление ранее не наблюдавшегося отклонения от нормы – профилактическое обследование;
б) диагностическое, большей частью дифференциально-диагностическое обследование;
в) оценка эффективности принятых мер;
г) оценка степени восстановления нарушенных функций – прогностическое обследование, диспансерное наблюдение.
Цель исследования должна определять набор, комбинацию и частоту назначения тестов.
2. Поиск ранее не наблюдавшейся патологии может проводиться как «вслепую» – по широкому кругу тестов, так и направленно – по узкому набору тестов. Наиболее рационален целенаправленный поиск при выявлении фактора риска развития патологии. Находит распространение детерминированный в отношении всего контингента так называемый «вступительный скрининг», т. е. проведение каждому зачисленному в сборную команду спортсмену еще до знакомства с врачом заранее отобранного и установленного стандартного набора биохимических тестов.
3. Детерминированное назначение одновременного выполнения комплекса (констелляции) тестов предпочтительнее последовательного назначения этих же тестов, растянутого во времени. В состав комплекса обследования должны подбираться тесты, отвечающие задаче определенного этапа подготовки, его энергообеспечению и дифференциации от других форм в соответствии с наиболее высокими значениями диагностической чувствительности, специфичности и эффективности лабораторных тестов по отношению к данной нагрузке.
4. Более высокой формой рационализации лабораторной диагностики являются дифференциальные диагностические программы, включающие несколько комплексов, применяемых поэтапно. Комплекс 1-го этапа имеет ориентирующий характер; в зависимости от его результатов включается один из альтернативных комплексов 2-го (если нужно, и 3-го) этапа, позволяющий получить наиболее точную прогностическую информацию.
5. Лабораторные тесты должны назначаться с учетом их диагностической ценности и при различных стадиях патологического процесса у спортсмена (функциональное или нефункциональное перенапряжение, перетренированность, скрытое течение болезни и т. д.) и возможностей наблюдения течения этих процессов.
6. Стандартные нагрузочные тесты (в т. ч. и с фармакологическими пробами) обладают большей способностью выявлять скрытые и неявные изменения биохимических параметров, резервные возможности органов и систем, чем исследования в состоянии покоя. Назначение нагрузочных тестов должно проводиться с учетом состояния и возможных отрицательных эффектов пробы.
7. При биохимическом контроле результатов тренировочного действия определенной направленности следует учитывать возможное влияние фармакологической коррекции, лечебных воздействий, диагностических мероприятий.
Опыт использования биохимических исследований в практике спортаОпыт диктует следующие принципы, важные для правильного понимания результатов этих исследований.
1. Для целей спорта и клинической диагностики состояний, возникающих в практике спорта, представляют интерес: химический состав биологических жидкостей и тканей организма, распределение жидкости и химических компонентов между органами и тканями, процессы превращения веществ в целом организме и различных его органах и их регуляция с помощью ферментов и биологически активных соединений. Исследование может проводиться в пробах биологических жидкостей (кровь, моча, цереброспинальная жидкость, пот, пищеварительные соки и т. д.), патологических жидкостях (отечной, внутрисуставной и т. д.), а также в пробах выдыхаемого воздуха или с помощью введенных в организм датчиков (например, ионоселективных электродов).
2. При биохимическом исследовании биологических жидкостей следует помнить, что каждый отдельный определяемый показатель отражает деятельность многих органов и тканей, а также собственную функцию данной жидкости (транспортную, метаболическую, гомеостатическую, экскреторную и т. д.). Поэтому при интерпретации полученных результатов следует их рассматривать в свете одновременного действия многих факторов, нередко конкурирующих друг с другом, оценивать их относительное влияние на изучаемый биохимический параметр.
3. Все процессы жизнедеятельности подвержены колебательным изменениям, отражающим периодические воздействия внешних факторов (изменение солнечной и атмосферной активности, смена времен года, лунные месяцы, смена времен суток, прием пищи). Некоторые параметры испытывают очень существенные колебания, которые следует учитывать при трактовке результатов и сопоставлении данных, полученных в различные периоды соответствующего ритма. К ним могут относиться изменения циркадианного характера при смене часовых поясов, высоты над уровнем моря, изменение режима дня и т. д.
4. Биохимический состав биожидкостей и его изменения под влиянием стандартных нагрузок подвержены индивидуальным колебаниям у различных людей, отражая влияние пола, возраста, характера питания, характера и условий профессионального труда спортсмена, образа жизни, вредных привычек, генетических особенностей и т. п.
Учет этих факторов обязателен при трактовке результатов биохимических исследований во избежание ошибочных диагностических, прогностических решений.
5. При решении вопроса об отклонении биохимического параметра от нормы правильнее ориентироваться не на средние показатели, а на референтные (справочные) величины, получаемые с учетом влияния факторов, указанных в п.3 и 4. Сейчас пишут калькированно с английского – «референсные».
6. Для получения результатов биохимического анализа, правильно отражающих происходящие в организме изменения, необходимо обеспечить строгое соблюдение правил взятия проб биоматериала, условий его хранения и транспортировки в лабораторию. Выполнение этих правил полностью зависит от персонала и должно быть под постоянным контролем врача и тренера.
7. Трактуя результаты биохимических исследований, следует учитывать условия, в которых находится обследуемый спортсмен перед взятием пробы биоматериала, в том числе степень физической активности, положение тела (стоя, лежа), другие диагностические исследования (введение контрастных материалов, проведение нагрузочных проб, некоторые виды обследования и т. п.), лечебные меры (лекарственное, физиотерапевтическое, хирургическое лечение).
8. Диагностическое значение результата биохимического исследования зависит от степени связи исследуемого параметра с уровнем физической нагрузки, патологическим процессом. Поскольку большинство биохимических параметров отражает влияние не одного, а нескольких факторов (п.2), большая часть измененных показателей при биохимических исследованиях должна рассматриваться с позиций вероятностного, многофакторного подхода, и прогностическая ценность этих отклонений от нормы для каждого параметра должна рассчитываться на основе математического анализа значительного числа аналогичных случаев. При этом должны учитываться величины диагностической чувствительности, специфичности, эффективности лабораторных тестов.
9. Результаты биохимических исследований являются лишь частью сведений об обследуемом человеке. Учитывая высокую вариабельность физиологических и патологических процессов, в практике спортивной медицины в большинстве случаев нельзя опираться только на данные биохимического исследования. Однако тесная связь биохимических параметров с наиболее существенными процессами метаболизма позволяет в ряде случаев выявлять лабораторными методами уровень возможностей спортсмена, оценить энергетические ресурсы, направленность и тенденции метаболических сдвигов, гормональный фон, что может существенно расширить методологические возможности спортивной практики.
Обследование на системном и органном уровнеОбследование на системном и органном уровне для получения информации:
‒ о здоровье и функциональном состоянии спортсмена, готовности к сезону;
управления тренировочным процессом, оценки степени тренированности и восстановления организма;
‒ оценки систем энергообеспечения организма;
‒ оценки состоянии внутренних органов;
‒ для своевременного выявления предпатологических и патологических отклонений;
‒ выявление утомления и перетренированности спортсмена.
Каждое биохимическое обследование должно начинаться с общеклинического анализа крови (RBC, HGB, HCT, MCV, MCH, MCHC, RDW + ретикулоциты, PLT, лейкоформула, СОЭ) и общего анализа мочи (рН, плотность, кетоны, соли, белок, глюкоза, осадок мочи).
Диагностика риска сердечно-сосудистых заболеваний
BNP – натрийдиуретический пептид
Гомоцистеин
С-реактивный протеин
КФК-МВ
Миоглобин
Тропонин-Т
АСТ (аспартатаминотрансфераза)
Интерлейкин 6
Оценка функции печени и поджелудочной железы
Билирубин
АСТ (аспартатаминотрансфераза)
АЛТ (аланинаминотрансфераза)
Щелочная фосфатаза (ЩФ)
Лактатдегидрогеназа (ЛДГ)
Альфа-амилаза
Альфа-амилаза панкреатическая
Липаза
С-пептид
Антитела к инсулину
Гликозилированный гемоглобин (ГГ)
Фруктозамин
СА 19-9
Функция эндокринных органов
Тестостерон
ГСПГ (стероидсвязывающий глобулин)
Инсулин
Кортизол
ТТГ (тиреотропный гормон)
Т4 (тироксин свободный)
Тестостерон
Инсулин
Кортизол
АКТГ (адренокортикотропный гормон)
СТГ (соматотропный гормон, гормон роста)
Катехоламины (адреналин, нормадреналин, дофамин)
Функциональное состояние гипофизарно-гонадной системы
Свободный тестостерон
Дигидротестостерон
Андростендион
Эстрадиол
ЛГ (лютеинизирующий гормон)
ФСГ (фолликлостимулирующий гормон)
Пролактин
ДЭГА (дегидроэпиандростерон)
АКТГ (адренокортикотропный гормон)
Кортизол в моче (свободный)
Расширенная оценка функции щитовидной железы
ТТГ (тиреотропный гормон)
Т3 (трийодтиронин)
Т3 свободный
Т4 (тироксин)
ТГ (тиреоглобулин)
АТ ТГ (антитела к тиреоглобулины)
АТПО (антитела к тиреопероксидазе)
Выявление повреждения и травматизации мышечной ткани
КФК-ММ (креатинфосфокиназа мышечная)
ЛДГ (лактатдегидрогеназа)
АСТ (аспартатаминотрансфераза)
Миоглобин
Тропонин
BNP (натрий диуретический пептид)
Белковый обмен, степень повреждения мышечной ткани
Общий белок
Альбумин
Глобулин
Белковые фракции
Молекулы средней массы
Мочевина
Мочевая кислота
Креатинин
КФК (креатинфосфокиназа)
Миоглобин
Гемостаз, микроциркуляция
Фибриноген
Протромбиновое время
Тромбиновое время
Антитромбин 111
АЧТВ (активированное частичное тромбопластиновое время)
Растворимые комплексы фибрин-мономера
Д-димер
Фибринолитическая активность
Протеин С
Протеин S
Волчаночный антикоагулянт
Функция эндокринных органов
Кортизол
Тестостерон
Инсулин
Адреналин
Дофамин
Оксидантный статус
Креатининмочи
3-метил-гистидин мочи
Углеводный обмен
Глюкоза
Инсулин
Липидный обмен
Холестерин
ЛПВП (липопротеин высокой плотности)
ЛПНП (липопротеин низкой плотности)
ЛПОНП (липопротеин очень низкой плотности)
Триглицериды
Минеральный обмен и микроэлементы
Паратиреоидный гормон
Кальцитонин
Остеокальцин
Магний
Кальций ионизированный
Фосфор
Калий
Хром
Цинк
Селен
Медь
Показатели обмена железа, эритропоэза
Железо
Железосвязывающая способность
Ферритин
Трансферин
Растворимый рецептор к трансферину
Эритропоэз
Витамин В12
Фолиевая кислота
Сывороточное железо
Ферритин
Эритропоэтин
Оксидантный статус
Малоновый диальдегид
Супероксиддисмутаза
Малоновый диальдегид
Миелопероксидаза
Супероксиддисмутаза
Окислительный метаболизм гранулоцитов
Показатели, позволяющие определить уровень срочной адаптации организма спортсмена к индивидуальным тренировочным нагрузка; оценка перенапряжения, повреждения и травматизации.
Кислотно-основное состояние
Глюкоза
Молочная кислота (лактат)
Мочевина
Мочевая кислота
Креатинин
КФК (креатинфосфокиназа)
Миоглобин
АСТ(аспартатаминотрансфераза)
BNP (натрий диуретический пептид)
Молекулы средней массы
Магний
Кальций
Железо
Креатинин мочи
3-метил-гистидин мочи
Выявление утомления и оценка восстановления организма спортсмена
Мочевина
Молочная кислота (лактат)
Свободные жирные кислоты
Общий белок
Альбумин
Белковые фракции
Молекулы средней массы
КФК (креатинфосфокиназа)
ЛДГ (лактатдегидрогеназа)
АСТ (аспартатаминотрансфераза)
Миоглобин
Магний
Калий
Кальций
Хром
Оценка объема физической нагрузки, выявление перенапряжения
Мочевина
Молочная кислота (лактат)
Холестерин
Триглицериды
КФК (креатинфосфокиназа)
Ферритин
Общий белок
Железо
Магний
Калий
Функция эндокринных органов
Кортизол
Тестостерон
ГСПГ (стероидсвязанный глобулин)
Инсулин
Адреналин
Дофамин
АКТГ (адренокортикотропный гормон)
Оценка интенсивности физической нагрузки
Мочевина
Молочная кислота (лактат)
Мочевая кислота
Холестерин
Триглицериды
КФК (креатинфосфокиназа)
ЛДГ (лактатдегидрогеназа)
АСТ (аспартатаминотрансфераза)
Ферритин
Миоглобин
Трансферин
Общий белок
Белковые фракции
Молекулы средней массы
Железо
Магний
Калий
Кислотно-основное состояние
Функция эндокринных органов
Кортизол
Тестостерон
ГСПГ (стероидсвязанный глобулин)
Адреналин
Норадреналин
Дофамин
Эритропоэтин
Общий анализ мочи (рН, плотность, кетоны, соли, белок, глюкоза, осадок мочи
Креатинин мочи
3-метил-гистидин мочи
Показатели активности метаболических процессов
Cross-Laps (маркер резорбции костной ткани);
P1NP (маркер формирования костной ткани);
Комплексный анализ крови на витамины (жирорастворимые, водорастворимые) (Витамины A, D, E, K, C, B1, B5, B6);
Ненасыщенные жирные кислоты семейства омега-3 (ЕРА (эйкозапентаеновая кислота), DHA (докозагексаеновая кислота), Витамин Е (d-альфатокоферол);
Жирные кислоты (пальмитиновая, стеариновая, олеиновая);
Органические кислоты (яблочная, лимонная и винная, а щавелевая, салициловая, муравьиная, янтарная, бензойная и др.);
Аминокислоты (аспарагиновая кислота (Asp), глутаминовая кислота (Glu), глицин (Gly) и др., 19 аминокислот);
Супероксидисмутаза в эритроцитах;
Миелопероксидаза;
Малоновый диальдегид;
ОМГ окислительный метаболизм гранулоцитов.
Для полноты обследования возможно исследование на наличие паразитарной инфекции, диагностика опасных инфекций (гепатит В и С, ВИЧ и т.д.).
Предлагаемые биохимические и клинические показатели отображают полный набор.
II. Биохимия в практике спорта
2.1. Биохимия энергообеспечения
Эффективность тренировочного и соревновательного процессов в конечном счете зависит от обеспеченности энергией мышц и внутренних органов. Тренировочный процесс собственно и состоит в том, чтобы «научить» организм быстро вырабатывать в достаточном количестве, запасать и эффективно потреблять энергетический субстрат. Понимание биохимических процессов способствует более полноценной тренировке и конечному результату. От того, как и чем обеспечен этот процесс, как он контролируется, зависит спортивный результат. Точная коррекция энергетики – невозможная задача без биохимического контроля по физической нагрузке, коррекции тренировочного режима, фармакологической поддержке, рациональному питанию.
Если тренировка осуществляется в определенные периоды в одном энергетическом режиме, можно довольно просто ориентироваться по приведенным формулам биохимических показателей энергообеспечения:
1. Универсальный источник энергии – АТФ:
АТФ + H2O = АДФ + H3PO4 + 30 кДж (энергия);
2. Три источника ресинтеза АТФ:
АДФ + креатинфосфат = креатин + АТФ;
1 C6H12O6 + 2H3PO4 + 2АДФ = 2C3H6O3 + 2АТФ + 2H2O (гликолиз);
1 C6H12O6 + 6O2 + 38АДФ + 38H3PO4 = 6CO2 + 44H2O + 38АТФ (окисление).
Креатинфосфокиназный механизм энергообеспеченияПроцесс энергообеспечения по этому пути, его динамика измеряется набором методик по определению КФК, неорганического фосфата, креатина и креатинина.
Креатинфосфат (КрФ) в мышцах и активность креатинфосфокиназного (КФК) фермента крови в тренированном организме значительно выше, что свидетельствует о повышении возможностей КФК (алактатного) механизма энергообразования.
Интенсивный тренировочный процесс приводит к дефициту фосфоркреатина, увеличению в крови содержания продуктов обмена КрФ и развитию физического утомления.
Неорганический фосфат. По количеству и по изменению его концентрации в крови можно судить о мощности КФК механизма энергообеспечения и уровне тренированности.
Креатин и креатинин в моче. Обнаружение креатина в моче используется как тест для выявления патологических изменений в мышцах и перетренированности.
Непосредственными источниками креатинфосфатного механизма энергетики являются неорганический фосфор, АДФ, КФК, глюкоза крови.
Гликолитический механизм энергообеспеченияКонтроль процесса энергообеспечения по гликолитическому механизму осуществляется набором бихимических реакций и тестов.
Лактат и пируват крови. Максимальное увеличение происходит при максимальных физических нагрузках.
Постепенное нарастание значений лактата при максимальных физических нагрузках в тренировочном процессе и увеличение силы, выносливости и скорости соответствует биохимии и физиологии спорта, способствует более быстрому повышению квалификации спортсмена.
При тренировочном процессе, как правило, пользуются построением графика изменения содержания молочной кислоты (La) под действием физической нагрузки. График лактатной кривой отображает прирост скорости или силы при неизменном уровне порога ПАНО, определенных при тестировании в микроциклах. График строится в системе координат лактат – скорость прохождения дистанции (роста силы или других результативных показателей) в микроциклах или ежедневно в течение микроцикла при определении лактата в стандартных условиях. Отсутствие снижения или увеличение показателей свидетельствуют о неэффективности или эффективности тренировочного процесса. Отсутствие динамики – тоже показатель процесса.
При постоянно высоких показателях лактата крови осуществляется более поздний выход на максимальную тренированность при предельных физических нагрузках. Лактатный график достаточно полно отображает процесс.
Наиболее точные показатели отображаются при заборе капилярной крови (фаланга кисти, мочка уха), который проводится между 1–3 минутами (лучше на 2-ой) после окончания физической нагрузки.
Кислотно-основное состояние (КОС). Наиболее информативным показателем КОС является величина показателя ВЕ (щелочной резерв), который линейно увеличивается с повышением квалификации спортсмена. По изменению показателей КОС при мышечной деятельности, определяемых в срочном порядке, можно контролировать реакцию организма на физическую нагрузку. Показатели рН крови и другие показатели КОС восстанавливаются после нормализации пирувата и лактата крови и тканей.
Глюкоза и инсулин. Активность гликолитических ферментов глюкозы и инсулина в крови повышается при физической нагрузке.
ЛДГ (лактатдегидрогеназа), фосфорилаза. Активность ферментов ЛДГ, фосфорилазы повышается с уровнем тренированности.
