Методы исследования метаболизма во время оздоровительной и спортивной тренировки
Изучение любой последовательности взаимосвязанных процессов, происходящих в организме, начинается, как правило, из изучения его компонентов, получаемых для анализа из клеток при помощи фракционирования. Этот процесс обычно состоит из двух этапов: сначала клетки разрушают, а затем из образовавшейся суспензии методом центрифугирования отделяют необходимые частицы и органеллы. Дальнейшее разделение индивидуальных компонентов
клеточных частиц и органелл и изучение их особенностей проводят при помощи центрифугирования, хроматографии и электрофореза. Для определения состава, механизма действия и функций клеточных компонентов используют сложные количественные и качественные аналитические методы. На атомном и молекулярном уровнях используют целый ряд спектральных методов. Механизмы действия клеточных частиц и внутриклеточные взаимодействия изучают, используя одновременно несколько аналитических методов, таких, как спектроскопия, радиоизотопные методы, колориметрия, флуориметрия (Биологический контроль…, 1986; Н. И. Волков и соавт., 1998).
1. Центрифугирование. Разделение веществ при помощи центрифугирования базируется на разном поведении частиц под воздействием центробежных сил. Основные компоненты клеток оседают в такой последовательности; сначала целые клетки и их фрагменты, затем ядра, митохондрии, лизосомы, микросомы и, наконец, рибосомы. Существуют такие основные виды центрифугирования: препаративное, дифференциальное, аналитическое, ультрацентрифугирование и др.
Хроматографические методы — самые удобные методы разделения, при помощи которых можно исследовать большие (несколько граммов) и малые (микрограммы) количества материала. Метод базируется на разном коэффициенте разделения веществ не только между двумя растворителями, но и между любыми двумя фазами, например твердой и жидкой или газовой и жидкой. В зависимости от применяемых методических подходов различают такие виды хроматографии: на бумаге, адсорбционная, газодинамическая, афинная, ионообменная, гель-фильтрация и др.
Спектрофотометрия — аналитический метод, базирующийся на измерении спектра поглощения вещества, он отображает зависимость количества поглощаемого света от длины волны. Поглощение в видимой и ультрафиолетовой зонах можно регистрировать на спектрографах или спектрофотометрах, ток в фотоэлементах которых пропорционален качеству света, падающего на него. Все спектрофотометры и спектрографы позволяют осуществлять количественный и качественный анализ биологических соединений.
Колориметрия — метод, базирующийся на измерении интенсивности окраски веществ, образующихся в ходе реакций. Для регистрации интенсивности окраски (экстинкции) веществ, находящихся в крови, моче или экстракте ткани с определенными реактивами, используют фотоэлектроколориметры различной конструкции, фотометры или спектрофотометры. Поскольку все вещества поглощают определенную длину волны светового спектра, то в фотоэлектроколориметрах используются светофильтры.
Современные фотоэлектроколориметры и фотометры имеют электронную систему настройки, не требуют прогревания, характеризуются высокой чувствительностью и хорошим воспроизведением. Среди последних можно назвать фотометры системы LP (Dr. Lange, Германия), имеющие в комплекте термостат и принтер. Работа на них предполагает использование набора готовых реактивов этой фирмы, что обеспечивает быстроту, точность определения, возможность проведения исследования в полевых условиях, что очень важно во время проведения биохимических исследований в области спорта.
Радиоизотопные методы основаны на использовании радиоактивных изотопов, а именно атомов элементов, содержащих неодинаковое количество нейтронов (отличаются массовым числом). Во время распада радиоизотопы излучают частицы (альфа и бета) или осуществляют электромагнитное излучение (у-распад). Чаще всего в лабораторной практике во время исследований биохимических механизмов используют такие радиоактивные изотопы, как С14, S3S, Р32 и др.
В качестве объектов для биохимических исследований в области спорта и медицинских обследований чаще всего используют кровь и мочу, реже — образцы мышечной ткани, слюну и пот.
Кровь — жидкая ткань, осуществляющая в организме интеграцию биохимических процессов, происходящих в разных клетках, в единую систему. Поэтому химический состав крови отражает обмен веществ в организме. Разные физиологические состояния, в том числе и физические нагрузки, а также разнообразные заболевания сопровождаются изменением содержания в крови определенных веществ. Биохимическое исследование крови распространено как в клинической практике с целью диагностики заболеваний, оценки эффективности лечения, так и в практике физической культуры и спорта для оценки влияния физических нагрузок на организм спортсмена, определения параметров структуры функциональной подготовленности во время этапных обследований, исследования состояния восстановительных процессов, допуска к занятиям спортом и соревнованиям и т. д. Для решения этих вопросов в крови испытуемых определяют содержание гемоглобина, глюкозы, мочевины, молочной и пировиноградной кислот, активность ферментов (Волков Н. И. и соавт., 1998; Мохан, 2001; Солодков, Сологуб, 2005).
Моча — биологическая жидкость, вырабатываемая почками. Биохимический анализ мочи дает представление о функциональном состоянии почек, процессах обмена веществ в разных органах и организме в целом, способствует определению характера патологического процесса, эффективности проводимого лечения. Исследование химического состава мочи имеет большое значение и для практики физической культуры и спорта. Прежде всего, анализ мочи очень важен во время проведения оперативного, текущего антидопингового контроля. Исследование мочи — важный диагностический прием и в случае выявления и лечения патологических процессов у спортсменов.
В моче обнаружено более 150 отдельных химических ингредиентов. Вещества, входящие в состав мочи, делятся на физиологические (постоянные) и патологические (временные). К физиологическим относят мочевину, креатин, пептиды, аминокислоты, мочевую кислоту, гиппуровую кислоту, органические сульфаты. Кроме того в моче находятся различные пигменты (урохром, уробилин и др.), витамины, гормоны; минеральные компоненты: ионы натрия, калия, кальция, магния аммиак, хлориды, бикарбонаты, фосфаты, неорганические сульфаты; к патологическим составным мочи принадлежат глюкоза, белок, кетоновые тела, эритроциты, гемоглобин, миоглобин. Для оздоровительной физической культуры, спорта высших достижений и клинической практики самым главным является выявление временных составляющих мочи (Биологический контроль…, 1986; Волков Н. И. и соавт., 1998).
Сегодня для выявления белка, глюкозы, кетоновых тел, гемоглобина, миоглобина, определения pH мочи самыми распространенными являются экспресс-методы «сухой» химии — диагностические бумажные полоски «Аль-буфан» (Словакия), «Биофан Е» (Германия), «Тетрафан» (Словакия), «Пентафан» (Словакия), «Гексафан» (Словакия), «Гептафан» (Словакия), «Нефрофан» (Словакия).
Разбавленную слюну используют для исследования активности амилазы, показателей кислотно-щелочного состояния, содержания метаболитов (мочевины, молочной кислоты, кетосоединений), минеральных элементов. Однако как объект для биохимических исследований она не получила широкого распространения.
Мышечная ткань является очень информативным объектом биохимического контроля. Однако такие исследования проводят очень редко из-за травматичности, связанной с получением проб мышечной ткани методом микробиопсии. В мышечной ткани определяют содержание АТФ, гликогена, креатинфосфата, активность ферментов гликолиза и аэробного окисления и др.
Для проведения практических занятий по этой теме (в зависимости от наличия соответствующего оснащения) можно выбрать одну из предложенных работ или выполнить обе.
Учебное пособие для ВУЗов «Спортивная физиология».
Автор: И.И. Земцова Изд.: Олимпийская лит-ра, 2010 год.
