Спорт высших достижений, ориентированный на участие в чемпионатах мира, Европы и Олимпийских играх, превратился в один из феноменов современной цивилизации, оказывающее значительное влияние на различные стороны жизни. Учебно-тренировочный процесс квалифицированных спортсменов включает длительную высокоинтенсивную физическую нагрузку. Такой режим требует напряженности обменных процессов, а значит увеличения расходов и потребности в энергии, витаминах и минералах. Потери биоактивных элементов приводят к нарушению гомеостаза, что в свою очередь лимитирует жизненно важные функции организма спортсмена. Зачастую основой этих нарушений является дефицит эссенциальных и накопление токсичных микроэлементов. Избыток тяжелых металлов затрудняет усвоение жизненно необходимых минералов (Zn, Fe, Ca, Mg), особенно в условиях их недостаточного содержания в рационах питания. И, наоборот, элементарный дефицит минеральных веществ создает дополнительные условия для накопления токсичных металлов.
В настоящее время в литературе имеется крайне ограниченное количество работ о взаимосвязях содержания минералов и показателей деятельности спортсменов, которые не дают достаточно полного представления о том, как реализуется в организме взаимодействие макро- и микроэлементов между собой, как это взаимодействие отражается на тренировочной и соревновательной деятельности. Среди элементов, которые входят в состав нашего тела, кальций занимает 5-е место после четырех главных элементов – углерода, кислорода, водорода и азота. Это один из важных для организма человека макроэлементов. Кальций, с одной стороны, выполняет важную пластическую функцию, образуя прочные соединения с белками, фосфолипидами и органическими кислотами, а с другой – влияет на протекающие в организме физиологические и биохимические процессы. Он принимает участие в регуляции проницаемости клеточных мембран, механизме мышечного сокращения, секреции и действии гормонов, контролирует ряд ферментных процессов, участвует в свертывании крови.
Большую роль кальций играет в построении костной ткани. Кальций поступает в организм с продуктами питания и питьевой водой, но попадающие с пищей соединения практически нерастворимы в воде, поэтому кальций относится к трудноусвояемым элементам.
В плазме кальций представлен двумя фракциями: диффундирующей (комплексы кальция с белками – примерно 1/3 общего количества) и не диффундирующей (ионизированный кальций и комплексы его с кислотами). Комплексы кальция с белками служат своего рода депо. Изменение концентрации ионизированного кальция имеет весьма тяжелые последствия. Ее падение приводит к нарушению минерализации костной ткани, рахиту и остеомаляции, снижению и утрате мышечного тонуса, повышенной возбудимости двигательных нейронов. Комплекс ионизированного кальция с белком оказывает влияние не только на активность большого числа ферментов и транспорт ионов, но и на функционирование многих структурных элементов в клетке. В первую очередь это актин-миозиновый комплекс гладких мышц, а в других клетках – микрофиламенты, которые влияют на подвижность, изменение формы клеток, высвобождение секреторных гранул, процесс эндоцитоза. Не менее значима роль ионизированного кальция как медиатора действия гормонов – вазопрессина, адренокортикотропного гормона, ангиотензина II, серотонина, гонадолиберина, лютеинизирующего гормона. Физиология обмена кальция такова, что максимальное выведение происходит в ночное время. В клетках концентрация кальция (Са) незначительна. В основном этот кальций связан с белками и фосфолипидами клеточных мембран и мембран органелл. Во внеклеточной жидкости концентрация кальция выше. Градиент концентрации ионов кальция по разные стороны от мембраны поддерживается с помощью кальциевого насоса. В костях кальций представлен фосфатами, карбонатами, солями органических кислот. Минеральные компоненты костной ткани находятся в состоянии химического равновесия с ионами кальция и фосфата сыворотки крови. При недостаточном поступлении кальция в период роста организм не способен достичь генетически запрограммированной пиковой костной массы. У взрослого человека за 1 сутки из костной ткани выводится до 700 мг кальция и столько же откладывается вновь. Следовательно, костная ткань, помимо опорной функции, играет роль депо кальция и фосфора, откуда организм извлекает их при недостатке.
Постоянно происходящие процессы резорбции и образования новой костной ткани регулируются разными факторами. К ним в первую очередь относят кальций регулирующие гормоны: паратгормон, кальцитонин, активный метаболит витамина D3 – кальцитриол. На метаболизм кальция в организме большое влияние оказывают пищевые продукты. Так, богатым источником кальция являются молоко и молочные продукты и поэтому они должны содержаться в рационе спортсменов в достаточном количестве. Биодоступность кальция зависит от его соотношения с ингредиентами пищи, в основном с жирами, магнием и фосфором. Большое значение для динамики концентрации Са имеет секреция кортизола. Так, у спортсменов с высоким содержанием кортизола, в крови часто отмечается потеря кальция. Повышенное потребление Са отмечается при росте костной ткани у подростков и у спортсменов при высоких физических нагрузках. При интенсивном росте организма дефицит Са проявляется мышечными болями и судорогами. Это все ограничивает занятия спортом. Характер изменений Са в крови отражает функциональное состояние организма спортсменов, поэтому эти данные можно использовать как дополнительные диагностические критерии, позволяющие судить об интенсивности минерального и энергетического обмена, а также о возможности своевременного выявления предпатологических состояний. Появление мышечных судорог после тренировок и соревнований требует дополнительного приема микроэлементов, содержащих Са и витамин D. Нормальная и стабильная концентрация Са является обязательным условием жизни. Измененный уровень Са в крови может служить прогнозом возникновения травматологических заболеваний и нарушений в деятельности сердечно-сосудистой системы. Своевременная коррекция минерального состава и микроэлементов является важнейшим средством профилактики травматизма и нарушений в работе сердца у спортсменов в условиях использования напряженных тренировочных и соревновательных нагрузок.
Натрий (Na+) находится в организме, преимущественно в виде ионизированных солей угольной, соляной и фосфорной кислот. Ацидоз приводит к задержке натрия в клетках. Если задержка натрия сочетается с задержкой хлора, то это влечет за собой задержку воды в тканях. Развитие гипогликемии идет параллельно с ростом содержания натрия в плазме. Гипернатриемия наблюдается при ацидозах, при больших потерях воды. После работы наблюдалось увеличение Na+ и снижение калия (К+) с увеличением соотношения Na/K. Это указывает на повышение функции Na/K «насоса», что обеспечивает эффективность трансмембранного перемещения электролитов и воды.
Хлор (Cl-) — основной анион, компенсирующий влияние катионов, в первую очередь натрия. Содержится преимущественно в межклеточной жидкости. В физиологических условиях изменения концентрации хлора вторичны к изменениям других электролитов и направлены в первую очередь на создание электронейтральности среды: когда концентрация углекислоты в плазме увеличивается, то концентрация хлора в ней уменьшается, так как хлор переходит в эритроциты. Если в плазме повышается содержание бикарбоната, то увеличивается содержание хлора. Созданный избыток натрия из NaCl соединяется с избытком НСО3, образуя бикарбонат натрия, поддерживая тем самым постоянство рН крови. Основным депо хлора является кожа. Мышцы содержат мало хлора, который находится в них преимущественно в межтканевой жидкости. Обмен хлора связан с углеводным обменом и его регулированием. Колебания хлора в крови противоположны колебаниям глюкозы. Содержание хлоридов в крови зависит также от кислотно-щелочного равновесия. При дыхательных алкалозах, сопровождающихся снижением СО2 в крови, хлор из эритроцитов переходит в плазму. При дыхательных ацидозах, когда содержание СО2 в плазме увеличивается, хлориды переходят в эритроциты.
Калий и магний – два элемента, необходимые для нормальной жизнедеятельности всех клеток организма человека. Процессы обмена калия и магния в организме настолько связаны, что при снижении уровней магния в крови усиливается выведение из организма калия, и на фоне дефицита магния восстановить нормальные уровни калия в крови оказывается весьма сложно. Калий является основным внутриклеточным катионом. Его концентрация в клетках на порядок выше, чем вне клеток. Главной функцией калия является формирование трансмембранного потенциала и распространение изменения потенциала по клеточной мембране путем обмена с ионами натрия по градиенту концентраций. Вместе с натрием и хлором, калий является постоянным составным элементом всех клеток и тканей. В организме эти элементы содержатся в определенном соотношении и обеспечивают постоянство внутренней среды. В виде катиона калий участвует в поддержании гомеостаза (ионное равновесие, осмотическое давление в жидкостях организма). Калий вызывает расширение сосудов внутренних органов и сужение периферических сосудов, замедляет ритм сердечных сокращений и, действуя аналогично блуждающему нерву, участвует в регулировании деятельности сердца. Рацион современного человека богат натрием, входящим в состав поваренной соли, что способствует перегрузке организма натрием и дефициту калия. Этот электролитный дисбаланс является важным звеном в процессе развития сердечно-сосудистых заболеваний. Стойкая гипокалиемия ассоциирована со значительным ухудшением сердечно-сосудистого прогноза, обусловленным появлением эктопических очагов в желудочках сердца, и удлинением интервала Q–T, считающимися факторами риска внезапной смерти. Скорость и объем выделения калия определяются рядом факторов и механизмов и зависят как от уровней самого калия в крови, так и от влияния внутренних регуляторных молекул, например гормонов альдостерона и вазопрессина.
Высокое внутриклеточное содержание калия обеспечивается работой, так называемого натрий-калиевого насоса – особой белковой структуры, расположенной в клеточной мембране, для работы которой требуется энергия молекул аденозинтрифосфата (АТФ) и присутствие ионов магния. Натрий-калиевый насос начинает усиленно работать при повышении уровня калия в крови, под действием альдостерона, «гормонов стресса» катехоламинов (адреналина и норадреналина) и инсулина.
Гипокалиемией считают стойкое снижение сывороточной концентрации калия менее 3,5 мэкв/л. Причины гипокалиемии разнообразны. Одна из них обусловлена перемещением калия из плазмы крови и внеклеточного пространства внутрь клеток. Клинически гипокалиемия проявляется миопатическим синдромом – мышечными болями, слабостью, при выраженном снижении сывороточного уровня калия возможен рабдомиолиз, иногда фатальный. Характерны снижение интенсивности перистальтики кишечника, запоры. Возможно развитие периферической полинейропатии, признаком которой служат парестезии. Снижаются адаптационные возможности организма. Пониженное содержание калия проявляется нарушением клеточного метаболизма, приводящим к аритмии, снижению работоспособности, мышечной слабости. Увеличение концентрации данного катиона, выявленное в экспериментах, связано с разрушением мышечных клеток – результатом тяжелой физической нагрузки, приводящим к его накоплению в плазме крови (феномен трансминерализации). При этом целевая коррекция микроэлемента позволила увеличить стабильность цитоплазматических мембран, предотвратить клеточную смертность, тем самым сохранить и увеличить концентрацию калия, опосредуя его биологическую роль – питания миоцита. Помимо полноценного отдыха, своевременное и полноценное восстановление уровней калия и магния в крови позволит уменьшить негативное влияние последствий стресса и подготовить организм к новым нагрузкам.
Ранняя спортивная специализация и использование даже в юном возрасте интенсивных физических нагрузок вместе с накоплением знаний о влиянии генетических детерминант и внешних факторов на состояние здоровья атлетов диктуют необходимость тщательного контроля. Проблема больших тренировочных нагрузок, адаптации, стресса, а также уровня здоровья спортсменов и устойчивости агрессивной среде приобретают важное медицинское значение. Большие тренировочные нагрузки в юношеском спорте высоких и высших достижений порою наносят существенный вред здоровью спортсменов.
Использование витаминно-минеральных комплексов в спорте высших достижений является довольно эффективным вспомогательным методом поддержания пика спортивной формы на весь соревновательный период, в том числе, за счет снижения проявлений оксидативного стресса.
П.С. Эту статью для моего блога любезно предоставила Гатилова Галина Дмитриевна — лучший специалист по биохимии спорта в Украине. Огромное ей за это спасибо!