Биохимические изменения при занятиях физкультурой и спортом

Екатеринбург
Издательство Уральского университета
2019

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

УРАЛЬСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 
ИМЕНИ ПЕРВОГО ПРЕЗИДЕНТА РОССИИ Б. Н. ЕЛЬЦИНА

И. С. Селезнева, М. Н. Иванцова

БИОХИМИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ
ПРИ ЗАНЯТИЯХ ФИЗКУЛЬТУРОЙ
И СПОРТОМ

Учебное пособие

Рекомендовано
методическим советом Уральского федерального университета
в качестве учебного пособия для студентов вуза,
обучающихся по направлению подготовки
49.03.01 «Физическая культура»

© Уральский федеральный университет, 2019

Р е ц е н з е н т ы:
кафедра оздоровительной тренировки 
и профессионально-прикладной физической подготовки 
АНО ВО «Гуманитарный университет»
(заведующий кафедрой доктор педагогических наук, доцент 
Г. А. Я м а л е т д и н о в а);
Е. В. Щ е г о л ь ко в, кандидат химических наук,
старший научный сотрудник лаборатории фторорганических 
соединений Института органического синтеза УрО РАН

УДК 796.01:612(075.8)
ББК ч510.7я73-1
 
С29

Селезнева, И. С.
Биохимические изменения при занятиях физкультурой и спор-
том : учеб. пособие / И. С. Селезнева, М. Н. Иванцова ; М-во науки 
и высш. образования Рос. Федерации, Урал. федер. ун-т. — Екате-
ринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2019. — 162 с.

ISBN 978-5-7996-2551-1

В учебном пособии в краткой форме изложены вопросы, связанные с био-
химическими изменениями, происходящими в мышцах в процессе занятий 
физкультурой и спортом. Рассмотрены реакции человека при выполнении 
физических упражнений в ходе спортивной тренировки. Особое внимание 
уделено вопросам повышения спортивной работоспособности и выносливости 
спортсменов.
Для самостоятельной и аудиторной работы студентов, изучающих дис-
циплины в рамках модулей «Биохимические основы занятий физической 
культурой», «Биохимические основы спортивной деятельности».

С29

УДК 796.01:612(075.8)
ББК ч510.7я73-1

ISBN 978-5-7996-2551-1

На обложке:
студенты Института физической культуры, спорта и молодежной политики УрФУ 
на занятиях по биохимии мышечной деятельности

ÎÃËÀÂËÅÍÈÅ

Предисловие ..........................................................................................................6

БИОХИМИЯ МЫШЦ И МЫШЕЧНОГО СОКРАЩЕНИЯ ....................... 7
 
Структура и функции мышц ..................................................................... 7
 
Химический состав мышечной ткани ................................................... 14
 
Азотистые соединения мышц................................................................. 15
 
Безазотистые соединения мышц ............................................................ 16

СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА СОКРАТИТЕЛЬНЫХ БЕЛКОВ .................. 17
 
Структура миофибрилл на молекулярном уровне ................................ 20
 
Последовательность биохимических процессов, происходящих 
 
в мышце при сокращении и расслаблении ........................................... 23

ОСНОВЫ СПОРТИВНОЙ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ........................... 30
 
Лимитирующие факторы спортивной работоспособности ................. 30
 
Показатели аэробной и анаэробной работоспособности 
 
спортсменов ............................................................................................. 35
 
Специфичность спортивной работоспособности ................................. 38
 
Влияние тренировки на работоспособность спортсменов .................. 40
 
Биохимическое обоснование использования тренировок 
 
в среднегорье для повышения работоспособности спортсменов ....... 42
 
Возраст и спортивная работоспособность ............................................ 43
 
Биохимические основы методики занятий физическими 
 
упражнениями с людьми разного возраста ........................................... 45
 
Биохимическое обоснование занятий физической культурой 
 
в детском и пожилом возрасте ............................................................... 51

БИОХИМИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ В ОРГАНИЗМЕ 
ПРИ ЗАНЯТИЯХ СПОРТОМ ..................................................................... 55
 
Последовательность биохимических изменений при тренировке 
 
и растренировке ....................................................................................... 55
 
Биохимические изменения при перетренировке .................................. 55
 
Биохимические процессы в период отдыха .......................................... 57
 
Биохимические изменения при разминке ............................................. 62

Биохимическая характеристика предстартового состояния ................ 63
 
Биохимическое проявление утомления ................................................. 65
 
Биохимические изменения во внутренних органах при мышечной 
 
деятельности ............................................................................................ 69
 
Роль гормональной регуляции обмена веществ в условиях 
 
тренировок и соревнований .................................................................... 75
 
Биохимическая характеристика различных видов спорта ................... 82
 
Биохимическая характеристика циклических видов спорта ............... 83
 
Биохимические изменения при ациклических видах спорта .............. 94
 
Влияние условий среднегорья на биохимические изменения 
 
у спортсменов .......................................................................................... 99

БИОХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СКОРОСТНО-СИЛОВЫХ 
КАЧЕСТВ И ВЫНОСЛИВОСТИ СПОРТСМЕНА................................. 102
 
Биохимические факторы, определяющие проявление мышечной 
 
силы и скорости сокращения................................................................ 102
 
Биохимические основы связи между силой, скоростью 
 
и мощностью сокращения .................................................................... 103
 
Биохимические и структурные изменения в мышцах при развитии 
 
скоростно-силовых качеств .................................................................. 104
 
Понятие об алактатном, гликолитическом и аэробном 
 
компонентах выносливости .................................................................. 105
 
Биохимические факторы, определяющие выносливость .................. 107

ЗАКОНОМЕРНОСТИ БИОХИМИЧЕСКОЙ АДАПТАЦИИ 
В ПРОЦЕССЕ СПОРТИВНОЙ ТРЕНИРОВКИ ......................................111
 
Закономерности биохимической перестройки мышц под влиянием 
 
тренировки ............................................................................................. 113
 
Специфичность эффекта тренировки различного характера ............ 115
 
Адаптационные биохимические изменения, лежащие в основе 
 
повышения работоспособности в результате систематической 
 
тренировки ............................................................................................. 119
 
Биохимическое обоснование принципов спортивной тренировки .. 122

БИОХИМИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ПРИ ЗАНЯТИЯХ 
ФИЗИЧЕСКИМИ УПРАЖНЕНИЯМИ И СПОРТОМ ........................... 128
 
Задачи биохимического контроля ........................................................ 129
 
Организация биохимического контроля .............................................. 129
 
Объекты исследования и основные биохимические показатели ...... 131
 
Показатели углеводного обмена ........................................................... 136

 
Показатели липидного обмена ............................................................. 137
 
Определение уровня общей тренированности ................................... 139
 
Контроль за ходом тренировочного процесса .................................... 141
 
Выявление перенапряжений и оценка достаточности периода 
 
отдыха ..................................................................................................... 141
 
Определение уровня специальной тренированности ........................ 142
 
Оценка развития тренированности и кумулятивного эффекта ......... 144

Список рекомендуемой литературы ......................................................... 146

Основные определения и понятия ............................................................ 147

Учебное пособие «Биохимические изменения при занятиях физ-
культурой и спортом» предназначено для самостоятельной работы 
студентов при подготовке к практическим занятиям, контрольным 
работам и сдаче экзамена по дисциплине «Биохимические измене-
ния при мышечной деятельности». Пособие написано в соответ-
ствии с требованиями Федерального государственного образова-
тельного стандарта высшего образования студентов бакалавриата, 
обучающихся по направлению 49.03.01 «Физическая культура».
В учебном пособии излагаются теоретические основы био-
химии мышц и мышечной деятельности с точки зрения основных 
биохимических закономерностей и их проявления при выполнении 
конкретной спортивной нагрузки и в период отдыха. Кроме того, 
рассматриваются вопросы, связанные с биохимическими изменени-
ями, происходящими в организме человека при занятиях физической 
культурой и в процессе спортивной тренировки. Анализируются 
биохимические особенности растущего и стареющего организма, 
обосновываются методики занятий физическими упражнениями 
с людьми разного возраста. 
В пособие включены теоретические разделы по каждой изуча-
емой теме и содержатся вопросы для самостоятельного контроля 
знаний студентов при подготовке к практическим и лекционным 
занятиям.

ÏÐÅÄÈÑËÎÂÈÅ

Структура и функции мышц 

Основная функция мышцы — сократительная. Мышечное со-
кращение — механический процесс. Он характеризуется высокой 
степенью регуляции. Это наиболее совершенная форма биологи-
ческой подвижности. Мышца непосредственно преобразует хими-
ческую энергию в механическую работу, КПД мышцы составляет 
от 30 до 50 %. 
В ходе мышечного сокращения под влиянием нервных импуль-
сов в мышце протекают следующие процессы:
1) синхронное изменение проницаемости мембран и работы 
«ионных насосов»;
2) последовательное изменение скорости процессов энергообес-
печения;
3) структурная перестройка мышечных волокон.
В организме человека выделяют два основных типа мышц:
1) поперечно-полосатые мышцы. Они прикреплены к костям 
сухожилиями, поэтому называются скелетными и составляют основу 
скелетной мышцы. Все скелетные мышцы пронизаны кровеносны-
ми сосудами. Эти мышцы представляют наибольший интерес для 
биохимии спорта;
2) гладкие мышцы, образующие мускулатуру стенок крове-
носных сосудов и кишечника, пронизывающие ткани внутренних 
органов и кожу, а также сердечная мышца (рис. 1).
Сердечная мышца (миокард) встречается только в стенке сердца, 
образована сердечной исчерченной поперечно-полосатой мышечной 
тканью. Миокард состоит из клеток сердечной мышцы (кардиомио-
цитов), которые разветвляются на концах и соединяются между со-
бой при помощи поверхностных отростков — вставочных дисков. 
Клетки содержат несколько ядер и много крупных митохондрий. 

ÁÈÎÕÈÌÈß ÌÛØÖ 
È ÌÛØÅ×ÍÎÃÎ ÑÎÊÐÀÙÅÍÈß

Рис. 1. Продольные срезы поперечно-полосатой (а), гладкой (б) 
и сердечной (в) мышцы

Рассмотрим более подробно состав и строение поперечно- 
полосатых мышц. Структурной единицей мышцы является мы-
шечное волокно. Различают следующие типы мышечных волокон:
1) красные, медленно сокращающиеся (волокна 1-го типа, ST, 
slow twitch fi bres), отвечают за выносливость. Медленные мышеч-
ные волокна (ММВ) обладают красной гистохимической окраской, 
это обусловлено наличием в них большого количество миоглобина 
(металлосодержащий белок красного цвета, доставляющий кислород 
от капилляров крови в глубь мышечного волокна). ММВ 
получают энергию при аэробном окислении глюкозы, гликогена 
и жирных кислот в митохондриях (кислородная система образования 
энергии) (рис. 2). В ходе аэробных окислительных процессов 
в красных волокнах не образуется молочная кислота (лактат), поэтому 
они способны поддерживать умеренное напряжение в течение 
длительного времени. Красные медленные волокна подходят для 
длительной мало интенсивной работы (плавание на стайерские 
дистанции, работа с небольшими весами в умеренном темпе, аэробика), 
поддержания позы, в работу они включаются при нагрузках, 
составляющих 20–25 % от максимальной силы. Тренировка ММВ 
приводит к увеличению выносливости, снижению количества жира, 
увеличению числа кровеносных капилляров;

а
б
в

Рис. 2. Виды энергетических систем

Рис. 3. Красные и белые мышечные волокна

2) белые, быстро сокращающиеся (FT, fast twitch fi bres). Они 
имеют больший по сравнению с красными волокнами диаметр, 
отвечают за силу и скорость (рис. 3). Быстрые мышечные волокна 
(БМВ) содержат креатинфосфат (КрФ), необходимый в начале 

Результат

Основные энергетические системы

Фосфогенная 
(АТФ + КрФ) и лактацидная
Лактацидная 
и кислородная
Кислородная

Аэробные 
источники 
(вклад), %
0 
10 
20 
30 
40 
50 
60 
70 
80 
90 
100

100 90 
80 
70 
60 
50 
40 
30 
20 
10 
0

100 
200 
400 
800 
1500 3200 
5000 10 000 42 200

Анаэробные 
источники 
(вклад), % 

Дистанция, м

10 с 
20 с 
45 с 
1 мин 
3 мин 9 мин 
14 мин 29 мин 2 ч
 
 
 
45 с 
45 с 
 
 
 
15 мин

высокоинтенсивной работы, в них меньше миоглобина, чем в мед-
ленных мышечных волокнах, для получения энергии они использу-
ют в основном гликолиз, который протекает в саркоплазме волокна 
(фосфогенная и лактацидная система энергообразования, рис. 2). 
Поскольку фермент АТФ-аза белых волокон обладает высокой 
активностью, то АТФ быстро расщепляется и выделяется большое 
количество энергии для обеспечения интенсивной работы. В связи 
с тем, что в ходе гликолиза образуется и быстро накапливается 
лактат, то БМВ быстро устают, и в конечном итоге работа мышцы 
останавливается. Следует отметить, что БМВ в два раза быстрее 
сокращаются и развивают в 10 раз большую силу по сравнению 
с ММВ. Поэтому белые мышечные волокна подходят для соверше-
ния кратковременных, быстрых, мощных усилий и вносят основной 
вклад в достижение высоких результатов в тех видах спорта, где 
нужна взрывная сила и развитие максимальной скорости за короткое 
время, например, бег на короткие дистанции, бодибилдинг и пауэр-
лифтинг, тяжелая атлетика, плавание на спринтерские дистанции, 
бокс и боевые искусства. Тренировка БМВ приводит к увеличению 
силы и мышечной массы.
Следует отметить, что биохимически эти волокна различаются 
механизмами энергетического обеспечения мышечного сокращения. 
В свою очередь, белые быстрые мышечные волокна в зависимости 
от способа получения энергии делят на два типа:
1) быстрые гликолитические волокна (FTG-волокна). Они полу-
чают энергию в процессе гликолиза, т. е. используют анаэробную 
систему энергообразования, при этом образуется молочная кисло-
та. Эти волокна не могут производить энергию аэробным путем. 
Быстрые гликолитические волокна обладают максимальной силой 
и скоростью сокращений, обеспечивают спринтерам максимальную 
скорость, а также играют важную роль при наборе массы в боди-
билдинге;
2) быстрые окислительно-гликолитические волокна (FTO-
волокна, промежуточные или переходные быстрые волокна) (рис. 4). 
Они представляют собой промежуточный тип между быстрыми 
и медленными мышечными волокнами. FTO-волокна обладают ана-
эробной системой энергообразования, но также они приспособлены 

к выполнению аэробной работы (лактацидная и кислородная систе-
ма энергообразования, рис. 2). Таким образом, эти волокна могут 
развивать значительные усилия и высокую скорость сокращения, 
используя гликолиз как основной источник энергии, но при низкой 
интенсивности сокращения они могут использовать и аэробное 
окисление. Промежуточные быстрые волокна включаются в работу 
при нагрузке 20–40 % от максимума, но при нагрузке около 40 % 
организм полностью переключается на FTG-волокна.

Рис. 4. Типы мышечных волокон

Таким образом, представление о типах мышечных волокон по-
зволяет уяснить, что, занимаясь только силовыми тренировками, 
невозможно достичь развития выносливости, а выполняя моно-
тонные кардионагрузки — не добиться увеличения мышечной 
массы.
Поскольку все типы волокон иннервируются разными мотоней-
ронами, они не одновременно включаются в работу и сокращаются 
с разной скоростью. Усилия мышцы складываются из усилий всех 
мышечных волокон. 
Мышцы туловища и конечностей (скелетные мышцы) по типу 
являются поперечно-полосатыми. К костям они крепятся сухожи-
лиями, образованными плотной соединительной тканью. В теле 
человека несколько сот поперечно-полосатых мышц. Каждая мышца 
состоит из нескольких тысяч мышечных волокон (рис. 5), объеди-
ненных в пучки прослойками из соединительной ткани и такой же 
оболочкой. 

Белые мышечные 
волокна
Красные мышечные 
волокна
Переходный тип 
мышечных волокон

Рис. 5. Строение скелетной мышцы 

Длина одного волокна — от 0,1 до 2–3 см (в портняжной мыш-
це — до 12 см); толщина — 0,01–0,2 мм. Волокно представляет собой 
одну гигантскую клетку, точнее, бесклеточное образование — миосимпласт, окруженный оболочкой — сарколеммой. На ее поверх-
ности располагаются окончания двигательных нервов, к одному 
волокну может подходить несколько нервных окончаний. 
Сарколемма — двухслойная липопротеидная (плазматическая) 
мембрана толщиной около 10 нм. Она отделяет внутреннее содержи-
мое мышечного волокна от межклеточной жидкости. Проницаемость 
сарколеммы избирательна: 
• через сарколемму не проходят высокомолекулярные соеди-
нения (ВМС), например, белки, полипептиды, высшие жирные 
кислоты (ВЖК). Следует отметить, что при увеличении рН среды 
проницаемость сарколеммы для ВМС увеличивается;
• через нее проходят такие соединения, как глюкоза, молочная 
и пировиноградная кислоты, кетоновые тела, аминокислоты и ко-
роткие пептиды; 
• сарколемма проницаема также для ионов К+, которые нака-
пливаются внутри волокна.
Сарколемма содержит «ионный насос», удаляющий из клет-
ки ионы Na+. Концентрация ионов Na+ снаружи больше, чем 

Сухожилие

Мышечное волокно

Мотонейрон

Мышца
Миофибрилла

концентрация ионов К+ внутри клетки. Во внутренних зонах волокна 
содержится также много органических анионов. Все это приводит 
к тому, что на наружной поверхности сарколеммы возникает избы-
точный положительный заряд, а на внутренней поверхности — от-
рицательный заряд. Это мембранный потенциал, который в состо-
янии покоя равен 90–100 мВ, он является необходимым условием 
возникновения и проведения возбуждения.
Внутреннее пространство мышечного волокна занято сарко-
плазмой, представляющей собой белковую коллоидную структуру, 
в которую вкраплены капельки гликогена, жира. В ней есть субкле-
точные единицы — ядра, митохондрии, миофибриллы, рибосомы 
и др. Их функция — регуляция обмена веществ в мышечном волокне 
за счет воздействия на синтез специфических мышечных белков.
Миофибриллы (мышечные нити) — сократительные элементы 
мышцы. Их длина соответствует длине волокна, а диаметр состав-
ляет около 1–2 мк. В нетренированных мышцах они располагаются 
рассеянно, а в тренированных — сгруппированы в пучки (рис. 6).
Между миофибриллами располагаются митохондрии — «энер-
гетические станции» мышечных волокон. В результате системати-
ческих тренировок число митохондрий в мышцах увеличивается 
(рис. 7).

Рис. 6. Структура миофибриллы

Z-линия
Саркомер

М-линия

Тонкий филамент
Толстый филамент

Миофибрилла