Биохимические процессы утомления

Министерство образования и науки

Свердловской области

Муниципальный орган « Управление образованием

Городского округа Краснотурьинска»

Муниципальное общеобразовательное учреждение

« Средняя общеобразовательная школа № 17»

           Образовательная область:                                                    Естествознание

           Направление:                                                                         Социально – экономическое

           Предмет:                                                                                 Химия

Исследовательский проект.

                                                                                                          Исполнитель:

                                                                                                          Учащаяся 10 Б класса

                                                                                                          Максимцова Анна

                                                                                                           Руководитель:

                                                                                                           Матюшина Татьяна Николаевна

                                                                                                            учитель химии I категории

                                                           г Краснотурьинск

                                                                    2007 год

                                      Оглавление.

                                                                                                                           Стр.

    Введение……………………………………………………………………… ….3

 1. Теоретическая часть.

      1.1. Строение слюнных желез…………………………………………………….5

      1.2. Функции слюны……………………………………………………………….6

       1.3. Химический состав и свойства слюны…………………………………….....9

       1.4. Регуляция слюноотделения……………………………………………….....11

       1.5. Понятие и биологическое значение утомления……………………………12

       1.6. Разновидности утомления…………………………………………………...13

       1.7. Субъективная оценка утомления…………………………………………....14

         1.8. Биохимические изменения в организме при выполнении физических  

          нагрузок…………………………………………………………………………….16

      2. Практическая часть

           2.1. Влияние различных факторов на амилазу слюны………………… .………19

2.2. Специфичность слюны…………………….………………………………….19

2.3. Действие активаторов и ингибиторов на амилазу слюны…………………..20

2.4. Термолабильность……………………………………………………………..21

2.5. Влияние рН среды на амилазу слюны……………………………………......23

         2.6. Влияние физ. нагрузок на активность амилазы слюны…….………………..27

2.7. Определение субъективной оценки утомления……………………………...28  

       Выводы……………………………………………………………………………...29        

        Заключение………………………………………………………………………….32

         Список литературы…………………………………………………………………33        

         Приложения…………………………………………………………………………34                

                                      Введение.

               Забытая стоматологами и игнорируемая терапевтами, слюна является наименее изученной и самой недооцененной из всех жидкостей организма. Тем не менее, этот небольшой по объему секрет играет жизненно важную роль в сохранении интеграции тканей полости рта, а именно: в отборе, проглатывании и подготовке пищи к перевариванию; в сохранении нашей способности общаться друг с другом.

              А может слюна служить показателем здоровья человека? Можно ли использовать данную жидкость организма в качестве анализа состояния здоровья человека (например, утомления, или показателя физиологического функционирования органов пищеварения)? Этот вопрос рассматривается физиологами и химиками-аналитиками Тарасенко Л.М., Суханова Г.А., Мищенко В.П., Непорада К.. Я решила этот вопрос рассмотреть более подробно.

              В условиях быстро меняющейся действительности наблюдается всё большая специализация образования. Колоссальный прирост информации приводит к тому, что учащиеся не в состоянии сосредоточится на её условии, с трудом отслеживают научные достижения и не всегда осознают смысл их лавинообразно растущего потока.

Занятия физической культурой и спортом с целью достижения высоких результатов требуют напряжения не только физических, но и моральных сил. И в том и в другом случае у учащихся развивается утомление. Процессы, лежащие в основе утомления, многообразны и сложны. В литературе я обнаружила очень малое количество биохимических методик ранней диагностики утомления. Изучение биохимических основ слюновыделения в зависимости от утомления и различных факторов доступными средствами и стало целью моего проекта.

              Гипотеза моего исследования состоит в том, что внешнее проявление утомления будет сопровождаться изменениями активности и кислотности слюны.

Объект исследования – учащиеся МОУ «СОШ №17».

             Предмет исследования – биохимические изменения в слюне учащихся при наступлении утомления и различных факторов.

Объект, предмет и цель исследования определили круг исследовательских задач:

1. Изучить и рассмотреть теоретические основы образования, строения, функционирования слюны.

2. Познакомиться с различными диагностиками процесса утомления, а также механизмами образования его в организме.                     

 3. Выявить изменения в кислотности и активности слюны учащихся при наступлении утомления.

4. Практически изучить особенности свойств амилазы слюны и зависимость активности данного фермента от различных факторов.

                                                    Глава I.

                                ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

                             1.1. Строение слюнных желез.

             К слюнным железам относятся три пары желез: околоушная железа, подчелюстная и подъязычная, из которых первые располагаются снаружи, а последняя внутри полости рта. Околоушная железа принадлежит к самым большим из слюнных  желез и имеет форму неправильного конуса, основание которого обращено наружу, а верхушка — внутрь, и простирается до шиловидного отростка височной кости. Она располагается спереди и под наружным слуховым проходом и занимает собой углубление, ограниченное сзади сосцевидным отростком, а спереди — задним краем суставного отростка нижней челюсти с лежащей на нем жевательной мышцей. Подчелюстная железа представляется в виде образования кругловатой формы, величиной с грецкий орех, и лежит в так называемой подчелюстной ямке. Подъязычная железа является одной из самых маленьких Слюнных желез. Она имеет форму сдавленного с боков овоида и лежит на дне полости рта.

                             1. 2. Функции слюны.

           Слюна играет огромную роль в поддержании нормального состояния органов и тканей полости рта. Известно, что при гипосаливации, и особенно ксеростомии (отсутствие слюны) быстро развивается воспаление слизистой оболочки рта, а спустя 3-6 мес. наступает множественное поражение зубов кариесом. Отсутствие ротовой жидкости затрудняет пережевывание и глотание пищи. Функции слюны многообразны (см. Приложение, табл. 1), но основными из них являются пищеварительная и защитная.

               Пищеварительная функция в первую очередь выражается в формировании и проглатывании пищевого комка. Кроме того, пища в полости рта подвергается первичной обработке и благодаря наличию в слюне L-амилазы углеводы частично гидролизуются до декстранов и мальтозы. Качество и количество отделяемой слюны зависят от особенностей пищевого рациона.

Например, при приеме воды слюна почти не отделяется. В слюне, выделяющейся на пищевые вещества, содержится значительное количество ферментов, она богата муцином. При попадании в ротовую полость несъедобных, отвергаемых веществ выделяется жидкая и обильная слюна, бедная органическими соединениями.

              Защитная функция осуществляется благодаря многообразию свойств слюны. Увлажнение и покрытие слизистой оболочки слоем слизи (муцина) предохраняет ее от высыхания, образования трещин и воздействия механических раздражителей. Защитная функция осуществляется путем очищения (смывания) поверхности зубов и слизистой оболочки рта от микроорганизмов и продуктов их метаболизма, остатков пищи, детрита. Важное значение при этом имеет бактерицидное свойство слюны, осуществляемое благодаря действию ферментов (лизоцим, липаза, РНКаза, ДНКаза, опсонины, лейкины и др.).

             В осуществлении защитной функции слюны важную роль играет ее свертывающая и фибринолитическая способность. В слюне содержатся тромбопластин, антигепариновая субстанция, протромбин, активаторы и ингибиторы фибринолизина. Эти вещества, обладающие гемокоагулирующей и фибринолитической активностью, играют важную роль в обеспечении местного гомеостаза, улучшении процесса регенерации поврежденной слизистой оболочки. Буферная емкость слюны, нейтрализующая поступающие в полость рта кислоты и щелочи, также служит проявлением защитного механизма. И, наконец, важную защитную роль играют иммуноглобулины, содержащиеся в слюне.

             Минерализующее действие слюны. Оно также является одним из механизмов защитной функции слюны. В основе этого действия слюны лежат механизмы, препятствующие выходу из эмали ее компонентов и способствующие поступлению таких компонентов из слюны в эмаль.

            Физико-химическое постоянство эмали полностью зависит от состава и химического состояния окружающей ротовой жидкости. Главным фактором стабильности апатитов эмали в слюне являются рН и концентрация кальция, фосфата и фтористых соединений в растворе.

Таким образом, ротовая жидкость является сложной средой и осуществляет ряд важных функций. Это лабильная среда, и на ее количественный и качественный состав влияет ряд факторов и условий, но в первую очередь - состояние организма. С возрастом уменьшается секреторная функция больших и малых слюнных желез. Происходит нарушение слюноотделения при острых и ряде хронических заболеваний. Так, одним из важных диагностических признаков ящура является избыточное выделение слюны (до 7-8 л в сутки). При гепатохолециститах отмечается гипосаливация, и больные жалуются на сухость в полости рта. При сахарном диабете увеличено содержание глюкозы в ротовой жидкости.

           Большое влияние на состав и свойства ротовой жидкости оказывает гигиеническое состояние полости рта. Ухудшение ухода за полостью рта приводит к увеличению налета на зубах, повышению активности ряда ферментов (фосфатазы, аспарагиновая трансаминаза), увеличению осадка слюны, быстрому размножению микроорганизмов, что создает условия, особенно при частом приеме углеводов, для продуцирования органических кислот и изменения концентрации рН.

Слизистая оболочка в силу анатомо-гистологических особенностей выполняет ряд функций, таких как:
           Пластическая функция. Эта функция слизистой оболочки рта объясняется высокой митотической активностью эпителия, которая, по некоторым данным, в 3 - 4 раза выше митотической активности клеток кожи. Это обусловливает высокую регенерационную способность слизистой оболочки рта, часто подвергающуюся различного рода повреждениям.
             Чувствительная функция. Осуществляется за счет обилия различных рецепторов". Холодовых, тепловых, болевых, вкусовых, тактильных. Они являются началом афферентных путей, которые связывают слизистую оболочку с полушариями большого мозга.
             Экскреторная функция. В составе слюны могут выделяться некоторые продукты обмена, такие как мочевина, мочевая кислота, лекарственные вещества (хинин, стрихнин), а также вещества, поступившие в организм (соли ртути, свинца, алкоголь).
                Всасывательная функция. Слизистая оболочка рта обладает способностью всасывать ряд органических и неорганических соединений: аминокислот, антибиотиков, лекарственных веществ и др. Установлено, что уровень всасывания можно изменять. Дубильные средства уменьшают поступление веществ, а воздействие физических факторов (электрофорез, ультразвук, фонофорез и др.) увеличивает. На использовании указанных свойств основано применение лечебных паст, эликсиров, ванночек и т. д.

                            1.3. Состав и свойства слюны.

            Слюна состоит из 99,0 - 99,4 % воды (н2о) и 1,0 - 0,6 % растворенных в ней органических минеральных веществ. Список известных составных веществ слюны представлен в алфавитном порядке в трех разделах (белки, низкомолекулярные органические вещества и электролиты) таблицы 2.

            Из неорганических компонентов в слюне содержатся кальциевые соли, фосфаты, калиевые и натриевые соединения, хлориды, гидрокарбонаты, фториды, роданиты и др. Ионная активность кальция и фосфора в ротовой жидкости является показателем растворимости гидрокса - и фторапатитов. Установлено, что слюна в физиологических условиях пересыщена по гидроксиапатиту, что позволяет говорить о ней как о минерализующем растворе. Заслуживает внимания тот факт, что растворимость гидроксиапатита в ротовой жидкости значительно увеличивается при снижении ее рН. Значение рН, при котором ротовая жидкость насыщена эмалевым апатитом, рассматривается как критическая величина и, в соответствии с расчетами, подтвержденными клиническими данными, варьируют от 4,5 ,чо 5,5. При рН 4,0 - 5,0, когда ротовая жидкость не насыщена как гидроксиапатитом, так и фторапатитом, происходит растворение поверхностного слоя эмали по типу эрозии (Larsen и др.). В тех случаях, когда слюна не насыщена гидроксиапатитом, но пересыщена фторапатитом, процесс идет по типу подповерхностной деминерализации, что характерно для кариеса. Таким образом, уровень рН определяет характер деминерализации эмали.
          Органические компоненты ротовой жидкости многочисленны. В ней содержатся белки, синтезируемые как в слюнных железах, так и вне их. В слюнных железах вырабатываются ферменты: гликопротеиды, амилаза, муцин, а также иммуноглобулины класса А. Часть белков слюны имеет сывороточное происхождение (аминокислоты, мочевина). Видоспецифические антитела и антигены, входящие в состав слюны, соответствуют группе крови. Методом электрофореза выделено до 17 белковых фракций слюны.
            Ферменты в смешанной слюне представлены 5 основными группами: карбоангидразами, эстеразами, протеолитическими, ферментами переноса и смешанной группой. В настоящее время в ротовой жидкости насчитывают более 60 ферментов. По происхождению ферменты делятся на 3 группы: секретируемые паренхимой слюнной железы, образующиеся в процессе ферментативной деятельности бактерий, образующиеся в процессе распада лейкоцитов в полости рта.
       Из ферментов слюны, в первую очередь, следует выделить L-амилазу, которая в полости рта частично гидролизует углеводы, превращая их в декстраны, мальтозу, маннозу и др.
        В слюне содержатся фосфатазы, лизоцим, гиалуронидаза, кининогенин (калликреин) и калликреинподобная пептидаза, РНКаза, ДНКаза и др. Фосфатазы (кислая и щелочная) участвуют в фосфорно-кальциевом обмене, отщепляя фосфат от соединений фосфорной кислоты и, тем самым, обеспечивая минерализацию костей и зубов. Гиалуронидаза и калликреин изменяют уровень проницаемости тканей, в том числе и эмали зубов.
Наиболее важные ферментативные процессы в ротовой жидкости связаны с ферментацией углеводов и в значительной степени обусловлены количественным и качественным составом микрофлоры и клеточных элементов полости рта: лейкоцитов, лимфоцитов, эпителиальных клеток и др.
        Ротовая жидкость как основной источник поступления кальция, фосфора и других минеральных элементов в эмаль зуба влияет на физические и химические свойства эмали зуба, в том числе на резистентность к кариесу. Изменения количества и качества ротовой жидкости имеют важное значение для возникновения и течения кариеса зубов.

                         1.4. Регуляция слюноотделения.

           При поступлении пищи в ротовую полость происходит раздражение механо - термо- и хеморецепторов слизистой оболочки. Возбуждение от этих рецепторов по чувствительным волокнам язычного (ветвь тройничного нерва) и языкоглоточного нервов, барабанной струны (ветвь лицевого нерва) и верхнегортанного нерва (ветвь блуждающего нерва) поступает в центр слюноотделения в продолговатом мозге.          

             От слюноотделительного центра по эфферентным волокнам возбуждение доходит до слюнных желез и железы начинают выделять слюну. Эфферентный путь представлен парасимпатическими и симпатическими волокнами. Парасимпатическая иннервация слюнных желез осуществляется волокнами языкоглоточного нерва и барабанной струны, симпатическая иннервация — волокнами, отходящими от верхнего шейного симпатического узла. Ацетилхолин, выделяющийся при раздражении парасимпатических волокон, иннервирующих слюнные железы, приводит к отделению большого количества жидкой слюны, которая содержит много солей и мало органических веществ. Норадреналин, выделяющийся при раздражении симпатических волокон, вызывает отделение небольшого количества густой, вязкой слюны, которая содержит мало солей и много органических веществ. Такое же действие оказывает адреналин. Субстанция фосфора стимулирует секрецию слюны. СО2 усиливает слюнообразование. Болевые раздражения, отрицательные эмоции, умственное напряжение тормозят секрецию слюны.

               Слюноотделение осуществляется не только с помощью безусловных, но и условных рефлексов. Вид и запах пищи, звуки, связанные с приготовлением пищи, а также другие раздражители, если они раньше совпадали с приемом пищи, разговор и воспоминание о пище вызывают условно-рефлекторное слюноотделение.

     1.5. Понятие и биологическое значение утомления.

               Утомление – сложный процесс, затрагивающий все уровни деятельности организма (молекулярный, субклеточный, клеточный, органный, системный, целостного организма) и проявляющийся в совокупности изменений, связанных со сдвигами гомеостаза, регулирующих, вегетативных и исполнительных систем, развитием чувства усталости, временным снижением работоспособности и её эффективности.

       Биологическое значение утомления состоит в том, что оно «приводит к возникновению торможения в центральной нервной системе и обеспечивает защиту последней и всего организма от перенапряжения и истощения.

       Физиологическое значение утомления заключается в том, что в связи с тренировкой появляется устойчивость к утомлению. Изменения, происходящие во время утомления являются своеобразными стимулами для формирования функциональных и конструктивных трансформаций в организме, составляющих суть развития тренированности (адаптированности).

       В развитии утомления можно выделить две фазы

Первая фаза – преодолеваемое, или скрытое утомление, когда работоспособность ещё может поддерживаться на прежнем и даже высоком уровне, благодаря усилению коркового возбуждения, несмотря на выраженную уже дискоординацию вегетативных функций и снижение коэффициента полезного действия организма.

Вторая фаза  - непреодолимое, иначе «явное» утомление, когда внешний эффект работы заметно снижается, или работа вынужденно прекращается, несмотря на все усилия работающего. В этой фазе непреодолимо развиваются явления охранительного торможения в центральной нервной системе, приводящие к вынужденному прекращению работы.

                      1.6.  Разновидности утомления.

             До последнего времени выделялись два основных вида утомления, связанных с характером деятельности. Это утомление физическое и умственное. Первое обусловлено интенсивной физической работой, второе – напряжённостью высших функций, таких как память, внимание информационная деятельность, творческая деятельность.

В зависимости от интенсивности нагрузки выделяют утомление острое и хроническое (В.И. Виноградов). Острое утомление возникает вследствие чрезвычайных нагрузок, характеризуется быстротой развития (до 2 -3 мин), резким снижением работоспособности, вплоть до отказа от деятельности.

       Медленно развивающееся утомление формируется в результате длительного воздействия трудовой нагрузки, не носящей чрезвычайного характера. Происходит накопление неблагоприятных сдвигов в системах организма, приводящих к снижению работоспособности.

Критерии утомления и переутомления приведены в таблице №3 (см. Приложение).

Утомление может различаться по степени выражённости. Принято выделять четыре степени утомления: от мало выраженного (1 степень) до очень выраженного (4 степень). Отнесение состояния  утомления к той или иной группе зависит от степени выражённости сдвигов, соответствующих физиологических, психофизиологических и иных показателей деятельности. (См. Приложение табл.№4). Как видно из таблицы 4, первая степень утомления характеризуется слабо или незначительно выраженными сдвигами функционального состояния (изменения в пределах 5% можно рассматривать как тенденцию в динамике показателей). Достоверно выраженные сдвиги разной глубины (до 35% и более) определяют принадлежность ко II-IV степеням утомления. Следует обратить внимание на то, что для разных показателей пределы изменений различны. Это связано с их адаптивностью, «отзывчивостью» на рабочую нагрузку, лабильностью и восстанавливаемостью в течение рабочего периода.

         При физическом труде принято выделять утомление локальное, региональное и общее, в зависимости от доли мышечной массы, участвующей в работе. (См. приложение  табл.№5)

               1.7. Субъективная оценка утомления.

              Методы опроса направлены на выявление качественно различных переживаний состояния, которые могут быть осознаны испытуемым. Характеристика состояния строится на основе анализа своеобразия выявленных симптомов. Объём опросника может включить в себя от нескольких до десятков и сотен признаков. В частности, в широко используемом опроснике Кашиваги (1971) представлены 20 утверждений, описывающих различные проявления утомления.

  Существуют различные модификации этого теста применительно к отдельным видам деятельности. Следует указать, что субъективная оценка состояния утомления рассматривается лишь как предварительный этап исследования функционального состояния. Полная же картина состояния может быть составлена лишь с учётом всех продуктов, определяющих деятельное состояние человека. Критерии степени утомления представлены в таблице №7 (см. Приложение).

          1.8. Биохимические изменения в организме при              

                  выполнении физических нагрузок.

           Всякая мышечная деятельность, в том числе и связанная со спортивными нагрузками, приводит к резкому усилению расходования АТФ в мышцах и увеличению потребности организма в кислороде. Последнее объясняется повышением интенсивности окислительных процессов, обеспечивающих ресинтез непрерывно расходуемой АТФ.

             Наиболее быстрым путём ресинтеза  является реакция перефосфолирования между АТФ и креатинфосфатом, но возможности этого пути невелики из-за неограниченного содержания креатинфосфата в мышцах.

            Наиболее эффективный путь ресинтеза АТФ - дыхательное фосфорилирование, т. е генерирование АТФ в ходе аэробного окисления различных субстратов. Однако, чтобы последнее протекало без затруднений, необходимо соответствие между запросом организма в кислороде и фактическим его пребыванием.

           Чем выше интенсивность работы, тем больше интенсивность гликолиза. Поэтому при выполнении кратковременных физических упражнений максимальной и субмаксимальной мощности организм использует в качестве субстрата окисления преимущественно углеводы, а при более длительных, но менее интенсивных нагрузках-всё в большей степени липиды и продукты метаболизма (жирные кислоты, кетоновые тела).

         Источником используемых работающими мышцами углеводов служит, прежде всего, содержащийся в них гликоген. При кратковременных физических нагрузках он преимущественно и потребляется.

        Использование пи мышечной деятельности в качестве источников энергии углеводов и липидов находится в реципрокных отношениях, т.е. увеличение потребления углеводов сопровождается уменьшением липидов, и наоборот. При высоком уровне сахара в крови содержание в ней свободных жирных кислот невелико, при низком уровне сахара угнетает липолиз и образование жирных кислот в жировых депо, а повышенный  липолиз  резко ослабляет процесс гликогенолиза в печени.

 Таковы же отношения между содержанием в крови молочной кислоты и кетоновых тел: при высоком уровне молочной кислоты содержание кетоновых тел, как правило, не выше, чем в состоянии покоя, но при понижении уровня молочной кислоты содержание кетоновых тел возрастает. Последнее свидетельствтвует об усилении окисления жирных кислот и переходе организма с углеводных на липидные источники энергии.

           При выполнении большинства спортивных нагрузок фактическое потребление кислорода много ниже кислородного запроса. Так, при беге на 100 м последний составляет около 7 л, а фактически потребляется не более 0,5 л. При беге на 400 м кислородный запрос равен 11-13 л, а фактически потребляется менее 3 л; при беге на 10 000 м имеются соответственно следующие величины: 150 и 125 л.

             В этих условиях существенная роль в энергетическом обеспечении работы принадлежит гликолизу, анаэробному окислению углеводородов, заканчивающемуся образованием молочной кислоты, которая уже после работы подвергается дальнейшему окислению, а частично используется для ресинтеза гликогена.  Нагрузки высокой интенсивности, сопровождающиеся активным гликолизом, а, следовательно, и резким повышением уровня молочной кислоты в крови, приводят к уменьшению щелочного резерва в крови. Однако в связи с тем, что буферностью крови достаточно велика, существенных изменений pН крови обычно не происходит; ацидоз (накопление в крови веществ кислотного характера) остаётся компенсированным. Иное наблюдается в биологических жидкостях (моча, слюна), обладающих меньшей буферностью, чем кровь, -величина pН в них несколько уменьшается. Таким образом, изменение кислотности мочи и слюны может также характеризовать реакцию организма на физические нагрузки, отражая до известной степени процессы, происходящие в работающих мышцах и в крови.

Рис. 2. Схема гликолиза.

                                                      Глава II                        

                       ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

         «Воздействие внешних факторов на амилазу                  

                                        слюны».

                 Изучив литературу по интересующей меня проблеме, мы приступили к эксперименту. В качестве испытуемых были выбраны учащиеся 5-6 классов МОУ «СОШ №17», посещающих лыжную секцию. Затем мы определились с методиками эксперимента.

               1.Специфичность амилазы слюны.

Слюна содержит белки: амилазу, лизоцим, альбумины, глобулины и муцин.

        Методика приготовления разбавленной слюны:

          Испытуемым предложила тщательно прополоскать рот 2-3 раза водой для удаления остатков пищи. Отмерила цилиндром 50 мл дистиллированной воды и предложила ополаскивать ею рот в течение 3-5 мин. в несколько приёмов. Собранную жидкость фильтровала через вату, и фильтрат использовала для работы.

      Методика определения специфичности амилазы слюны:

В пробирку № 1 поместила 5 мл 5% раствор крахмала.

В пробирку № 2 поместила 5 мл 5% раствор сахарозы.

В обе пробирки добавила 5 мл слюны и 1-2 капли раствора йода.

Опыт повторила 4 раза.

Вывод: Ферменты обладают специфичностью. Амилаза катализирует гидролиз крахмала, сахароза не катализирует гидролиз крахмала.

 2. Действие активаторов и ингибиторов на амилазу            

                                        слюны.

Методика определения активности слюны от различных

соединений.

В пробирку № 1 внесла 1 мл воды.

В пробирку № 2 - 1 мл  раствора HCl.

В пробирку № 3 – 1мл CuSO4.

В пробирку № 4 – 1 мл спиртаС2Н5ОН.

Далее во все пробирки  приливала по 1 мл 5% раствора крахмала, вносила по 1 мл слюны, капая по 1-2 капли раствора йода.

Вывод: Ионы Cl активирует амилазу, ионы Сu – ингибиторы для всех

ферментов, т.к. типичный металл вызывает денатурацию белка.

                          3. Термолабильность

Методика определения амилазной активности от температуры.

В четыре пробирки наливала по 5 мл 5% раствора крахмала.

В № 1 вносила кипящую воду.

В № 2 – воду, t = 15оС.

В № 3 – воду, t = 37оС.  

В № 4 – воду, t = 25оС.

Через 10 минут добавила 0,5 мл разбавленной слюны, капая 1-2 капли раствора йода.

Вывод: Наиболее активна амилаза при t = 37оС (нормальные условия).

  4. Влияние pH среды на активность амилазы слюны

Методика определения амилазной активности от рН среды.

В пробирку № 1 внесла 1мл раствора кислоты HCl.

В пробирку № 2 - 1мл  раствора NaOH.

В пробирку № 3 – 1 мл воды.

Далее в пробирки добавила 5 мл 5% раствора крахмала, 1 мл слюны, 1-2

капли раствора йода.

Вывод: Наиболее активна амилаза в  кислой среде.

5. Влияние физических нагрузок различного характера на          

                      активную реакцию слюны.

За состояние покоя мы приняли отсутствие утомления (до тренировки), а состояние утомления мы диагностировали после тренировки.

             Слюна содержит белки: амилазу, лизоцим, альбумины, глобулины и муцин. Исходя из этого я решила определить активность фермента амилазы, воспользовавшись методикой Вольгемута.

             Метод основан на определении наименьшего количества амилазы (при максимальном разведении слюны), полностью расщепляющий весь крахмал. Амилазная активность слюны выражается объёмом (в мл) 0,1%-ного раствора крахмала, который расщепляет 1 мл неразведённой слюны при температуре 37 оС в течение 30 мин. В норме амилазная активность слюны составляет 160-320 единиц.

          Определение степени активности амилазы слюны основывается на определении количества субстрата (крахмала), расщепляемого 1 мл слюны за определённый промежуток времени (а точнее 30 минут).

          Количественное определение амилазы состоит в следующем:

1. Налили из бюретки в десять пронумерованных пробирок по 1 мл дистиллированной воды.

2. Добавили в первую пробирку с помощью пипетки 1 мл слюны, разбавленной в 10 раз.

3. Перемешали содержимое первой пробирки при помощи троекратного втягивания пипеткой жидкости из пробирки и последующего выливания из пипетки, а затем перенесли полученную смесь из первой пробирки во вторую.

4. Перемешали таким же образом содержимое второй пробирки и перенесли 1 мл полученной смеси из второй пробирки в третью и т.д. Из десятой пробирки 1 мл жидкости как излишний вылили и в итоге получили различное разведение фермента в два раза меньше, чем предыдущая пробирка.

5. Налили во все десять пробирок ещё по 1 мл дистиллированной воды.

6. Далее налили из бюретки во все десять пробирок (начиная с десятой, потом в девятую и т.д.) по 2 мл 0,1 %-ного раствора крахмала и перемешали содержимое каждой пробирки.

7. Одновременно поместили все десять пробирок в нагретую до 37 оС водяную баню.

8. Через 30 минут вынули пробирки из бани, быстро охладили их током холодной воды, перемешали содержимое каждой пробирки и поставили по порядку в штатив.

9. После охлаждения добавили по две капли 0,1 %-ного раствора йода и перемешали. Амилаза слюны катализирует реакцию:

                       (С6Н5 О5)n +nН2О → декстрины →С12Н22О11

При реакции с йодом наблюдали в пробирках гамму таких цветов как: жёлтый (мальтоза), оранжевый (ахродекстрины), красный (эритродекстрины), фиолетовый (амилодекстрины) и синий (крахмал). Полученные данные покоя и утомления я занесла в ниже указанную таблицу.

Покой (Василиса М)

Утомление (Василиса М)

       Затем вычисляем амилазную активность исследуемой слюны. При этом  исходим из следующего. В пробирке, где жидкость окрашена ещё в синий цвет, должного расщепления крахмала не произошло. Достаточное расщепления крахмала, имеет место в той пробирке, где нет синего оттенка. Для нас это 5 пробирка т. к в шестой пробирке уже имеется синий оттенок. В пятой пробирке неразведённой слюны было 1/320 мл, т.е. мы можем написать:

1/320 мл  слюны  расщепляет 2 мл   0,1 % раствора крахмала

1-------------------------------------------------X мл 0,1 %, т.е. X = 2*1/1/320 = 640  

Амилазная активность в состоянии покоя составляет 640. Затем также вычисляем амилазную активность в состоянии утомления.  Для нас это пробирка вторая т.к в третьей имеется фиолетовый оттенок. Во второй пробирки неразведённой слюны было 1/40 мл, т.е. мы можем написать:

1/40 мл слюны расщепляет 2 мл 0,1 % раствора крахмала

1---------------------------------------------------X мл 0,1 % , т.е. X = 2*1/1/40  = 80

Результаты других испытуемых я разместила в приложении.

Данные по расчётам амилазной активности я разместила в табл.8

Таблица №8

Динамика кислотности и активности выделения слюны при наступлении утомления.

Вывод: С увеличением физических нагрузок   амилазная активность слюны уменьшается.

       6. Определение субъективной оценки утомления.

  Методика определения субъективной оценки утомления

 Испытуемым я предложила оценить степень утомления после тренировки, воспользовавшись опросником Кашиваги. При этом мы руководствовались таблицей: «Критерии степени утомления»  (смотри Приложение)

Табл.9. Результаты субъективной оценки утомления.

                                                Выводы.

                   Целью моего исследования было изучение биохимических основ слюновыделения в зависимости от утомления и различных факторов и его диагностирование  доступными средствами. Гипотеза моего исследования состоит в том, что амилаза слюны может служить объектом диагностирования общего состояния человека.

Круг моих исследовательских задач состоял в том, чтобы:

        1. Изучить и рассмотреть теоретические основы образования, строения, функционирования слюны; процесс

        2. Познакомиться с различными диагностиками процесса утомления, а также механизмами образования его в организме.                       

       3. Практически изучить особенности свойств амилазы слюны и зависимость активности данного фермента от различных факторов.

        4. Выявить изменения в кислотности и активности слюны учащихся при наступлении утомления.

По первому кругу задач я ознакомилась с литературой на основе, которой пришла к выводу, что колоссальный прирост информации приводит к тому, что учащиеся е в состоянии сосредоточиться на её усвоении, с трудом отслеживают научные достижения и не всегда осознают смысл их лавинообразного растущего потока. Также я отметила, что занятия физической культурой требуют напряжения не только физических, но и моральных сил. И в том и в другом случае у учащихся развивается утомление – естественное физиологическое явление, и появляется оно после любой нагрузки: умственной, сенсорной, эмоциональной, физической.

        Также я изучила общие механизмы утомления. Данный механизм является, в определённой мере, общим как для физического, так и для умственного труда.

        Касаясь физиологических систем организма, я пришла к выводу, что оценка состояния систем и функций в динамике работоспособности и динамике утомления преследует две основные цели. Первая – выявить степень реализации резервных возможностей системы в условиях трудовой нагрузки. Вторая цель, преследуемая при определении «лимитирующего фактора», приводящего к значительному снижению работоспособности, к развитию утомления.

           Рассматривая критерии степени утомления, я зафиксировала три её основных вида: небольшое, достаточное, чрезмерное.

           Говоря о биохимических изменениях в организме при выполнении физических нагрузок, я наблюдала, что всякая мышечная деятельность, в том числе связанная со спортивными нагрузками, приводит к резкому усилению расходования АТФ в мышцах и увеличению потребности в кислороде. Чем выше интенсивность работы, тем больше интенсивность гликолиза. Поэтому при выполнении    кратковременных физических нагрузок максимальной и субмаксимальной мощности организм использует в качестве субстрата окисления преимущественно углеводы, а при более длительных, но менее интенсивных нагрузках – всё в большей степени липиды и продукты метаболизма. В период отдыха эта группа веществ также является основным субстратом окислительных реакций, поставляющих энергию. Мною выяснено ,что ферментом, катализирующим расщепление полисахаридов (крахмала) пищи  является амилаза слюны. Для оптимального функционирования данного фермента я выяснила, что требуется ряд факторов:

1.Данный фермент обладает термолабильностью при определённой температуре, порядка 37 оС и

2.Определённой рН среды (кислая).

3.Активация фермента зависит от концентрации слюны (чем концентрация выше, тем время гидролиза меньше).

       Исследованиями и клиническими наблюдениями показано, что утомление развивается вследствие проделанной мышечной работы. Активность амилазы зависит от утомления. Это сказывается на накоплении различного рода метаболитов в организме, которые подавляют действие фермента, что оказывает влияние на общее состояние человека.

                                      Заключение

             Подводя итог этой работы, хотелось бы отметить ещё один чёткий вывод, сформулированный в результате её проведения. Он заключается в том, что для исследования биохимических основ утомления от амилазной активности вряд ли достаточно написать на эту тему одну единственную работу, или поставить два-три эксперимента. Причин здесь, по крайней мере, две. Первая состоит в постоянной изменчивости всех факторов, взиамновлиющих на процесс амилазной активности. Например, амилазная активность будет зависеть от состояния человека (принимал ли он пищу, какой у него обмен веществ, какая температура).

Вторая причина это обширность данной темы. По каждому разделу теоретической части моей работы  были проведены научные изыскания. Например, по вопросам механизма образования процесса утомления, работали русские учёные И.М.Сеченов, В.О. Бугославских. Механизм слюноотделения и амилазной активности рассматривали Тарасенко Л.М., Суханова Г.А., Мищенко В.П., Непорада К. Но надо отметить, что взаимосвязь этих процессов практически не рассматривал   ни один учёный.

     Поскольку в клинической биохимии идёт расширение объектной базы и пристальное внимание обращается га слюну, полученные данные имеют перспективы  применения в практике.

              Проведённое мной исследование окончательно убедило меня в том, что в своей работе я смогла  рассмотреть лишь малую часть одной из важных проблем, связанной с диагностированием процессов утомления через амилазную активность. Однако я надеюсь, что внимание к этой проблеме будет возрастать.

                          Список литературы

1. Брин В.Б., Зонис Б.Я. Физиология трудовых процессов.- М.: Медицина, 1999.

2. Горшков С.И., Золина З.М., Мойкина Ю.В. Методики исследований в физиологии труда. – М.: МГУ, 1992.

3.Думбай В.Н. Основы физиологии труда. Учебное пособие. – Ростов-на-Дону: РГУ, 1996.

4. Леонова А.Б. Психодиагностика функциональных состояний человека. – М.: МГУ, 1999.

5. Меерсон Ф.З Концепция  долговременной адаптации. – М.: Дело, 1998.

6. Данилова Н.Н. Психофизическая диагностика функциональных состояний.-М: МГУ, 1992.

7. Кучкин. С.Н., Ченегин В.М. Методы исследования в возрастной физиологии физических упражнений.- Волгоград: ВГАФК, 1998.

8. рсон Ф.З. Концепция долговременной адаптации.- М.: Дело, 1993.

                                     Приложение

                                                     Таблица 1. Основные функции слюны

                                                               Таблица 2. Компоненты слюны

                          Таблица №3.  Критерии утомления и переутомления

                                 Таблица №4. Схема оценки степени утомления по

                                                физиологическим  данным.

             Таблица №5 Классификация работ по уровню энергозатрат.

                                          Таблица №7  Критерии степени утомления