Парадокс упражнений. Научный взгляд на физическую активность, отдых и здоровье - Дэниел Либерман
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
На очень коротких спринтерских дистанциях развиваемая скорость в основном зависит от силы и навыка. Поскольку ноги спринтера работают как пара молотов, мощно и быстро ударяющихся о землю, а (как доказал Ньютон) каждое действие вызывает равное по силе противодействие, то чем сильнее ноги спринтера ударяют о землю и отталкиваются от нее, тем сильнее противодействующая сила выталкивает тело вверх и вперед. Поэтому скорость при беге на 100 и 200 м ограничивается тем, какую силу удается развить мышцам ног бегуна за короткое мгновение (для лучших спринтеров мира это всего десятая доля секунды), когда нога на земле[240]. Итак, Усэйн Болт преодолевает спринтерские дистанции намного быстрее, чем Дженни, главным образом потому, что его ноги гораздо сильнее ударяются о землю.
На длинных дистанциях и Болт, и Дженни быстро выбьются из сил, если не умерят темп, из-за способа, каким все организмы изо всех сил стараются быстро преобразовать питательные вещества в пригодную для использования энергию. Поэтому организм часто уподобляют двигателю внутреннего сгорания: как мотор в автомобиле сжигает бензин, так организм сжигает пищу, и, если мы бежим слишком быстро, в наших телах заканчивается «топливо», как в машине бензин, если сильно гнать ее. Правда, эта аналогия неточна, поскольку организм больше схож с электромобилем, но вместо одного емкого аккумулятора, который можно подзаряжать время от времени, клетки нашего организма используют миллионы крошечных органических батарей, требующих постоянной подзарядки.
Эти миниатюрные органические батарейки, носители энергии во всех живых организмах, называются аденозинтрифосфатами (АТФ). Как видно из названия, АТФ состоит из молекулы белка (аденозина), соединенного с тремя молекулами фосфата (атом фосфора, P, в окружении атомов кислорода, О). Эти три фосфата соединены в цепочку один поверх другого, и в химических связях между соседними фосфатами запасается энергия. Когда крайний фосфат отщепляется под действием воды, за счет разрыва его связи с соседним высвобождается крохотное количество энергии, а также один ион водорода (H+), в результате чего аденозинтрифосфат переходит в аденозиндифосфат, АДФ. Энергия на выходе питает почти все протекающие в каждой клетке процессы, в том числе возбуждает нервные клетки, продуцирует белки, сокращает мышцы. Что очень важно, маленькие батарейки АТФ способны перезаряжаться. Посредством разрыва химических связей в молекулах сахара и жиров клетки получают энергию, необходимую для восстановления АДФ до АТФ путем присоединения утраченного фосфата[241]. Но проблема в том, что, будь ты хоть гиеной, хоть человеком, чем быстрее ты бежишь, тем труднее организму успеть подзарядить свои АТФ-батарейки, и потому через короткое время скорость бега приходится снизить.
Для более наглядного представления о том, как работает эта фантастическая, хотя и ограничивающая нашу скорость система, измыслить которую только эволюции и было под силу, представим, что Усэйн Болт и ваш покорный слуга на просторах Африки на пару спасаемся бегством от гиены. Хотя поначалу Болт помчится куда быстрее, чем я, он тоже секунд через тридцать начнет задыхаться, поскольку и у него, и у меня АТФ перезаряжается посредством одних и тех же трех процессов (схематически показанных на рис. 11), которые задействуются последовательно в разные временные промежутки — мгновенно, на короткое время и долгосрочно, — но за счет компромисса между скоростью и выносливостью.
Рис. 11. Различные процессы, с помощью которых мышечные ткани со временем восполняют запасы АТФ. Сначала мышцы почти мгновенно получают энергию за счет имеющихся запасов АТФ и креатинфосфата (CrP), дальше энергия быстро поступает в мышцы за счет гликолиза, а потом — за счет аэробного обмена веществ, и это процесс медленный. Аэробный обмен веществ происходит в митохондриях посредством высвобождения энергии либо из пирувата (соль пировиноградной кислоты и конечный продукт гликолиза), либо из жирных кислот
Первый процесс (фосфагенная система) дает мышцам энергию быстрее всего, но на мимолетный промежуток времени. Когда Болт и я стартуем с места, в наших мышечных клетках содержится мало АТФ, чьей энергии хватило бы разве что на несколько шагов. Казалось бы, неразумно запасать такое мизерное число АТФ, но эти органические батарейки, хотя они миниатюрны и содержат всего один заряд энергии, для клеток слишком объемисты и тяжелы, чтобы производить и запасать их в больших количествах. Притом что за часовую прогулку вы расходуете 13,6 кг АТФ, а за день — количество АТФ, превышающее ваш вес, очевидно, что это слишком тяжкий груз, чтобы постоянно таскать его на себе про запас[242]. Соответственно, организм человека в каждый отдельно взятый момент хранит в общей сложности всего около 100 г АТФ[243]. К счастью, прежде чем наши первые несколько шагов истощат скудные запасы АТФ в мышцах ног, последние быстро обратятся еще к одному высокоэнергетическому соединению, креатинфосфату (креатинфосфорной кислоте), который тоже связывается с фосфатами и запасает энергию[244]. К сожалению, запас креатинфосфата также ограничен, за десять секунд спринтерского бега он истощается на 60%, а после тридцати секунд окончательно иссякает[245]. Пусть так, но драгоценный, хотя и короткий выплеск энергии, обеспечиваемый АТФ и креатинфосфатом, дает мышцам время запустить второй процесс перезарядки за счет расщепления сахара.
Хотя сахар ассоциируется со сладостью, его первая и главная роль — служить топливом, которое организм использует для восполнения запасов АТФ посредством процесса, называемого гликолизом (составной термин от греч. glyco — сладкий и lysis — расщепление). В процессе гликолиза ферменты быстро разрезают молекулы сахара напополам, высвобождая энергию за счет разрыва этих химических связей, чтобы зарядить два АТФ[246]. Восстановление АТФ из глюкозы не требует кислорода и происходит достаточно быстро, чтобы обеспечить мышцам около половины энергии, расходуемой на первоначальный полуминутный спринт[247]. По большому счету организм человека в хорошей физической форме способен запасать достаточно глюкозы, чтобы пробежать почти 24 км. Но здесь кроется ловушка: в процессе гликолиза оставшиеся половинки каждой молекулы глюкозы, называемые пируватами, накапливаются в клетках
