Человек и бег

И здесь опять сделаем экскурс в историю. В 1930 году советский биохимик В. А. Энгельгардт установил, что в красных кровяных тельцах крови — эритроцитах — АТФ может заново синтезироваться. То же наблюдается и в мышечной клетке. Наряду с распадом АТФ происходит обратное ее восстановление (резинтез), биологический смысл которого огромен. Если одновременно с распадом не протекал бы обратный синтез источников энергии, то энергетические кладовые быстро бы истощались. В этом отношении АТФ сравнивают с аккумулятором, который не только разряжается, но и заряжается «на ходу».

Схематично весь процесс образования энергии выглядит так. Источником энергии для мышечного сокращения является АТФ. Чтобы мышца длительно сокращалась, необходима не только трата АТФ, но и ее непрерывное восстановление. Энергия для этого черпается путем окисления «горючих» веществ — углеводов, жиров и белков.

Восстановление АТФ идет двумя путями: 1) анаэробным, то есть без участия кислорода; 2) дыхательным, или аэробным, то есть с участием кислорода. Одна анаэробная

реакция — распад особого химического соединения — креатин- фосфорной кислоты (КТФ), обеспечивающий быстрое восстановление АТФ. Однако запасы КТФ также ограничены и при продолжительной работе быстро истощаются. Большими возможностями располагает другая анаэробная реакция — распад гликогена.

Открытие гликолиза связано с именем английского биохимика Кребса, который в 1937 году описал цикл химических реакций (цикл Кребса) окисления углеводов. Как это происходит? Сначала на биохимическом конвейере глюкоза (С_бН₁₂О₆) «разрезается» пополам на две молекулы пировиноградной кислоты. Затем включается другой конвейер, где 10 ферментов заканчивают окисление углеводов до конечных продуктов — CO₂ и Н₂О. Этот процесс протекает медленнее, но действует значительно дольше — энергии хватает на несколько минут напряженной работы.

Наиболее эффективным является второй путь восстановления АТФ —аэробное окисление углеводов. Оно позволяет мышце работать в течение нескольких часов. Основная энергетическая реакция — кислородная — как бы подхватывает эстафету от бескислородной фазы и завершает весь цикл энергетических реакций (рис. 3).

Рис.3. График цикла энергетических процессов при мышечной деятельности (по Н.И.Волкову). В первые секунды идет креатинфосфатная реакция, затем – гликолиз. Завершает весь цикл энергетики процессов дыхание.

Таким образом, результативность любой мышечной деятельности, в том числе и бега, в значительной степени зависит от аэробных возможностей (аэробной производительности) организма - способности полнее удовлетворять кислородный запрос. Важный тест аэобныхых возможностей - максимальное потребление кислорода (МПК). Этот показатель отражает эффективность взаимодействия дыхательной, сердечно-сосудистой, кровеносной систем. Не случайно наибольшая величина МПК – 5,5-6,5л (70-85 мл/кг/мин) установлена у высококвалифицированных спортсменов. Так у выдающегося бегуна П. Болотникова МПК

Составляло 83 мл/кг/мин.

Рассмотрим некоторые составляющие теста аэробной производительности. Внешнее дыхание - система, обеспечивающая вентиляцию легких. Оно зависит от жизненной емкости легких (ЖЕЛ), частоты и глубины дыхания, способности к максимальной вентиляции (рис. 4)

Рис. 4. Основные факторы, лимитирующие максимальное потребление кислорода.

Для достижения высокого уровня потребления О₂ во время бега необходимо, чтобы через не менее 180-200л воздуха. В противном случае кровь не полностью насытится кислородом и мышцы недополучат его при беге.

Дыхательная и сердечно-сосудистая системы связаны настолько тесно, что иногда их объединяют под общим названием — кардиореспираторная система. Сердце — этот неутомимый насос жизни, в значительной степени лимитирует максимальное потребление кислорода. Возможно даже, что легкие будут вентилировать много воздуха, но пропускная способность сердца не позволит его транспортировать в нужном количестве. Не случайно сердце чаще, чем другие органы, подвергается перегрузкам. Активная физкультура и спорт налагают существенный «отпечаток» на работу сердца, поэтому говорят даже о «спортивном сердце», отличающемся структурными и функциональными особенностями, которые определяют его высокую производительность.

Советские ученые В. Л. Карпман, С. В. Хрущев и Ю. А. Борисова (1978) выявили взаимосвязь между объемом сердца и работоспособностью спортсмена — чем выше его квалификация и уровень тренированности, тем больше размер сердца. Например, у бегунов на средние и длинные дистанции объем сердца составляет 1020 см³ (14,9— 15,2 см³/кг). Увеличение размеров сердца как в зеркале отражает рост его резервных возможностей. А это, в свою очередь, определяет более рациональное соотношение сердечного выброса и частоты сердечных сокращений во время бега, позволяет сердечной мышце за минуту выбросить 35—40 л крови. Сердце, обладающее меньшими резервами, не может обеспечить необходимый транспорт кислорода.

Аэробные возможности (МПК) зависят от нескольких факторов. Остановимся лишь на одном: запасах энергетических субстратов, в частности, гликогена — важного источника энергии.

По сравнению с кислородом углеводам «повезло». Природа позволила организму откладывать их про запас, создавая депо сахара. Углеводы находятся в виде гликогена в мышцах (2 г на 100 г мышечной ткани) и в печени, а общие запасы их в организме человека составляют 400-600 г.

При беге на сверхдлинные дистанции наблюдается снижение уровня сахара в крови примерно наполовину (рис. 5). Значительное уменьшение сахара в крови (ниже 50—60 мг%) сопровождается упадком сил.

При продолжительной мышечной работе снижение сахара в крови происходит параллельно уменьшению его в печени и мышцах.

Рис. 5. Схема изменения содержания глюкозы в крови и гликогена в печени и скелетных мышцах во время длительной работы

Но это не свидетельствует о каком-то исчерпании углеводных запасов — в организме существуют особые физиологические механизмы, которые стоят на страже кладовых энергии.

Но в условиях продолжительной работы (например, марафонский бег) запасы углеводов могут лимитировать работоспособность.

Профессор В. С. Фарфель приводил интересные наблюдения. Спортсменам до старта предлагался безуглеводный завтрак, состоящий только из мяса и яиц (не было даже хлеба). После этого они пробегали сверхдлинную дистанцию. Большинство финишировали в состоянии резкого истощения, а один из участников, бывший чемпион страны в марафонском беге, сошел с дистанции на 30-м км. Содержание сахара в крови упало у него до 38 мг%. В. С. Фарфель делает вывод, «что единственным способом борьбы с углеводным истощением организма, наступающим при длительном спортивном напряжении, является прием сахара».