Парадокс упражнений. Научный взгляд на физическую активность, отдых и здоровье

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 быстрее, чем последние могут от них избавиться. Когда количество пируватов достигает неприемлемого уровня, каждый из них под действием ферментов разделяется на лактат (соль молочной кислоты) и ион водорода (H+). Лактат сам по себе безвреден и в итоге расходуется на восстановление АТФ, зато свободные ионы водорода повышают кислотность клеток, что вызывает усталость и боль, а также снижает работоспособность мышц[248]. Примерно через тридцать секунд в ногах спринтера возникает болезненное ощущение, будто они горят огнем. Организму требуется довольно длительное время, чтобы медленно нейтрализовать кислоту и переправить избыток лактата для использования в третьем и последнем, но долгосрочном аэробном процессе производства энергии.

Для жизни необходим кислород, особенно если хочешь убежать далеко. В сущности, когда кислород используется для сжигания молекулы глюкозы, образуется в восемнадцать раз больше АТФ, чем при гликолизе. И опять же ради этого приходится кое-чем поступиться: аэробный метаболизм дает значительно больше энергии, но за гораздо большее время, поскольку требует длинной цепочки последовательных этапов и участия целой армии ферментов[249]. Эти процессы протекают в специализированных образованиях внутри клеток, называемых митохондриями (энергетическими станциями клеток), причем в них сжигаются не только образующиеся из глюкозы пируваты, но и жиры, а в экстренных случаях и белки. Однако сжигание глюкозы и жиров происходит разными темпами. Хотя в моем организме достаточно жировых запасов, чтобы я смог пробежать почти 2100 км, преобразование жиров в энергию требует большего числа этапов, а значит, и больше времени, чтобы расщепить их и сжечь, чем глюкозу. В состоянии покоя организм получает около 70% энергии от медленно сжигаемых жиров, но чем быстрее мы бежим, тем больше глюкозы должны потратить. При уровне нагрузки, соответствующей максимальному потреблению кислорода, мы сжигаем исключительно глюкозу.