Тираж 100000 экз издат. № 7881. Зак 1575 цена 60 коп.

Все большей популярностью у людей разных возрастов пользуется бег. В книге, открывающей новую серию нашего издательства «Наука- здоровью», рассказывается о его физиологических основах, особенностях организма людей среднего и пожилого возраста, выбравших этот вид тренировки Приводятся результаты исследований советских и зарубежных ученых, показывающие положительное влияние занятий бегом на самочувствие Авторы приводят методики использования бега в целях профилактики различных заболеваний.

Для массового читателя

Научно-популярное издание Серия «Наука - здоровью»

Владимир Михайлович Волков Евгений Григорьевич Мильнер

ЧЕЛОВЕК И БЕГ

Заведующая редакцией Т. В. Козлова. Редакторы Г С Б ухова. Т. В. Козлова. Художник С. В. Дурнев. Художественный редактор Е. С. Пермяков. Технический редактор Е. И. Блин-дер Корректор Р. В. Шупикова

Тираж 100000 экз Издат. № 7881. Зак 1575 Цена 60 коп.

 

Мы старались объективно и без прикрас раскрыть все многообразие проблем оздоровительного бега, с его праздниками и буднями, радостями и огорчениями, прекрасным настоящим и еще более радужным будушим. Авторы предприняли попытку систематизировать и обобщить данные мировой литературы о возможностях использования быстрой ходьбы и медленного бега для лиц с некоторыми заболеваниями сердечно-сосудистой системы. К тем же выводам они пришли, проанализировав 15-летний опыт работы и результаты научных исследований, выполненных на базе смоленского клуба «Надежда», в котором за эти годы основы оздоровительного бега освоили более 500 женщин и мужчин среднего и старшего возраста.

Мы расскажем, как предупредить болезни и продлить молодость, поможем, как нам кажется, читателю познать радость бега и сделать его своим верным союзником в борьбе со старостью. В этой книге мы попытавшись также в доступной, популярной манере и жить научные факты, что, возможно, удалось не везде, за что заранее приносим свои извинения читателю. Полагаем, что книга вызовет дискуссии, так как медико-биологические аспекты оздоровительного бега — это область, которую еще предстоит серьезно и глубоко изучать. Поэтому мы с благодарностью примем все критические замечания в свой адрес.

Авторы

 

Глава I

ФИЗИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ И ЗДОРОВЬЕ

БЕГ И БОЛЕЗНИ XX ВЕКА

Характерной чертой нашего века является рост смертности от сердечно-сосудистых заболеваний в экономически развитых странах в результате резкого снижения двигательной активности населения, избыточного высококалорийного питания и перенапряжения нервной системы из-за обилия информации и стрессовых ситуаций. На смену массовой гибели людей от инфекционных заболеваний пришла невиданная доселе широкая распространенность ишеми-ческой болезни сердца (ИБС), смертность от которой занимает первое место в мире среди всех прочих болезней, опережая даже такого грозного врага, как злокачественные новообразования. Согласно определению Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) (337)*, ишемическая, или коронарная, болезнь сердца означает недостаточное кровоснабжение и обеспечение сердечной мышцы кислородом в результате склеротического поражения и сужения (стенозирования) сер­дечных артерий, конечной стадией которой является инфаркт миокарда. ИБС чаше всего проявляется болями различной локализации и интенсивности (стенокардия), но иногда может протекать и бессимптомно и служить причиной внезапной смерти (345).

• Здесь и далее см. список литературы.

 

Согласно данным ВОЗ (337), смертность от ИБС в 23 экономически развитых странах лишь за одно десятилетие возросла более чем на 60%. В США ежегодно от инфаркта умирает около 1 миллиона человек (287). Инфаркт у мужчин наблюдался в Москве в 3,0, в Лондоне в 4,9, Хельсинки в 5,9 случаев на каждую тысячу ежегодно (68). На основании обобщенных данных можно прийти к выводу, что любые 100 мужчин среднего возраста из 1000 подвергаются риску «сердечной атаки» в течение ближайших 10 лет (154).

Представляют интерес сравнительные данные о распространении коронарной болезни в ряде стран. Среди мужчин 40—59 лет стенокардия и перенесенный инфаркт миокарда были выявлены соответственно в Брюсселе в 4,9 и 2,4%, в Гааге—в 63 и 1,5%, в Милане—в 2,7 и 3,0% и в Москве — в 4,4 и 9,6% случаев (291). У мужчин, проживающих в Москве, ИБС была обнаружена в среднем в 8,6%, в Ленинграде -в 123% (26), а среди взрослого населения США — в 20% случаев (317). Однако в действительности ИБС распространена значительно шире, так как часто протекает в скрытой форме и не распознается клинически. Даже при типичной стенокардии почти половина больных не обращается к врачу за медицинской помощью (50) и потому подобные случаи не фиксируются.

Необходимо отметить, что коронарная болезнь не только проблема пожилых, как считалось до недавнего времени. В специальном исследовании, выполненном по программе ВОЗ, при вскрытии умерших в возрасте от 10 до 19 лет склеротические бляшки были обнаружены в аорте в 8%, а в коронарных артериях—в 24% случаях. У лиц 20—29 лет эти цифры возросли соответственно до 18 и 30% (327).

При проведении в ряде стран мира многолетних эпидемиологических наблюдений обнаружена тесная зависимость между распространением ИБС и некоторыми факторами внешней и внутренней среды, которые получили название «факторов риска». К ним, в частности, относятся: высокий уровень холестерина в крови, повышенное артериальное давление, избыточная масса тела, курение, неблагоприятная наследственность, недостаточная двигательная активность и чрезмерное, высококалорийное питание.

 

Избыточная масса тела

Под этим понимают увеличение массы тела выше нормы. Если масса тела превышает норму более чем на 10%, то речь идет уже об ожирении. Для расчета нормальной массы тела могут использоваться различные индексы (например, росто-весовой индекс Брока) или же специальные таблицы. В результате избыточного питания и малой физической активности около 40—50% взрослого населения городов в эко­номически развитых странах страдает ожирением (89). У мужчин среднего возраста, проживающих в Москве, ожире­ние обнаружено в 34% случаев, а в США — у 25% всего населения.

Избыточная масса тела является дополнительным фактором, способствующим развитию ИБС, так как при ожирении гиперхолестеринемия и артериальная гипертония встречаются значительно чаще. При обследовании мужчин среднего возраста в Финляндии обнаружена тесная взаимосвязь между индексом массы тела и показателями липидного обмена. У людей с нормальным индексом (до 23 кг на 1 кв. м поверхности тела) содержание холестерина, триглицеридов, ЛПНП и ЛПВП было в пределах нормы. С увеличением индекса больше 26 кг/м² все исследуемые показатели изменились в худшую сторону пропорционально увеличению массы тела (224). При сравнении двух больших групп людей среднего возраста с нормальной и избыточной массой тела (на 25% выше нормы) оказалось, что у последних содержание триглицеридов и атерогенного холестерина было значительно выше, а ЛПВП —ниже, чем у людей с нормальной массой (343). По данным различных авторов, избыточная масса тела увеличивает риск ИБС, в основном стенокардии и внезапной коронарной смерти, в 1,3—3,4 раза (204, 315). Во Фремин-гемском исследовании отмечалось, что у людей с избыточной массой тела случаи стенокардии и внезапной смерти наблюдаются значительно чаще, чем у лиц с нормальной массой (204).

Группа американских ученых во главе с Росси (293) поставила интересный эксперимент. Три женщины, масса тела которых в среднем была на 80% больше идеальной, начали ежедневно заниматься ходьбой в среднем по 111 мин со скоростью 3 мили в час. При этом женщинам предлагалась на выбор и без ограничения вкусная, но низкокалорийная пища. При таком рационе потребление энергии составило всего 1900 ккал в сутки, а расход — 2800 ккал, то есть расход энергии значительно превышал ее поступление с пищей. Через 60 дней выполнения этой программы масса тела у женщин снизилась в среднем со 100 до 93 кг. Как показали недавние исследования Дюран с соавторами (147), дозированная физическая нагрузка позволяет нормализовать массу тела не только за счет увеличения энерготрат, но в результате подавления чувства голода и аппетита, причем у тучных в большей степени, чем у худых.

Лучшим средством снижения избыточной массы тела является длительный бег. По данным Нью-Йоркской академии наук (343), регулярные занятия оздоровительным бегом позволяют сохранить идеальный вес до глубокой старости. И при обследовании двух групп людей среднего возраста, регулярно пробегающих не менее 28 км в неделю и ведущих малоподвижный образ жизни, обнаружено, что у бегунов вес тела близок к идеальному, а содержание жира в полтора раза меньше, чем у их малоподвижных сверстников (табл. 2), имеющих массу тела на 25% больше нормы.

Таблица 2

Сравнительные данные веса тела (кг) и веса жира (%) у бегунов и людей, ведущих малоподвижный образ жизни*

Показатели	I группа (бегуны)	II группа (контрол.)
	муж.	жен.	муж.	жен.
Вес тела во время обследования
Вес тела в 18 лет
Максимальный вес в течение жизни
Содержание жира

* По Wood, 1977 (343).

 

Курение

Большинство ученых считает, что курение сигарет увеличивает риск инфаркта миокарда, так как никотин вызывает спазм коронарных артерий, замедляет сердечный кровоток и

повышает возможность образования сгустка крови (тромба) и закупорки сосудов. К сожалению, курение широко распространено во всем мире. Работы советских патологоанатомов показали, что тяжелые стенозирующие поражения коронарных артерий у курильщиков наблюдаются в 2—3 раза чаще, чем у некурящих (2). Курение повышает риск инфаркта миокарда в 1,5—6,5 раз в зависимости от количества выкуриваемых сигарет (315). Анализ статистических данных 21 страны выявил связь между количеством потребляемых сигарет на каждого взрослого человека и смертностью от ИБС (256). В этом нет ничего удивительного, так как исследования последних лет (93) показали тесную обратную зависимость между интенсивностью курения и содержанием в крови ЛПВП, обладающих защитным антикоронарным действием. Чем больше количество выкуренных сигарет, тем ниже уровень ЛПВП, препятствующих развитию инфаркта.

Никотин обладает настолько сильным атерогенным действием, что полностью нейтрализует положительное влияние физической тренировки на липидный обмен у больных ИБС. Так, при прохождении 3-недельного курса реабилитации, которая включала от 20 до 40 мин медленного бега в день, из 40 больных ИБС в госпитале королевы Елизаветы в Лондоне у 34 пациентов, бросивших курить, наблюдалось выраженное увеличение ЛПВП и снижение коэффициента атеро-генности, в то время как у 6 человек, продолжавших «наслаждаться» сигаретами, липидный профиль не изменился! (132). Но несмотря на неэффективность физической тренировки в этом плане, она может быть с успехом использована для профилактики коронарной болезни и у курильщиков, так как значительно облегчает процесс отвыкания от сигарет у тех, кто к этому стремится. В ряде работ показано, что регулярные занятия бегом ведут к сокращению числа выкуренных сигарет, а во многих случаях приводят к полному отказу от этой пагубной привычки (146, 307). Между тем отказ от курения и регулярные физические упражнения могут значительно улучшить физическое состояние даже самых «злостных» курильщиков. Фремингемское исследование показало, что риск развития ИБС у бросивших курить спустя 5 лет такой же, как и у тех, кто никогда не позволял себе подобной «роскоши» (204). Так что не теряйте надежды, товарищи курильщики!

 

БЕГ ПРОТИВ РАКА

В последние годы появляется все больше данных о том, что бег может оказаться не только эффективным средством защиты от развития атеросклероза, но и предупреждения раковых заболеваний. Впервые к такому выводу пришел известный врач и тренер, крупный специалист в области оздоровительного бега Эрнст ван Аакен на основании наблюдений за группой из 500 бегунов и такой же группой людей, ведущих малоподвижный образ жизни. За четырехлетний период в группе бегунов раком заболело 4 человека. После операции все они быстро поправились и продолжили занятия. За это же время в контрольной группе раком забо­лело 18 человек и больше половины из них умерло. Профилактическое влияние бега в отношении раковых заболеваний объяснялось повышением неспецифических защитных сил организма (общего иммунитета) под влиянием тренировки и увеличением активности лимфоцитов, способных уничтожать раковые клетки.

Затем в опытах на животных Раш и Хоффман (цит. По Куперу, 122) обнаружили, что принудительный бег на «бегущей дорожке» (тредбане) останавливал рост опухолевых клеток. «Обнадеживающие данные были получены и при наблюдении за людьми. Паффенбергер (275) в течение 16 лет наблюдал более 16 000 мужчин. В группе с малой физической активностью (расход энергии на выполнение физических упражнений был ниже 500 ккал в неделю) раком заболело 26%, во второй группе, более интенсивно занимающихся физической тренировкой, злокачественные новообразования развились лишь у 19%. Разница не слишком велика, но расход энергии и в этой более активной группе также был значительно ниже оптимального.

Эти наблюдения получили подтверждение в новейших исследованиях большой группы советских ученых, возглавляемой профессором В. П. Мищенко (51). Известно, что развитие опухолевых клеток в организме возможно при повреждении генетического аппарата клетки, заключенного в молекуле дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Повреждающее действие может быть вызвано канцерогенными веществами, содержащимися в самом организме в виде токсичных соединений кислорода, особенно активно образующихся при гиподинамии. Однако в норме у здорового человека эти токсичные соединения (свободные радикалы) обезвреживаются специальными механизмами антиоксидантной (противооки-слительной) защиты, надежность которой зависит от содержания в крови антиоксидантных веществ (глютатиона) и активности фермента супероксиддйсмутазы. При обследовании. 126 бегунов старше 40 лёт было обнаружено, что содержание в крови этих веществ и их активность были у испытуемых значительно выше, чем у небегающих. Устойчивость эритроцитов к повреждающему действию токсичных соединений кислорода у бегунов также была выше, чем в контрольной группе. Причем положительные сдвиги в системе противоопухолевой защиты организма оказались пропорциональны стажу занятий оздоровительным бегом. Следовательно, чем раньше начаты беговые тренировки, тем больше устойчивость организма к раковым заболеваниям.

 

БЕГ И РАБОТОСПОСОБНОСТЬ

Занятия оздоровительным бегом не только позволяют избежать преждевременного инфаркта и сохранить жизнь, но и значительно повысить работоспособность и многие жизненно важные функции, что имеет не менее важное значение. Ведь для человека совсем не безразлично, как прожить завершающий этап своей жизни. Он может стать «золотой осенью», а может превратиться в настоящий ад, приносящий невыносимые мучения больному и его близким.

Бег как раз и является тем средством, которое позволяет сохранить здоровье и высокую физическую и умственную работоспособность до глубокой старости. Причина — омолаживающее действие бега на организм. Помимо фактического (паспортного) возраста имеется еще и возраст биологический, отражающий функциональное состояние организма. По своим физическим и психоэмоциональным качествам можно быть дряхлым стариком уже в 40—50 лет, а можно и в глубокой старости сохранить высокую физическую и творческую активность. По единодушному мнению ученых, ключевым индикатором старения является физическая работоспособность человека, которая с возрастом прогрессивно снижается. Между 30 и 70 годами работоспособность уменьшается примерно на 35-40%. «Если удастся каким-либо образом задержать снижение работоспособности, то можно считать, что старение удалось отложить», — писал в своей книге «Энциклопедия оздоровительного бега» известный американский врач Джеймс Фиккс. Он считал, что интенсивная физическая нагрузка в свободное время (бег) —один из наиболее эффективных факторов долголетия.

Для определения физической работоспособности широкое распространение во всех странах мира получила функциональная проба РWС₁₇₀ английского термина физической работоспособности— Рhysical Working Сарасitу). Она измеряется мощностью работы в кгм/мин, которую испытуемый может развить при пульсе 170 уд. Проба проводится на специальном велостанке — велоэргометре, который позволяет точно дозировать мощность выполняемой работы. Чем больше мощность работы, тем выше работоспособность. Так, например, у больных, перенесших инфаркт миокарда, этот показатель может быть равен всего 300 кгм/мин, а у здоровых молодых, но нетренированных мужчин он увеличивается до 1000, а у спортсменов высокого класса — бегунов и лыжников — до 2000-2500 кгм/мин.

У людей, ведущих малоподвижный образ жизни, с возрастом наблюдается снижение физической работоспособности.

Занятия оздоровительным бегом препятствуют возрастному снижению работоспособности. Д. Ф. Чеботарев с соавторами (71) обследовал большую группу мужчин старше 60 лет, занимающихся в клубе любителей бега в течение длительного времени и аналогичную группу здоровых людей такого же возраста, ведущих малоподвижный образ жизни (табл. 6).

Как видно из табл. 6, у любителей бега физическая работоспособность и потребление кислорода значительно выше по сравнению с их малоактивными сверстниками. У бегающих мужчин 60—69 лет показатели теста РWC₁₇₀ выше, чем у мужчин 40-49 лет, не занимающихся бегом (852 против 784 кгм/мин)! Таким образом, на основании этих данных можно говорить о лучшем сохранении функциональных возможностей организма. Действительно, ученые считают, что занятия длительным бегом могут задержать процессы старения на 10-20 лет (188).

Мы также наблюдали значительное повышение физической работоспособности под влиянием регулярных беговых тренировок.

 

Таблица 6

Показатели физической работоспособности (кгм/мин) и потребления кислорода (мл/мин/кг) умужчин пожилого возраста, занимающихся оздоровительным бегом (1) и ведущих малоподвижный образ жизни (2)*

Показатели	Возрастные группы
60-69 лет	70-79 лет	80-89 лет
Тест 1 гр. РWС170 2 гр.	852 660	690 528	570, 432
Потребление кислорода 1 гр. на пике 2 гр. нагрузки	37 30	30 26	28 23

* По Д. Ф. Чеботареву с соавт., 1984 (71).

 

Тест РWС₁₇₀ проводился у 64 женщин в возраст 30-60 лет (табл. 7).

Анализ полученных данных показал, что ведущим факторок повышения физической работоспособности является величина тренировочной нагрузки. Как правило, чем больше количество пробегаемых в неделю километров, тем выше работоспособность (на основе данных теста РWС₁₇₀)*.

Таблица 7

Показатели физической работоспособности у женщин в зависимости от стажа занятий и величины тренировочной нагрузки*

Стаж занятий и недельный

	кгм / мин	кгм / мин / кг
До 3 месяцев — 9 км		8,2
1—2 года — 10—15 км		12,6
3-5 лет -20-30 км		16,9

* По данным собственных наблюдений.

* Полученные данные вовсе не означают, что только большие объемы нагрузок ведут к успеху. Мы полагаем, что рациональное планирование тренировочных нагрузок, умелое сочетание их с отдыхом — важные условия

 

Зависимость между тестом РWС₁₇₀ и возрастом выражена значительно слабее. Так, например, навысший показатель работоспособности среди женщин обна-пужен нами у Н. Ш., 58 лет (1408 кгм/мин), имеющей недельный километраж от 30 до 40 км, тогда как у В. Т., 32 лет, показавшей торой результат в тестировании (1225 кгм/мин), недельный объем бега не превышал 20-30 км. У 50-летних мужчин нашего клуба любителей бега физическая работоспособность по тесту PWС₁₇₀ составила в среднем 1500 кгм/мин -т. е. была такой же, как у 20-летних студентов института физкультуры, занимающихся ациклическими видами спорта (футболистов, фехтовальщиков и т д.) А у более молодых бегунов в возрасте 35 лет этот показатель достигает 1700 кгм/мин т. е. такой же, как у спортсменов I разряда, специализирующихся в беге на длинные дистанции!

Е. А. Пирогова (55) наблюдала 580 бегунов в возрасте от до 70 лет со стажем занятий от 1 до 50 лет. Показатели деятельности сердечно-сосудистой системы — частоты пульса, артериального давления и электрокардиограммы - у пожилых были такие же, как и у молодых! Даже такой важнейший показатель, как коронарный кровоток (количество крови, протекающее через артерии сердца за 1 мин), отражающий степень развития ишемической болезни, у пожилых не был снижен. У начинающих любителей оздоровительного бега только за 8 недель занятий отмечено повышение сократимости миокарда и производительности сердца, в результате чего физическая работоспособность по тесту РWС₁₇₀ возросла на 30%. Эти изменения сопровождались увеличением коронарного кровотока и снабжения миокарда кислородом более чем на 25%.

Повышение функции миокарда подтверждается новейшими методами исследования с помощью ультразвука, позволяющими при жизни человека точно определить размеры сердца и его производительность (эхокардиография). Английские ученые Шапиро и Смит (309) наблюдали увеличение массы левого желудочка за счет утолщения его задней стенки и межжелудочковой перегородки у 15 добровольцев среднего возраста (неспортсменов) после выполнения 6-недельной тренировочной программы, состоящей из бега в умеренном темпе 3 раза в неделю по 30 мин. Эти изменения сопровождались ростом производительности сердца и способности организма усваивать кислород. Следует подчеркнуть, что они не приводили к увеличению размеров сердца и его полостей, что может наблюдаться у спортсменов. Такой вариант адаптации к тренировочным нагрузкам является оптимальным с точки зрения повышения функциональных возможностей и стабильного здоровья (25). При изучении влияния бега на функцию сердца у людей среднего возраста аналогичные данные получены и другими авторами (279). В отличие от патологической гипертрофии (например у больных гипертонической болезнью) увеличение мышечной массы левого желудочка сопровождается расширением просвета коронарных артерий и соответствующим увеличением коронам ного кровотока. У известного американского марафонца Де Мара умершего в возрасте 73 лет, просвет коронарных артерий был в 3 раза шире по сравнению с сосудами «нормального» чело века (242).

Немаловажное значение имеет и экономизация сердечной деятельности, которая выражается в снижении частоты сердеч ных сокращений в состоянии покоя (брадикардия). У выдающихся атлетов современности пульс в покое снижался до 40-42, а у некоторых до 36 уд/мин. У трехкратного олимпийского чемпиона в беге на 800 и 1500 м Питера Снелла, ученика знаменитого новозеландского тренера Артура Лидьярда, пульс в покое был равен 38 уд/мин, у олимпийского чемпиона Петра Болотникова -42, у известного советского марафонца Феодосия Ванина —Зб, у легендарного финского бегуна Пааво Нурми — 38 уд/мин.

Брадикардия развивается не только у спортсменов, но и у любителей оздоровительного бега. Так, Пилчер (281) наблюдал у людей среднего возраста под влиянием беговых тренировок снижение частоты сердечных сокращений в покое параллельно увеличению количества пробегаемых километров. При увеличе-нии величины недельной нагрузки с 8 до 48 км пульс снижался в среднем с 58 до 45 уд/мин. У мужчин нашего КЛБ старше 40 лет пульс в покое утром, после сна составляет 48—54 уд/мин а у некоторых 40—42 уд/мин.

Благотворное влияние бега на организм человека поистине безгранично. Многие авторы отмечают улучшение функции пе-чени, пропорциональное длительности бега (30), что объясняется увеличением потребления кислорода печенью в 2—3 раза по срав-нению с уровнем покоя — с 50 до 100—150 мл/мин (330). В резуль-тате вибрации внутренних органов, возникающей при беге за счет вертикальных колебаний тела, и выделения в кишечник больших количеств магния улучшается его моторика и дренажная функция, вследствие чего бег является незаменимым средством борьбы с запорами.

Для того, чтобы более глубоко осознать действие бега на человеческий организм, нам придется в общих чертах познакомить читателя с его физиологической характеристикой, что мы и сделаем в следующей главе.

 

 

Глава II

ЭНЕРГЕТИКА МЫШЕЧНОЙ

ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Вся жизнедеятельность организма обеспечивается за счет взаимодействия двух процессов — ассимиляции и диссимиляции. Ассимиляция (анаболизм) определяет строительную функцию, накопление и обновление веществ. Напротив, диссимиляция (катаболизм) — это непрерывный распад веществ и образование энергии.

Как и где образуется энергия и каким образом она расходуется? Эти вопросы интересовали человека с давних пор.

По наивным представлениям древних, жизненная энергия зарождается в сердце, а оттуда «внутренний жар» распространяется вместе с кровью по всему организму. В середине XIX века господствовало мнение, будто многообразная деятельность организма осуществляется благодаря энергии белковых соединений. Но это были только предположения, не подкрепленные достоверными фактами. Научные же данные и тогда убедительно говорили, что белки выполняют в основном строительную функцию и роль их в энергетике невелика.

Вплоть до начала нынешнего столетия ученые считали, что химическая энергия освобождается только в присутствии кислорода, то есть при реакциях окисления. Правда, во второй половине XIX века Пастер поколебал эту точку зрения, обнаружив, что в микроорганизмах, бактериях, грибках распад некоторых источников энергии проходит без участия кислорода. Но это открытие не произвело впечатления на сторонников «кислородной теории» и не натолкнуло на новые поиски.

В середине XIX века Роберт Майер открыл закон сохранения энергии. История эта примечательна. Майер, будучи судовым врачом, лечил команду корабля от воспаления легких. По прибытии на остров Ява ему пришлось взять кровь у заболевших матросов. К своему удивлению, он обнаружил, что венозная кровь, которая обычно темнее, чем богатая кислородом артериальная, на этот раз незначительно отличается от нее по цвету. Это позволило предположить, что в условиях жаркого климата для организма характерен менее интенсивный обмен веществ. Майер пришел к заключению: в «жизненном процессе происходит лишь превращение вещества и силы, а отнюдь не их создание».

Шли годы, проводились все новые опыты. В качестве объекта исследования в лаборатории прочно вошел нервно-мышечный препарат лягушки. Изолированную мышцу заставляли сокращаться в разных условиях — в присутствии кислорода, атмосфере азота, в особом бескислородном растворе. Результаты подорвали позиции сторонников «кислородной теории»; без кислорода мышца сокращалась, хотя и меньше.

1922 год. Нобелевская премия по физиологии и медицине присуждена двум выдающимся ученым — Хиллу и Мейергофу. Им удалось не только открыть новый путь образования энергии, но и создать стройную по тому времени теорию химических превращений в организме. Было установлено, что гликоген распадается без кислорода, образуя молочную кислоту. При этом выделяется значительное количество энергии. Химическая цепочка реакций завершается уже в присутствии кислорода. Окисление молочной кислоты сопровождается образованием большого количества энергии.

Последующие научные открытия убедительно показали, что энергетический обмен может протекать и без гликолиза, то есть без распада гликогена. Следовательно, существуют какие-то другие виды «горючего». Вещества вскоре были] найдены —ими оказались богатые энергией фосфорные соединения, получившие название макроэргических.

Немногим более 50 лет назад немецкий ученый К. Ломан, исследуя мышцы кролика, обнаружил сложное химическое соединение — аденозинтрифосфорную кислоту (сокращенно АТФ). Формула строения этого вещества достаточно сложна: если ее написать, она займет четверть страницы, поэтому ограничимся лишь упрощенным пояснением. АТФ состоит из аденозина (обозначим его буквой А) и трех остатков фосфорной кислоты (Р). Следовательно, схематично АТФ будет выглядеть так: A—Р—Р—Р. Если АТФ при разрушении фосфатных групп теряет один фосфат, то получается другое вещество — аденозиндифосфорная кислота (АДФ) и выделяется энергия. Напротив, чтобы снова присоединить фосфат к АДФ, требуется затратить энергию.

Любопытно, что взаимоотношения между АТФ и АДФ напоминают заколдованный круг. Чем выше концентрация АДФ в клетке, тем выше скорость синтеза АТФ и дыхания тканей. Но уровень АДФ, в свою очередь, зависит от скорости распада АТФ. Вот и получается, что усиление одного процесса неминуемо влечет активизацию другого. Саморегуляция биологической системы, выработанная природой, позволяет управлять, контролировать один из механизмов энергетики живого организма.

Учитывая огромное и многообразное значение АТФ, ей присвоили разные «прозвища»: «банк» энергии, «аккумулятор на колесах» и др. Сегодня процесс образования энергии представляется следующим образом. В клетках находятся мельчайшие образования митохондрии (рис. 2), которые образно называют энергетическими станциями. В митохондриях насчитывается свыше 50 ферментов, участвующих в разрушении и синтезе различных химических соединений. В клетке может быть до 2000 митохондрий. На их наружных и внутренних поверхностях располагаются тысячи мельчайших частиц. Они содержат эффективные биохимические системы, обеспечивающие синтез веществ, богатых энергией. Подсчитано, что энергия их на единицу массы мышц равна энергии двигателей реактивного самолета при вертикальном подъеме, а КПД равен примерно 80%, что намного выше КПД многих реактивных двигателей. Примерно половина энергии, образующейся в митохондриях, превращается в тепло, оставшаяся часть консервируется в виде химических связей молекул АТФ. Но, увы, запасы АТФ в клетке относительно невелики, поэтому мышца сможет работать только в том случае, если они непрерывно пополняются.

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 аэробнойпроизводительности. 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.