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».

В энергообеспечение длительной работы определенный вклад вносят и жиры, но чем интенсивнее нагрузка, тем меньше доля жиров и больше углеводов.

Существенное влияние на аэробные возможности организма оказывают возраст и пол (рис. 6). Так, у женщин максимальное потребление кислорода меньше, чем у мужчин.

Рис. 6. График зависимости МПК от возраста и пола.

Но в возрастном диапазоне от 10 до 70 лет МПК у мужчин и женщин изменяется примерно одинаково. Чем старше человек, тем ниже уровень МПК. Наибольшая аэробная производительность отмечается в 23—30 лет. Характерно, что именно на этот возрастной период приходится обилие рекордных результатов в упражнениях на выносливость.

Природа предоставила нам возможность работать не только в условиях достаточного снабжения кислородом, но и «в долг», то есть при кислородном голодании тканей, благодаря анаэробным источникам энергии.

Рис. 7. Факторы, обеспечивающие анаеробную производительность организма

Анаэробные возможности организма (анаэробная производительность) зависят от ряда факторов (рис. 7).

Во время бега усиление анаэробных реакций может проявиться в увеличении содержания молочной кислоты, в росте кислородного долга, максимальная величина которого—надежный тест анаэробной производительности. Одним из первых определил этот показатель, равный 18,7 л, английский физиолог Хилл. Последующие исследования позволили получить еще большую величину—20—23 л. Так же, как и в случае с МПК, подобный кислородный долг наблюдается только у спортсменов высокого класса. У не занимающихся спортом или активной физкультурой он не превышает 4—7 л или 60—100 мг на 1 кг веса (Н.И.Волков).