Шли годы. Ставились все новые опыты. В качестве объекта исследования в лаборатории прочно вошел нервно-мышечный препарат лягушки. Он состоял из изолированной вырезанной из тела мышцы, нерва и кусочка спинного мозга. Изолированную мышцу лягушки заставляли сокращаться в разных условиях — в присутствии кислорода, в атмосфере азота, в особом бескислородном растворе.
Результаты этих экспериментов подорвали позиции сторонников «кислородной теории»: без кислорода мышца сокращалась, хотя и меньше.
Так постепенно, шаг за шагом, ученые накапливали данные, подтверждающие возможность образования энергии без кислорода, не за счет, следовательно, реакций окисления, а в результате каких-то иных процессов.
1923 год. Нобелевская премия по физиологии и медицине присуждается двум выдающимся ученым — Хиллу и Мейергофу. Открыт новый путь образования энергии и создана стройная по тому времени теория химических превращений в живом организме. Установлено, что важным источником энергии является особое углеводистое соединение — гликоген, который распадается без кислорода, образуя молочную кислоту.
При этом выделяется значительное количество энергии. Молочная кислота, в свою очередь, также способна давать энергию, но уже с помощью кислорода. Она окисляется, завершая цепочку реакций распада.
Но как ни стройна была эта теория, и она не выдержала испытания временем. Выяснилось, что в различных тканях энергетический обмен происходит, если даже искусственно приостановить распад гликогена. Значит, существуют другие виды «горючего». И эти вещества вскоре были найдены. Ими оказались фосфорные соединения — аденозинтрифосфорная и креатинфосфорная кислоты.
Распад аденозинтрифосфорной кислоты — первое звено в сложной цепи химических превращений, которые обеспечивают энергией наш организм. Вслед за этим происходит распад другого соединения — креатинфосфорной кислоты, а затем уже гликогена. Разложение этих источников энергии совершается в бескислородной среде. Поэтому первая фаза химических превращений получила название бескислородной, или анаэробной.
Так был раскрыт смысл старого, широко известного опыта, когда мышца лягушки сокращалась в атмосфере азота более 1 500 раз.
Но это отнюдь не означает, что кислород вообще не нужен для энергетической системы организма. Без кислорода организм долго существовать не может. И это потому, что бескислородный распад менее эффективен, чем распад окислительный. Окисление молекулы углерода, например, дает в 25–30 раз больше энергии, чем распад ее без кислорода. И хотя в активно работающих клетках интенсивность бескислородных химических реакций может возрастать в десятки, а порой и в сотни раз, они все не в состоянии полностью обеспечить высокие энергетические потребности мышц, мозга и других тканей.
Основная энергетическая реакция — кислородная — как бы подхватывает эстафету от бескислородной фазы. С помощью кислорода молочная кислота, образовавшаяся при распаде гликогена, окисляется и распадается на углекислоту и воду. Причем не вся молочная кислота окисляется до этих конечных продуктов, а только небольшая ее часть.
И здесь мы встречаемся еще с одним удивительным свойством живого организма: в тканях совершается не только распад веществ, но одновременно их синтез, обратное восстановление. Так, уже во время расхода энергии значительная часть молочной кислоты — примерно три четверти — восстанавливается в гликоген.
Биологический смысл этого обратного восстановления огромен. Ведь запасы «горючего» в организме не столь уж велики. Если одновременно с распадом не происходил бы обратный синтез источников энергии, то энергетические кладовые быстро опустели бы.
В чем практическое значение способности организма добывать себе энергию без помощи кислорода? Вот несколько примеров.
Человек весом в 70 килограммов за 15 секунд поднялся по лестнице на 10 метров. Расчеты показывают, что для такой работы организму нужно полтора литра кислорода. Но сердечно-сосудистая система и дыхательный аппарат не могут в течение коротких 15 секунд доставить такое количество кислорода. Что же? Организм работает в долг и получает «недоданную» порцию кислорода несколько позже. Каждый человек на собственном опыте убеждается в существовании кислородного долга после напряженной физической работы. Усиленное, учащенное дыхание после работы — это и есть погашение кислородного долга.
Другой пример. Спортсмен стремительно бежит к финишу стометровой дистанции. После бега у него значительно увеличивается глубина и частота дыхания. Причина та же самая. В беге на 100 метров организм запрашивает 7 литров кислорода, а получает лишь 0,3–0,5 литра.
Способность нашей внутренней энергетической системы работать в долг человек использует очень часто. В начале всякой работы происходит интенсивное расходование энергии. Но дыхание и кровообращение не в состоянии сразу обеспечить возросшую потребность организма в кислороде. Возникает задолженность.
Величина кислородного долга тем выше, чем стремительнее и интенсивнее наше первое, начальное усилие. Способность организма работать в долг — удивительное приобретение природы. Представим на миг, что человек им не обладает. Тогда перед всякой более или менее напряженной работой он должен надышаться, «запастись» кислородом, а затем уже приступать к делу.
У детей возможности организма работать в долг меньше, чем у взрослых. Дети прекращают утомительную работу при сравнительно небольшой величине кислородного долга. Совершенствуют эту полезную способность тренировка, упражнения. Спортсмены, которым приходится испытывать острый недостаток кислорода — ловцы-ныряльщики, бегуны на короткие и средние дистанции, альпинисты, — способны и в этих условиях совершать большие физические усилия. Тренировка улучшает бескислородный распад химических соединений, а также делает нервные клетки более устойчивыми к недостатку кислорода.
Но не следует злоупотреблять умением организма работать в долг. Всему есть предел.
Из-за чрезмерного недостатка кислорода развивается кислородное голодание тканей. Это ограничивает работоспособность человека, ускоряет развитие утомления. В первую очередь реагируют на недостаток кислорода нервные клетки. Головная боль, притупление способности ясно мыслить могут возникнуть, когда (работающему мозгу явно не хватает живительного кислорода.
Чтобы не доводить организм до чрезмерной кислородной задолженности, важно научиться хорошо дышать. Вот несколько правил.
— Не задерживайте дыхания, вдох и выдох делайте ритмично и достаточно глубоко.
— Соразмеряйте дыхание с движением. При несложных действиях лучше, чтобы вдох совпадал с таким движением тела, когда грудная клетка расширяется, а выдох — с ее сужением. При ходьбе на 1–2 шага делайте вдох, на 3–4 — выдох.
— С первых минут физической работы, когда еще как будто не ощущается недостаток кислорода, установите достаточно глубокое и ритмичное дыхание.
— В паузах для отдыха от умственных занятий делайте несколько глубоких вдохов и полных выдохов. Следите за тем, чтобы воздух в помещении был чистым, свежим.
А как быстрее погасить кислородный долг и тем самым ускорить восстановление сил? Помогает усиленное дыхание, 10–15 дыхательных движений за 30–40 секунд принесут облегчение. Этот навык пригодится всем, но особенно необходим спортсменам, артистам балета, танцорам самодеятельных ансамблей.
Физиологи, изучавшие резервы повышения спортивных рекордов, предлагают и другой, еще более эффективный метод — вдыхать в перерывах воздух, обогащенный кислородом. Наиболее эффективен воздух, в котором 60–70 процентов кислорода.
По истине неисчерпаемые резервы, бодрости, работоспособности в нашем организме раскрывает наука, и надо учиться ими пользоваться.