Как мышцы вырабатывают механическую энергию
Движение обеспечивают скелетные мышцы ног, корпуса и рук. Внутри мышечных волокон навстречу друг другу скользят белковые нити актина и миозина. Для каждого такого движения клеткам требуется молекулярное топливо — аденозинтрифосфат, или АТФ. Запаса готового АТФ в волокнах хватает буквально на пару секунд бега, поэтому клетка сразу включает механизмы его непрерывного синтеза.
Главным источником для сборки новых молекул АТФ выступает глюкоза. Организм берет ее из запасов гликогена, которые хранятся прямо в работающих мышцах и в печени. В присутствии кислорода митохондрии клеток расщепляют глюкозу с максимальной эффективностью, образуя воду, углекислый газ и солидный объем энергии. Если темп бега становится слишком быстрым и кислорода начинает не хватать, мышцы подключают бескислородное расщепление, при котором накапливаются ионы водорода и лактат.
Сердце и перераспределение кровотока
Мышцам требуется непрерывный приток кислорода и питательных веществ, поэтому сердечно-сосудистая система перестраивает график работы за доли секунды. В покое сердце подростка или взрослого человека прокачивает около пяти литров крови за минуту. При быстром беге этот показатель возрастает до двадцати, а у тренированных спортсменов — до тридцати литров в минуту. Частота сердечных сокращений поднимается в два или два с половиной раза.
Меняется и сам маршрут движения крови. Нервная система сужает сосуды внутренних органов, временно снижая кровоснабжение желудка, кишечника и почек. Сосуды в работающих мышцах ног, наоборот, максимально расширяются под действием сигнальных веществ. В результате до восьмидесяти пяти процентов всего объема циркулирующей крови устремляется прямиком к четырехглавым мышцам бедра, икрам и ягодичным мышцам.
Газообмен в легких и выведение углекислого газа
В спокойном состоянии человек делает от двенадцати до шестнадцати вдохов за минуту, пропуская через легкие около шести-восьми литров воздуха. Во время бега дыхание учащается до сорока-пятидесяти циклов в минуту, а вентиляция легких возрастает до ста литров и более. Дыхательный объем увеличивается, диафрагма и межреберные мышцы сокращаются мощнее и глубже.
Команду дышать чаще мозгу отдает дыхательный центр продолговатого мозга. Он реагирует на повышение уровня углекислого газа в крови. Углекислый газ — продукт окисления глюкозы в митохондриях. Когда его концентрация растет, кровь слегка закисляется. Специальные хеморецепторы в сонных артериях и аорте мгновенно посылают импульс в мозг, требуя немедленно усилить вентиляцию альвеол для выведения излишков газа и захвата свежей порции кислорода гемоглобином.
Охлаждение и сохранение теплового баланса
Мышцы человека работают с коэффициентом полезного действия около двадцати пяти процентов. Это означает, что три четверти всей освобожденной химической энергии превращаются в чистое тепло. Без эффективной системы охлаждения температура внутренних органов уже через пятнадцать минут быстрого бега поднялась бы до опасных значений.
Центр терморегуляции в гипоталамусе запускает два защитных механизма. Сначала расширяются капилляры кожи, позволяя избыточному теплу рассеиваться в окружающий воздух, из-за чего лицо и тело заметно краснеют. Затем активируются потовые железы. Испарение пота с поверхности кожи отнимает огромное количество тепловой энергии, охлаждая подкожные кровеносные сосуды. Вместе с потом организм теряет воду и минеральные соли, поэтому дыхание и охлаждение требуют постоянного контроля питьевого режима.
Гормональный всплеск и реакции нервной системы
Бег запускает работу симпатической нервной системы. Мозговое вещество надпочечников выбрасывает в кровоток адреналин и норадреналин. Эти стрессовые гормоны поддерживают расширение бронхов для облегчения вдоха, усиливают силу сердечных сокращений и стимулируют расщепление гликогена в печени до свободной глюкозы.
При длительном равномерном беге головной мозг начинает синтезировать эндорфины и эндоканнабиноиды. Эти биологически активные соединения притупляют мышечный дискомфорт, вызывают ощущение спокойствия и легкого подъема настроения. Ученые называют этот эффект эйфорией бегуна, помогавшей первобытным охотникам без усталости преодолевать гигантские дистанции.
Частые вопросы
Почему во время пробежки во рту пересыхает?
Симпатическая нервная система во время бега подавляет работу пищеварительного тракта, включая секрецию слюнных желез. Кроме того, частое дыхание через рот ускоряет испарение остатков влаги со слизистой оболочки.
Можно ли пить простую воду прямо на дистанции?
Да, пить воду маленькими глотками можно и нужно при возникновении жажды. Это предотвращает сгущение крови, спасает сердце от перегрузки и поддерживает нормальный объем циркулирующей плазмы для охлаждения.
Зачем тренеры требуют делать заминку после быстрого бега?
При резкой остановке мышцы ног прекращают работать насосом, помогающим венозной крови подниматься к сердцу против силы тяжести. Кровь задерживается в расширенных сосудах ног, артериальное давление резко падает, что может вызвать головокружение или потерю сознания.
Сколько калорий расходуется за тридцать минут бега в среднем темпе?
В среднем человек весом около 60–70 килограммов за полчаса бега в спокойном темпе сжигает от 250 до 350 килокалорий. Точное значение зависит от массы тела, скорости, наклона поверхности и уровня тренированности.