В августе 2008 года на 29-х Олимпийских играх в Пекине китайская спортсменка Лю Чунхун установила мировой рекорд, подняв штангу весом 158 кг в толчке. Это сопоставимо с весом среднего мужчины в одной руке. Почему у человеческих мышц такая большая сила? Подобно тому, как электродвигатель нуждается в электричестве, а электричество в основном вырабатывается на электростанциях путем сжигания угля или нефти, человеческие мышцы для выполнения работы также нуждаются в "высокоэнергетическом соединении" АТФ. Основным "топливом" для его производства в клетках является глюкоза. Животные получают глюкозу в основном из крахмала (полимера глюкозы) в пище.
Вы, возможно, спросите, почему не использовать жир в качестве основного "топлива", ведь его "теплотворная способность" достигает 39 кДж/г, а глюкозы — всего 17 кДж/г? Причина в том, что жизнь на Земле зародилась в воде, поэтому все живые существа используют воду в качестве среды для химических реакций. Хотя жир содержит много энергии, он плохо растворяется в воде, и его транспортировка в кровь и поступление в клетки происходит медленно и с трудом, что не удовлетворяет быстрые потребности клеток в энергии, поэтому он используется только при отсутствии интенсивных мышечных сокращений и т. п.
Напротив, глюкоза хорошо растворяется в воде и не требует энергии для проникновения в клетки. Кроме того, глюкоза является основным источником энергии для живых существ с самого начала их существования и развила высокоэффективную "цепочку химических реакций" для её окисления. В результате глюкоза окисляется до воды и углекислого газа, а выделяющаяся энергия используется для синтеза АТФ. Её эффективность очень высока — один молекул глюкозы может произвести 32 молекулы АТФ, что сопоставимо по эффективности с двигателями автомобилей. Человеческий организм также "унаследовал" эту "реакционную цепочку", и она происходит в органелле под названием митохондрии, поэтому их называют "энергетическими фабриками" клеток.
Однако одного этого механизма снабжения недостаточно. В экстренных ситуациях, когда человеку необходимо длительное время выполнять интенсивные мышечные действия, запасы глюкозы в крови могут быть недостаточными. Некоторые могут спросить: если просто увеличить концентрацию глюкозы в крови, разве не будет достаточно энергии для клеток? Однако глюкоза, помимо того, что "сладкая и полезная" для организма, имеет и "вредную привычку" — соединяться с аминогруппами (-NH2) в белковых молекулах, нарушая их нормальную функцию. Высокая концентрация глюкозы в крови приводит к ряду негативных последствий, и диабет является одним из них. Поэтому концентрация глюкозы в крови должна быть примерно 5 ммоль/л, или около 90 мг глюкозы на литр крови. Хотя концентрацию глюкозы в крови нельзя повысить, человеческий организм очень "умный" и имеет несколько "резервных средств".
Первое — увеличение кровотока в мышцах. Во время интенсивных физических упражнений объем крови, протекающей через мышцы, может увеличиться более чем в 20 раз. Хотя концентрация глюкозы в крови не повышается, большой объем крови может обеспечить дополнительное количество глюкозы и одновременно увеличить снабжение мышц кислородом, позволяя глюкозе полностью "сгореть".
Второе — превращение глюкозы в гликоген в качестве резервного вещества в мышечных и печеночных клетках. В экстренных ситуациях печеночной гликоген может превратиться обратно в глюкозу и попасть в кровь для снабжения мышечных клеток. Однако мышечные клетки не столь бескорыстны, как печеночные. Они пропускают глюкозу только внутрь и используют её только для себя. При повышенной потребности в гликогене в мышечных клетках часть гликогена превращается в молочную кислоту при "гликолизе", одновременно синтезируя некоторые АТФ. Поэтому после интенсивных физических упражнений мышцы чувствуют усталость.Это происходит из-за накопления молочной кислоты в мышцах.
В-третьих, АТФ превращается в креатинфосфат, что сравнимо с обменом юаней на "иностранную валюту", которую можно хранить, а затем снова конвертировать в юани при необходимости. Если мышечные клетки "сохраняют" эти запасы, у них, как правило, не возникает проблем с нехваткой энергии.