快还是远

我的朋友珍妮·霍夫曼（Jenny Hoffman）教授喜欢参加超长距离的跑步赛事。在一次比赛中，她用24小时跑了228千米。我宁死也不会尝试这种长距离跑步，但她说这个比赛非常有意思，而且只要把速度放慢，其间定时吃姜饼补充能量，还是可以完成的。珍妮在那次比赛中悠闲地跑出了每小时9.5千米的速度，即每千米用时6分20秒，只有精英短跑选手闪电般速度的1/4。如果珍妮为了逃避鬣狗的追击而全力冲刺，她在一分钟之内就会气喘吁吁，然后被迫停下来或者减速。如果博尔特也在被追击之列，他当然可以轻松跑赢珍妮，但同样会很快上气不接下气。珍妮和博尔特之间的相同点和不同点引出了两个重要的问题：是什么限制了短距离冲刺跑的最快速度？我们为什么做不到跑得既快又远？

如果是极短距离的冲刺，速度更多体现的是力量和技术方面的能力。短跑过程中，选手腿部的工作过程就像锤子有力而快速地击打地面，根据牛顿第三运动定律可知，每一个力学过程都存在大小相等的作用力和反作用力，大腿向下和向后蹬地的力量越大，地面推动身体向上和向前的力量也就越大。所以，100米和200米短跑选手的最快速度在很大程度上取决于选手腿部肌肉如何能够更高效地产生力量，这一力量是在每只脚触地的极短时间内产生的，对于精英短跑选手而言，这个时间只有1/10秒。 ¹³ 所以，博尔特的短距离冲刺速度之所以比珍妮快，最主要的原因是他蹬地时更有力量。

但是，如果将奔跑的距离延长，除非博尔特和珍妮从一开始就放慢速度，否则用不了多久，他们还是会气喘吁吁，因为所有的器官都在努力将各自储存的燃料转换为可使用的能量为奔跑供能。我们可以将人体看作内燃机：汽车的发动机燃烧的是汽油，而我们的身体燃烧的是食物，如果跑得太快就如同汽车开得太快，我们的身体也会出现燃料短缺的情况。当然，这个比喻也不太准确，实际上，人体更像是靠电池驱动的电动汽车，但它又不像电动汽车那样有一块只需定期充电的巨大电池，人体的细胞是靠着成百上千万微小的生物电池支撑的，我们需要随时为它们充电。

这些无处不在的微小电池，为地球上的所有生命提供能量，它们叫作三磷酸腺苷（Adenosine Triphosphates，ATP）。从这个名称可知，每一个三磷酸腺苷都由一个小分子（腺苷）与三个磷酸基团（一个磷原子与多个氧原子结合）结合而成。这三个磷酸基团被两个化学键连接形成一个链，两个化学键中存储着能量。当最外侧两个磷酸基团之间的化学键在水溶作用下断裂时，化学键中储存的微小能量与氢离子一起被释放出来，留下的物质变为二磷酸腺苷（Adenosine Diphosphate，ADP）。释放的能量为细胞在体内做的每一项工作供能，如激活神经、制造蛋白质、收缩肌肉等。重要的是，ATP可以“重复充电”。糖分子和脂肪分子的化学键断裂之后，细胞从中获取能量，将之前丢失的磷酸基团加回ADP，将ADP重新变为ATP。 ¹⁴ 但是，无论是鬣狗还是人，跑得越快，身体就需要为更多的ATP充电，所以每隔一小段时间，鬣狗或者人的速度就会被迫下降。

只有漫长的进化过程才有可能设计出如此神奇的速度限制系统，为了更好地理解这一系统，请想象我和博尔特正在肯尼亚，准备同时起跑躲避那条鬣狗。虽然博尔特开始阶段比我跑得快，但是大约30秒后，他也开始气喘吁吁，因为我们为ATP充电时，都同样需要经历三个过程（见图5-3），这三个过程依次开启，针对的是不同的能量需求，分别是极短期供能、短期供能和长期供能，所以我们需要在速度和耐力之间进行协调。

注：开始阶段，瞬时的能量来自体内储存的ATP和磷酸原；随后，糖酵解过程开始相对快速地供能；最终，能量一定是来自缓慢的有氧代谢。有氧代谢发生在线粒体内，从丙酮酸（糖酵解过程的最终产物）或者脂肪酸中释放能量。

第一个过程（被称为磷酸原系统）能够为身体最快速地供能，这些能量来得快去得也快。当我和博尔特开始奔跑时，我们的肌肉细胞储存的ATP严重不足，只能够支撑我们跑几步。人体只储存如此之少的ATP似乎不够明智，而实际上，这些有机电池尽管非常微小，而且“每块电池”只储存一个电荷而已，但是由于ATP数量巨大，所以对于细胞来说，无论是将它们制造出来还是储存起来，任务都十分艰巨。步行一小时需要超过14千克的ATP，如果走上一整天的话，消耗的ATP比你的体重还要多，带着这么重的东西作为备用能量显然是不可能的。 ¹⁵ 所以，人体在任意时刻储存的ATP不会超过100克。 ¹⁶ 幸好，在刚开始跑的那几步将大腿肌肉中为数不多的ATP储备消耗殆尽之前，人体迅速求助于另外一种与ATP类似的微小颗粒——磷酸原，它们同样依靠磷酸基团之间的化学键存储能量。 ¹⁷ 当然，遗憾仍然存在，这些磷酸原的储备也非常有限，10秒钟的冲刺跑就会消耗60%，大约30秒之后彻底耗尽。 ¹⁸ 即使是这样，它们在短暂的时间内提供的大量燃料仍然弥足珍贵，这为肌肉赢得了时间，从容地开启了能量“重复充电”的第二个过程：糖酵解。

糖是甜蜜的同义词，但它首先是为ATP充电的燃料，这个过程被称作糖酵解（glycolysis ）。在糖酵解过程中，酶将糖分子迅速一分为二，从糖分子的化学键中释放出来的能量能够为两个ATP“充电”。 ¹⁹ 用糖给ATP充电并不需要氧气，因此30秒冲刺跑所消耗的那些能量，有近一半能够通过糖酵解过程快速补充上。 ²⁰ 实际上，一个健康状况良好的人储存的糖足够支撑大约24千米的奔跑。但是，上述过程有一个后续的麻烦，那就是糖酵解遗留的另外一半糖分子——丙酮酸，这种微小颗粒聚集的速度超过了细胞的处理能力。在丙酮酸堆积到无法处理的程度之前，酶会将丙酮酸分解为乳酸和氢离子。虽然乳酸对人体无害，而且最终会被用于为ATP充电，但是氢离子会造成肌肉细胞持续酸痛和身体疲惫疼痛，从而降低人体机能。 ²¹ 大约30秒钟之内，短跑选手就会感到腿部灼痛。这之后，人体需要相当长的时间缓慢地中和乳酸，并且将过剩的乳酸交给第三个过程进行处理，这也将是最后一个过程——长期的有氧能量阶段。

生命需要氧气，尤其是当你想要跑很远时。实际上，在氧气充足的条件下燃烧一个糖分子所生成的ATP是糖酵解所生成ATP的19倍。但是，我们在这里又看到了权衡：有氧代谢确实提供了更多能量，但是供能的速度非常缓慢，因为有氧代谢需要一系列漫长的步骤，以及大量的酶。 ²² 这些步骤发生在细胞内一种名叫线粒体的特殊结构里，线粒体不仅能够燃烧来自糖的丙酮酸，还能够燃烧脂肪，紧急情况下甚至可以燃烧蛋白质。当然，糖和脂肪的燃烧效率不同。虽然人体内储存的脂肪足够我们奔跑2 000千米，但是与糖相比，脂肪的分解和燃烧需要更多步骤，所以也需要更多时间。休息时，身体消耗的能量大约70%来自缓慢燃烧的脂肪，但我们奔跑时，跑得越快，需要燃烧的糖就越多，超过有氧能力的极限时，我们的能量完全依靠燃烧糖来获得。

我们现在可以理解为什么有些人在长距离奔跑过程中比另外一些人跑得更快了。虽然博尔特只需用力蹬地便可以在短距离项目上超过我，但是随着奔跑距离的增加，我在耐力方面的优势可能会越来越明显，当然前提是如果真有这么一场比赛的话。

原因在于，每个人的有氧系统在身体活动开始那一刻就已经开启，但是有氧系统供能的最高水平因人而异，并且差异极大。图5-4展现了这一重要的极限——最大摄氧量。测量最大摄氧量的方法多少有些吓人。一般来说，你需要戴上一个连接在机器上的面罩，它可以测量你在跑步机上跑步时的耗氧量（参见第2章）。随着跑步机运转得越转越快，你的耗氧量越来越大，直到你摄入更多氧气的能力进入停滞期，这时你开始喘不上气来。这个极限就是你的最大摄氧量，此时你需要糖酵解为肌肉提供额外的燃料。此刻你的肌肉开始发酸，你已经无法承受比这更快的速度了。幸好，你的最大摄氧量对最高强度下短距离冲刺的速度几乎没有影响，比如30秒冲刺。但是距离越长，最大摄氧量产生的影响就越大。在一场100米比赛中，大约只有10%的能量来自有氧呼吸，但是如果距离超过400米，这一比例会增加到30%，800米是60%，1 600米达到80%。 ²³ 在长距离奔跑过程中，你的最大摄氧量较高所带来的优势越明显，那么你的最快速度也较高，当然，这一能力可以通过训练得到提高。 ²⁴

注：随着一个人速度越来越快，他的摄氧量终究会达到峰值，这个数值就是最大摄氧量。

现在大家终于可以理解，为什么博尔特与我都不可避免地要在如何分配能量的问题上，也就是将能量分配给速度还是分配给耐力的问题上，进行权衡了吧。

虽然博尔特在短跑时一骑绝尘，但随着我们将各自的糖酵解率升至极限，我们迅速烧光了各自体内储备不多的ATP和磷酸原。由于我们在短跑时均超越了各自的最大摄氧量，起跑30秒后我们不得不停下来喘气，等着“身体电池”充电，并将肌肉的酸痛感清除。 ²⁵ 如果鬣狗在我们完全恢复之前继续展开攻击，那我们就只能完全依靠自己的有氧系统了，结果只会越跑越慢。相对来说，逃命之路越长，我的表现越有可能比博尔的表现好，因为我的耐力可能更好一些。

对于博尔特而言，上述情况不可能发生，如果他起跑30秒钟之后停下来喘气时回望一下，也许会看到我已成为鬣狗的早餐。这里有一个重要的提醒：虽然速度最快的人没有什么机会跑赢鬣狗，但是他只要不是跑得最慢，便可以活命。 vNSN460qmVoKnW4ROfzxas3o9NLp51wN3LGhDKbQZLY8BOJfVmIY/w+hIabbkeap