Все процессы, происходящие в клетках и обеспечивающие сохранение их жизнеспособности, требуют со стороны клеток энергетических затрат. В клетках существует два способа получения энергии. Один из них (наиболее древний) – это анаэробный, т. е. бескислородный способ. Он был единственным способом получения энергии у первых одноклеточных организмов, появившихся в период, когда в атмосфере Земли отсутствовал кислород. При анаэробном способе в клетке в результате химических превращений органических соединений образуется энергия и молочная кислота. Первые одноклеточные организмы были во много раз меньше клеток многоклеточных организмов, находились в воде первичного Мирового океана и постоянно меняли свое положение в результате броуновского движения. Поэтому молочная кислота, по мере ее появления внутри клетки, не накапливалась в ней, а сразу же выводилась в окружающую водную среду. В клетках млекопитающего анаэробный способ получения энергии также существует, но он начинает работать только при появлении в клетках дефицита кислорода, доставляемого к ним артериальной кровью. При этом в клетках появляется молочная кислота, снижающая рН клеток по сравнению с исходной, более близкой к оптимальной для клеток величиной. Снижение рН уменьшает активность внутриклеточных ферментов и нарушает процессы, обеспечивающие самообновление клеток, в частности направленные на нейтрализацию АФК и на выявление, ликвидацию и замену измененных Мм на новые, синтезируемые клеткой в соответствии с ее геномом. При аэробном способе получения энергии, т. е. с участием кислорода, клетки млекопитающих получают во много раз больше энергии из одного и того же количества органического вещества, в частности из глюкозы. При этом в процессе окисления глюкозы образуется энергия, вода и углекислый газ. Последний свободно выходит из клетки, вступает в соединение с водой с образованием слабой угольной кислоты, переносится с кровью в легкие и в виде углекислого газа выделяется в воздух. В результате при аэробном способе получения клетками энергии рН их внутриклеточной среды почти не меняется и сохраняет величину, близкую к имевшейся до начала повышения функциональной активности клетки. В то же время в мышцах в начале любой мышечной активности человека и, по-видимому, в любой другой ткани в начале повышения ее функциональной активности потребность работающей мышцы или другой ткани в дополнительном количестве энергии и, следовательно, в дополнительном количестве кислорода возникает сразу же с началом повышения функциональной активности. Однако сердечно-сосудистая система человека обладает инерцией. Ей требуется время, чтобы увеличить кровоток в работающей мышце до ее новых потребностей в кислороде. В результате в мышце в начале мышечной активности всегда возникает недостаток кислорода, и часть энергии для обеспечения выполняемой работы мышца начинает получать анаэробным способом, сопровождающимся появлением и увеличением в ней кислых продуктов обмена. Чем интенсивнее работа, выполняемая мышцей, тем дефицит кислорода и удельный вес анаэробного способа получения энергии в выполняемой мышцей работе больше. Особенно существенен вклад анаэробного компонента при статических мышечных сокращениях, которые в той или иной степени уменьшают кровоток как в самой мышце, так и в органах и тканях, стойко сжимаемых или растягиваемых стойким мышечным сокращением. Во всех этих ситуациях в связи с образованием в клетках молочной кислоты рН клеток смещается в кислую сторону от оптимальных или от исходных величин, имевших место до начала мышечной активности. Даже если интенсивные мышечные сокращения имеют ритмический характер и, следовательно, способствуют обновлению околоклеточной среды клеток в органах и тканях, сжимаемых и растягиваемых этими сокращениями, то этот положительный эффект в какой-то степени нивелируется появлением и накоплением в мышцах молочной кислоты. При интенсивных мышечных сокращениях в связи с накоплением в мышечных клетках молочной кислоты и снижением рН их внутриклеточной среды снижается активность внутриклеточных ферментов и развивается утомление скелетных мышц. Поэтому продолжительность интенсивных ритмических сокращений не может быть длительной и должна составлять не больше нескольких минут. Это значит, что любая мышечная активность, предельная продолжительность которой не превышает нескольких минут, обеспечивается участием не только аэробного, но в значительной степени и анаэробного способа получения энергии. Образующаяся при анаэробном способе молочная кислота, снижая активность ферментов, обеспечивающих сокращения, уменьшает предельную длительность этих сокращений. Степень уменьшения предельной длительности ритмических сокращений возрастает с увеличением нагрузки на мышцу в результате пропорционального увеличения в ней концентрации молочной кислоты. В то же время, чтобы существенно обновить околоклеточную и внутриклеточную среду ритмически сжимаемых тканей, необходимо, чтобы продолжительность сеанса ритмических сокращений была длительной. Чем она длительнее, тем более значительно снизится жесткость БУК соединительной ткани, входящей как в состав помповых механизмов, так и в состав БУК ВКМ. Следовательно, ритмические сокращения скелетных мышц, осуществляемые с участием анаэробного компонента, в силу малой длительности не могут оказать какого-либо существенного влияния на скорость обновления околоклеточной среды, и на продолжительность жизни клеток, и, соответственно, на продолжительность жизни человека. Таким образом, единственный вариант мышечной активности, способный успешно противодействовать старению органов и тканей, – это длительная ритмическая мышечная активность, в обеспечении которой основным источником энергии является аэробный способ ее получения.

Показателем того, что ритмическая активность тех или иных скелетных мышц обеспечивается именно аэробным источником энергии, является их предельная длительность. Аэробный компонент начинает доминировать при непрерывной длительности ритмической сократительной активности, начиная приблизительно с 10 минут. При регулярных тренировках предельная длительность непрерывной аэробной мышечной нагрузки может увеличиваться во много раз, достигая десятков минут. Фактически речь идет о тренировках различных групп мышц, позволяющих им преодолевать «марафонские дистанции». При этом имеются в виду не только мышцы ног, но и любые другие скелетные мышцы тела, включая дыхательные мышцы, мышцы лица, а также включая диафрагму. При этом при длительных ритмических сокращениях любых групп мышц повышается температура тела, прежде всего в области работающих мышц, и может достигать 39—40^°. Повышение температуры тела увеличивает скорость обновления околоклеточной среды в результате повышения интенсивности всех помповых механизмов и снижения жесткости БУК ВКМ. Показателем подъема температуры в области работающих мышц может служить появление пота на коже в зоне сократительной активности и повышение температуры кожи в этой зоне. Увеличение предельной продолжительности ритмической активности той или иной группы скелетных мышц при их регулярной тренировке определяется прежде всего постепенной гипертрофией механизмов, обеспечивающих сокращающиеся мышечные волокна энергией, получаемой ими аэробным способом. Аэробный способ получения энергии обеспечивают специальные внутриклеточные органоиды – митохондрии (Мх). Существует точка зрения, что митохондрии – это структуры, которые возникли на раннем этапе появления в атмосфере Земли кислорода и представляли собой самостоятельные клетки, получающие энергию с участием кислорода. Они обладали собственным геномом и размножались делением. Предполагается, что на определенном этапе эволюции одноклеточных организмов между анаэробными и аэробными клетками возник взаимовыгодный симбиоз. Аэробная клетка оказалась внутри анаэробной. Со временем аэробная клетка превратилась в одну из органелл клетки – Мх. Мх обеспечивают клетку аэробным источником энергии, но сохраняют часть своего генетического аппарата и способность размножаться внутри клетки хозяина при необходимости увеличения аэробного энергетического потенциала этой клетки. Мх также способны перемещаться внутри клетки, приближая источник аэробной энергии к структурам, обеспечивающим текущую доминантную деятельность клетки.

Таким образом, аэробный источник энергии внутри клетки в виде Мх энергетически во много раз мощнее, чем анаэробный, почти не влияет на рН внутриклеточной среды и, следовательно, почти не снижает активность внутриклеточных ферментов. При соответствии его мощности, определяемой, в частности, количеством Мх, потребностям клетки в энергии и при наличии оптимальной околоклеточной среды создаются условия для сколь угодно долгой жизни клеток млекопитающего. Специфическая функциональная активность клетки может снизить ее рН и активность ее ферментов, т. е. «включить» процесс старения клетки, но только при получении клеткой энергии анаэробным способом и в прямой зависимости от доли анаэробной энергии в общем ее количестве. Более того, при потребности клетки в предельном количестве энергии и возможности получить ее только анаэробным способом в клетке может даже развиться гибельный для ее структурной и функциональной организации процесс оксидативного стресса, вызываемый лавинообразным нарастанием АФК, существенно превышающим функциональные возможности АОФ по их нейтрализации.

Именно аэробная система получения энергии обеспечивает текущие энергетические потребности клетки, расходуемые в покое на обеспечение ее жизнеспособности. При этом значительная часть энергии тратится клеткой на поддержание оптимальных для клетки характеристик ее внутриклеточной среды, в частности рН. Отклонение характеристик околоклеточной среды от оптимальных для клетки величин неизбежно вызовет отклонение от оптимальных величин характеристик внутриклеточной среды. Величина этого отклонения зависит не только от степени отклонения внеклеточной среды, но и от аэробных энергетических возможностей клетки по противодействию отклонению внутриклеточной среды. Чем аэробные энергетические возможности клетки больше, тем при одной и той же степени отклонения внеклеточной среды вызываемые ею отклонения внутриклеточной среды будут меньше. Это значит, что клетка сможет выдерживать без необратимых для нее последствий более интенсивные колебания характеристик внеклеточной среды, действующих непрерывно в течение большего промежутка времени. Соответственно, скорость старения ДК лабильных и стабильных тканей, вызываемого отличной от оптимальной околоклеточной средой, будет уменьшаться, а продолжительность их жизни – увеличиваться. При этом речь идет об энергетических возможностях клетки, обеспечиваемых аэробным источником энергии, т. е. Мх. Предельное количество создаваемой Мх энергии определяется наличием в клетке соответствующего количества окисляемых органических веществ, прежде всего глюкозы, и количеством кислорода, поступающего в клетку в единицу времени, а также количеством Мх, которыми располагает клетка. Чем выше эти три показателя аэробных энергетических возможностей клетки, тем в течение все более длительного промежутка времени клетка может непрерывно выполнять свою специфическую деятельность. По отношению к скелетным мышцам это значит, что ритмические сокращения скелетной мышцы смогут продолжаться непрерывно все более длительный промежуток времени. Считается, что предельная длительность непрерывных ритмических сокращений той или иной группы скелетных мышц, превышающая приблизительно 10 минут, является мерилом их выносливости и мерилом выносливости всего комплекса структур, задействованных в данных сокращениях (связки, сухожилия), и структур, вовлеченных в их гемодинамическое, дыхательное, нервное (сердце, легкие, кровеносные и лимфатические сосуды, ЦНС) и энергетическое обеспечение на уровне всего организма. При регулярных тренировках той или иной группы мышц на выносливость показателем эффективности тренировочного процесса является постепенное увеличение предельной продолжительности непрерывной ритмической сократительной активности этой группы мышц. Она может постепенно увеличиваться от 10—20 минут до многих часов. Постепенное увеличение предельной длительности ритмических сокращений свидетельствует о возрастании предельных возможностей всех трех определяющих ее факторов как по отношению к тренируемым скелетным мышцам, так и по отношению к системам, участвующим в обеспечении сокращений, а именно сердечно-сосудистой, дыхательной и др. Все эти изменения происходят в соответствующих клетках на генетическом уровне и заключаются в увеличении активности генов, участвующих в создании белков, необходимых для обеспечения возрастающих энергетических возможностей клеток. В частности, в активируемых в процессе тренировок клетках возрастает количество Мх. В увеличение предельной продолжительности ритмических сокращений скелетных мышц вносит существенный вклад также постепенное снижение жесткости всех соединительнотканных структур, подвергаемых ритмическому растяжению и сжатию, вплоть до соединительнотканных оболочек каждого мышечного волокна. Причиной этого является, по-видимому, разрыв наименее прочных химических связей между БУК соединительной ткани как в результате механического воздействия, так и в результате повышения температуры в зоне длительно и ритмически сокращающихся скелетных мышц. Степень снижения жесткости находится в прямой зависимости от длительности упражнения и величины подъема температуры в зоне мышечной активности, а также от степени растяжения и сжатия как самих сокращающихся мышц, так и сжимаемых и растягиваемых при их сокращениях органов и тканей. Чем значительнее в процессе тренировок будет снижена жесткость всех соединительнотканных структур в зоне сократительной активности, тем меньшая часть энергии будет тратиться на преодоление их сопротивления. Соответственно, будет возрастать доля энергии, расходуемой на полезную работу, заключающуюся в обеспечении ритмических движений тела и его частей. При этом в результате снижения жесткости структур соединительной ткани при одних и тех же энергетических возможностях сокращающихся скелетных мышц предельная длительность их непрерывных ритмических сокращений будет увеличиваться. Одновременно будет увеличиваться эффективность всех механизмов, обеспечивающих обновление околоклеточной среды. Из нее и, соответственно, из контактирующих с ней клеток будут быстрее удаляться продукты обмена клеток. Это значит, что будет приближаться к оптимальной для клеток величина рН внутри клеток, и, следовательно, будут слабеть процессы, вызывающие старение клеток, и будет увеличиваться продолжительность их жизни. При этом снижение жесткости соединительнотканных структур сохраняется после прекращения сжатий и растяжений еще какое-то время, постепенно слабея. Это значит, что в течение всего этого времени характеристики околоклеточной и внутриклеточной среды оказываются ближе к оптимальным для клетки величинам, чем они были перед началом упражнения. Можно считать, что все это время скорость старения данной клетки была замедлена и, следовательно, все это время в той или иной степени имело место омоложение данной клетки. Показателем процесса постепенного омоложения клеток органов и тканей, регулярно ритмически сжимаемых и растягиваемых соответствующими скелетными мышцами, является постепенное увеличение предельной длительности непрерывных ритмических сокращений скелетных мышц при выполнении соответствующего физического упражнения.