Шведский химик XIX века Йёнс Якоб Берцелиус сейчас известен больше всего благодаря тому, что ввел современную систему обозначения химических элементов — H2O, CO2 и т. д. Однако он был первым, кто в 1807 году установил связь между мышечной усталостью и недавно открытым веществом, найденным в кислом молоке. Берцелиус заметил, что в мышцах загнанных на охоте оленей[31] высоко содержание этой молочной кислоты, и количество ее зависело от того, насколько сильно загнано животное перед гибелью. Справедливости ради стоит отметить: только сто лет спустя[32] химики узнали о том, что такое «кислоты». Сейчас нам известно, что лактат из мышц и крови, оказавшись вне организма, сразу вступает во взаимодействие с ионами водорода и образует молочную кислоту. Именно ее уровень измеряли Берцелиус и его последователи, и они считали, что молочная кислота, а не лактат важна при изучении причин усталости. В оставшейся части книги (кроме тех случаев, когда будем освещать историю проблемы) мы будем говорить о лактате.
Что означало наличие молочной кислоты в мышцах оленей, было непонятно, особенно если учесть, насколько мало тогда знали о работе мышц. Сам Берцелиус придерживался теории «виталистической (жизненной) силы»[33], которая, по мнению ученых, приводит в действие живые организмы и существует вне сферы обычной химии. Но витализм постепенно вытеснялся «механистической теорией», согласно которой человеческое тело скорее машина (хотя и очень сложная), которая подчиняется тем же основным законам, что и маятники или паровые двигатели. Серия до смешного примитивных экспериментов, проведенных в XIX веке, постепенно подсказывала, что же приводит в действие эту машину. Например, в 1865 году немецкие ученые во время восхождения на Фолхорн — вершину в Бернских Альпах высотой 2400 м — собрали свою мочу[34], а затем измерили содержание азота в ней. Исследователи пришли к выводу, что один только белок не может обеспечить всю энергию, необходимую для длительной физической нагрузки. По мере накопления таких открытий укреплялось некогда еретическое представление о том, что человеческие пределы — простой вопрос химии и математики.
Сейчас спортсмены проверяют уровень лактата во время тренировок с помощью экспресс-теста, делая небольшой укол (а некоторые компании и вовсе утверждают, что могут измерять лактат в режиме реального времени[35] с помощью пластыря, анализирующего состав пота). Но у первых исследователей даже простое определение наличия молочной кислоты вызывало серьезные затруднения. Берцелиус в 1808 году в книге «Лекции по химии животных» (Fӧrelӓsningar i Djurkemien) на шести страницах изложил свой рецепт: измельчить свежее мясо, протереть его через плотный полотняный мешок, приготовить из этого жидкость, испарить и подвергнуть ее различным химическим реакциям и получить осадок с растворенными свинцом и спиртами. В результате у исследователя остается «густой коричневый сироп, а в конечном счете — глазурь со всеми свойствами молочной кислоты».
Неудивительно, что дальнейшие попытки следовать такой процедуре вызвали путаницу и неоднозначность результатов, которые привели всех в замешательство. Так было и в 1907 году, когда кембриджские физиологи Фредерик Хопкинс и Уолтер Флетчер занялись этой проблемой. «К сожалению, известно, — писали они во введении к статье, — что… едва ли существует важный факт, касающийся образования молочной кислоты в мышцах, который был бы выдвинут одним наблюдателем, но не опровергнут другим». Хопкинс был очень придирчивым экспериментатором и впоследствии прославился как один из первооткрывателей витаминов, за что получил Нобелевскую премию. Флетчер — опытный бегун: в 1900-х он, будучи студентом, одним из первых преодолел трехсотдвадцатиметровый круг[36] во дворе кембриджского Тринити-колледжа, пока старинные часы на здании били двенадцать. Этот факт известен благодаря фильму «Огненные колесницы» (говорят, что Флетчер срезал углы).
31
Эту историю приводят во многих современных учебниках (например, The History of Exercise Physiology, ed. Charles M. Tipton, 2014), однако ее появление сложно отследить. Берцелиус впервые опубликовал свои исследования молочной кислоты, извлеченной из мышц убитых животных, в 1808 году (в книге на шведском Fӧrelӓsningar i Djurkemien, с. 176), но многие химики не поверили ему. Когда немецкий химик Юстус фон Либих попытался приписать себе заслугу этого открытия в 1846 году, Берцелиус написал возмущенный ответ, указав 1807-й как год наблюдения (Jahresbericht über die Fortschritte der Chemie und Mineralogie, 1848, с. 586). Но сам Берцелиус никогда не публиковал утверждения о том, что количество молочной кислоты зависело от тяжести физической нагрузки перед смертью. Наблюдение, приписываемое Берцелиусу, впервые появляется в учебнике 1842 года Lehrbuch der physiologischen Chemie (Carl Lehmann) на с. 285. В 1859 году физиолог Эмиль Дюбуа-Реймон написал Леману письмо с просьбой найти источник утверждения. Леман ответил, что получил личное письмо от Берцелиуса, где тот рассказывал, что в мышцах загнанных животных больше молочной кислоты, чем в мышцах в обычном состоянии, при этом животные, чьи ноги были обездвижены в районе малой берцовой кости перед гибелью, содержат еще меньше молочной кислоты (описано в Journal für praktische Chemie, 1859, с. 240; перепечатано в книге 1877 года Gesammelte Abhandlungen zur allgemeinen Muskel- und Nervenphysik со сноской на переписку на с. 32).
32
Часто цитируемый эталон — определение Сванте Аррениуса, приведенное в продолжении работы, которая принесла ему Нобелевскую премию по химии 1903 года.
33
Взгляды Берцелиуса на витализм были неоднозначными и со временем менялись, как сказано в статье Jørgensen B. S. More on Berzelius and the Vital Force // Journal of Chemical Education. 1965. Vol. 42. № 7.
35
Geddes L. Wearable Sweat Sensor Paves Way for Real-Time Analysis of Body Chemistry // Nature. January 27, 2016. Пока неясно, однако, насколько уровень лактата в поте соотносится с тем, что происходит в кровотоке и мышцах.
36
Thorne C. Trinity Great Court Run: The Facts // Track Stats. 1989. Vol. 27. № 3. Существуют разные философские подходы к тому, как «правильно» бежать по стадиону, поэтому то, что Флетчер срезал углы, не должно влиять на ваше отношение к нему.