Алекс Хатчинсон
Кардио или силовая? Какие нагрузки подходят именно вам
3. Физиология спортивных упражнений
«Человеческий организм располагает такими возможностями, которые и не снились ученым-физиологам» – эти слова принадлежат сэру Роджеру Баннистеру, выдающемуся спортсмену и неврологу. В 1954 году он поставил абсолютный рекорд, пробежав одну милю быстрее, чем за четыре минуты (3:58:8), хотя прежде это считалось в принципе невозможным. Современные ученые обладают впечатляющим набором инструментов и технологий, которые позволяют им более детально и с большей точностью, чем когда-либо раньше, изучать тело человека, выявляя, какие, на первый взгляд незначительные, изменения в режиме тренировок и рационе влияют на здоровье и спортивные результаты на клеточном уровне. Правда, в большинстве случаев эти открытия только подтверждают все те знания и опыт, что приобрели тренеры и спортсмены путем проб и ошибок, а не дают радикально новых подходов к достижению спортивной формы.
И все же, согласитесь, полезно иметь представление о том, как именно ваше тело реагирует на упражнения и что означают различные физические ощущения, которые вы при этом испытываете. Сегодня одна из наиболее захватывающих областей исследований связана с появлением усталости: пресловутая молочная кислота, издавна считавшаяся врагом номер один, реабилитирована, и ученые всё больше склоняются к мысли, что границы физиологической выносливости регулируются головным мозгом. Тем временем понимание причин таких распространенных неприятных явлений, как мышечная боль после тренировок, мышечные судороги или внезапная острая боль в боку, поможет вам избежать всего этого в будущем.
Как мозг влияет на чувство усталости?
Представьте, что вы участвуете в забеге на 10 км (или в велосипедных гонках, или в соревнованиях по любому другому виду спорта, который заставляет вас выкладываться по максимуму) и пересекаете финишную линию. Вы задыхаетесь, у вас бешено колотится сердце. Ноги горят, вам жарко, с вас градом катится пот, а уровень «топлива» в вашем организме близок к нулю. Все эти факторы участвуют в формировании чувства усталости, но который из них действительно настолько важен, что не позволяет вам бежать дальше или быстрее? На протяжении всего ХХ столетия ученые пытались решить этот вопрос. Однако, согласно радикально новой теории, получившей распространение в последние несколько лет, ответа на него в принципе не существует. Почему? Да потому, что сам вопрос поставлен неправильно.
Исследователи тестируют предел выносливости спортсменов на беговой дорожке, постепенно увеличивая скорость до тех пор, пока они не будут вынуждены остановиться (или пока не свалятся с тренажера). А теперь сравните это с тем, что происходит на настоящих спортивных соревнованиях. Когда человек участвует в забеге, то такого момента, когда он в буквальном смысле падает от переутомления, попросту не наступает (я не рассматриваю сейчас исключительные случаи). Напротив, он все время приспосабливает уровень затрачиваемых усилий к конкретной цели – пробежать данное расстояние как можно быстрее. Поэтому, какая бы из причин ни оказалась решающей, когда испытуемый во время эксперимента падает от усталости с беговой дорожки, она наверняка не совпадает с той причиной, по которой участник забега на 10 км после финиша не может бежать дальше еще быстрее.
До этого ученые не учитывали роль головного мозга. Ограничения выносливости диктуются вовсе не «периферийным» утомлением – истощением запаса мышечной силы в ногах, слишком высокой частотой пульса или переработкой легких. Тим Ноакс, ученый из ЮАР, предположил, что именно мозговой «центральный пульт управления» регулирует физическую усталость. Ваш «пульт управления» собирает физиологические данные по всему телу (сюда входят температура, насыщенность крови кислородом, интенсивность мышечных сокращений и прочее), сопоставляя их с другими данными, основанными на предыдущем опыте и знании о том, как долго вы можете продержаться. Действуя на бессознательном уровне, такой «пульт» регулирует, сколько мышечной силы вы способны активировать. Он делает это, чтобы вы не дошли до такого состояния, которое может повредить сердцу или другим органам.
Это не означает, что усталость всего лишь плод нашего воображения. Физические возможности человеческого организма действительно имеют определенные пределы, но если теория о «центральном пульте управления» верна, то выходит, что мозг редко позволяет нам достичь этих пределов. Самый простой пример: финишный рывок – универсальное явление, которое присутствует практически во всех видах спорта, где важную роль играет выносливость. Не важно, как сильно, на ваш взгляд, вы выложились: перед самым финишем вы вдруг обнаруживаете, что можете бежать еще быстрее. Причем это в равной степени справедливо как для новичков, так и для тех, кто ставит мировые рекорды. Так что же происходит на этом этапе? С точки зрения физиологии ничего не изменилось, но «центральный пульт управления» позволяет спортсмену увеличить скорость, как только финиш появляется в зоне видимости.
Другой пример. Если посадить испытуемых в помещение, где очень жарко, и попросить их максимально быстро крутить педали велотренажера, то интенсивность в данном случае окажется ниже, чем в прохладной комнате, причем с первого же оборота. Снижение скорости происходит задолго до того, как жара начинает оказывать реальное воздействие на организм спортсмена, что лишний раз доказывает: мозг незаметно навязывает человеку безопасный «оптимальный режим». Вопрос о том, где же все-таки формируется усталость – в «центре» или на «периферии», является одним из наиболее противоречивых в современной спортивной физиологии. Однозначных выводов до сих пор нет, но широко распространено убеждение, что головной мозг при этом играет более важную роль, чем считалось ранее. Причем все происходит на бессознательном уровне, поэтому человек не может просто «решить», что вот сейчас он будет действовать на пределе своих физических возможностей (и так, вероятно, лучше). Однако вы способны постепенно научить свой мозг, объяснить ему, каковы возможности вашего организма. Например, если вы будете тренироваться на том уровне интенсивности, на котором нужно выступать на соревнованиях, это не только улучшит вашу физическую форму, но и позволит мозгу привыкнуть к физиологическим реакциям, сопровождающим такие занятия. Выключить «пульт» нельзя, но, если запастись терпением, можно поменять настройки.
Вызывает ли молочная кислота ощущение мышечной усталости?
Долгое время считалось, что молочная кислота (или лактат) – корень зла для спортсменов. Когда вы занимаетесь настолько интенсивно, что у вас образуется «дефицит кислорода», именно молочная кислота вызывает в мышцах чувство жжения и заставляет вас в конце концов остановиться. И как раз из-за избытка в организме молочной кислоты вы испытываете боль и напряжение в мышцах на следующий день – по крайней мере так думали физиологи на протяжении последнего столетия. Сегодня мы знаем, что это не соответствует действительности. На самом деле молочная кислота – важнейшее топливо для мозга, нервной системы и мышц во время физической нагрузки, а вовсе не вызывающий неприятные ощущения остаточный продукт метаболизма.
Миф о молочной кислоте уходит корнями в эксперименты над лягушками, проводившимися в 1907 году. Исследователи тогда обнаружили, что при воздействии на изолированные мышцы (которые были отделены от кровеносной системы лягушки и потому не обогащались кислородом) электрическим разрядом образуется лактат. Однако, когда они повторили эксперимент с подачей кислорода, этого не произошло. В течение нескольких следующих десятилетий физиологи исходили из гипотезы, что мышцы производят лактат, когда вынуждены сокращаться без присутствия кислорода, и что именно накопление кислотности вызывает мышечную усталость.
Эти идеи не подвергались критике до тех пор, пока в 1970-е годы Джордж Брукс из Калифорнийского университета в Беркли не провел серию экспериментов, подтвердивших ведущую роль молочной кислоты в углеводном обмене и важность ее как топлива для метаболизма. (Однако, к сожалению, вплоть до начала XXI века его взгляды не получили широкого распространения.) Брукс доказал, что лактат образуется не только во время кислородного голодания. На самом деле мы постоянно превращаем свои запасы углеводов в лактат, даже когда находимся в состоянии покоя. Примерно половина этого лактата немедленно трансформируется в АТФ – основное топливо для сокращения мышц. Доля лактата, используемого таким образом, достигает 75–80 % во время тренировки, потому что кислород для данного процесса не нужен. Остальное же количество лактата отправляется в кровеносную систему и становится «топливом» для сердца или перерабатывается печенью в глюкозу (еще один источник энергии для работающих мускулов).
В настоящее время ведутся активные исследования, и ученым еще предстоит выяснить массу интригующих деталей: какие именно клетки производят и потребляют лактат, и как наше тело сохраняет баланс. Но практические выводы ясны: в организмах опытных выносливых спортсменов, образуется примерно такое же количество молочной кислоты, что и у ранее не тренировавшихся испытуемых; однако первые используют это «топливо» намного эффективнее – поэтому уровень лактата в их крови не повышается так быстро. Это означает, что, хотя наука все это время, как выяснилось, и заблуждалась относительно молочной кислоты, однако практическая рекомендация для спортсменов – по возможности проводить тренировки, находясь на своем лактатном пороге или ниже него, – безусловно, имеет смысл. Правда, конечной целью в данном случае является научить свой организм расходовать молочную кислоту быстрее, а не избегать «отравления» мышц избытком лактата.
Хорошо, но что же тогда на самом деле является причиной мышечной усталости? Одна из последних теорий, разработанных исследователями из Колумбийского университета, заключается в том, что в утомленные мышцы просачивается избыточное количество кальция, что снижает силу мышечных сокращений. В принципе это может быть одним из фрагментов пазла, однако весьма сомнительно, чтобы какой-то один-единственный фактор вызывал мышечную усталость. Кстати, хотя доказано, что лактат является ценным топливом, ученые все еще допускают возможность того, что повышение уровня кислотности в мышечной ткани способно помешать сокращению мышц и вызвать ощущение острого дискомфорта. Что же касается мышечной боли, которая появляется день или два спустя после тренировки, то в этом молочную кислоту уж точно винить нельзя: как выяснилось, уровень ее в крови нормализуется менее чем через час после окончания интенсивных физических занятий.
Почему после интенсивной тренировки у меня потом пару дней все болит?
На сегодняшний день ученые абсолютно достоверно установили, что НЕ вызывает мышечную боль после тренировок. Как выяснилось, ни кратковременные мышечные спазмы, ни избыток в крови молочной кислоты тут совершенно ни при чем. Теперь многие современные исследователи склонны соглашаться с выдвинутой еще 100 лет назад теорией, которая объясняет болезненные ощущения после тренировок микроскопическими «разрывами» в мышцах. Однако это оставляет без ответа самую важную загадку: если причина кроется в повреждении мышц, то почему тогда боль достигает пика спустя один-два дня после занятий?
Наверняка вы знаете по собственному горькому опыту: чем интенсивнее тренировка, тем сильнее все будет потом болеть. Однако, как показали многочисленные эксперименты с бегом в гору и подъемом по ступенькам, причина не только в интенсивности тренировки, но еще и в других факторах. Например, шведские ученые сравнили три группы добровольцев, которые должны были провести 45 минут на беговых дорожках, установленных под разными углами (наклон 4° вверх, 4° вниз и 8° вниз). Хотя участники той группы, что бежала «в гору», должны были работать интенсивнее всех, синдром отсроченной мышечной боли (СОМБ) проявился только у тех спортсменов, что бежали «вниз».
Причина в том, что бег вниз с горы заставляет наш организм включать «эксцентрические» усилия мышц, которые возникают, когда они пытаются сократиться, но из-за внешнего давления им приходится вытягиваться. Подобное происходит не только когда вы бежите с горы, но также и при снижении веса в упражнениях на бицепсовое сгибание рук или при тормозящем движении квадрицепсов (четырехглавых мышц бедра). Когда мышцы сокращаются эксцентрическим образом, мышечные волокна растягиваются до предела, а иногда и выходят за эти пределы. В результате вызванные этим повреждения эффективно устраняют «наиболее слабые звенья» в ваших мышцах, чтобы те стали сильнее после восстановления.
Ирония, таким образом, заключается в том, что именно процесс восстановления, а вовсе даже не повреждения, похоже, и вызывает ту боль, что возникает через один-два дня после тренировки.
Наш организм посылает клетки, которые называются нейтрофилами и макрофагами, для очистки поврежденных тканей, а также мобилизует множество других видов клеток, чтобы начать восстановительный процесс. Внешние мембраны ближайших мышечных клеток повреждаются в ходе этого процесса, позволяя жидкости проникнуть в клетки, из-за чего мышцы опухают. В то же время поврежденная мышца выбрасывает в кровь другое вещество, брадикинин, которое спустя 12 часов на протяжении приблизительно двух суток повышает уровень секреции фактора роста нервов. Фактор роста нервов напрямую связан с хроническим болевым состоянием: он делает нервные окончания более чувствительными – именно поэтому каждое движение воспаленных мышц задевает эти гиперчувствительные нервы и причиняет нам боль. На основании недавних исследований, проведенных в Японии и других странах, выдвигались предположения, что нервной чувствительности, вызываемой брадикинином, достаточно для объяснения феномена СОМБ, а любой воспалительный процесс при этом будет чистым совпадением. Правда, данный вопрос так и не был разрешен окончательно.
Однако практический вывод ясен: любишь кататься, люби и саночки возить. Боль вызывают поврежденные мышцы, и после окончания тренировки ничего поделать с этим нельзя, несмотря на многочисленные обещания производителей разнообразных лосьонов, кремов и таблеток. Есть и хорошая новость: поврежденные мышцы в процессе восстановления становятся сильнее, чем прежде. На самом деле без цикла «повреждение – восстановление» вы не извлечете никакой пользы из тренировок, поэтому в идеале следует стремиться к золотой середине: пусть микроскопические повреждения возникают, чтобы стимулировать адаптацию мускулов, но при этом их не должно быть слишком много, чтобы не пришлось пропускать следующие несколько занятий. По мере укрепления мышечной ткани СОМБ будет настигать вас все реже. Неправильно думать, что неприятные ощущения после напряженной физической активности неизбежны: ведь если вы слегка снизите интенсивность занятий, когда вернетесь на тренировку или когда будете пробовать новое упражнение, то сможете полностью избежать СОМБ.
Что такое VO2max и нужно ли мне узнать свой показатель?
VO2max – этот термин неизменно всплывает, как только речь заходит о каком-нибудь спортивном состязании, требующем огромной выносливости, например о велогонке «Тур де Франс». Под VO2max понимается максимальное потребление кислорода. То есть VO2max означает наибольшее количество кислорода, которое вы способны передать мышцам, когда занимаетесь предельно интенсивно. Логика здесь проста: чем больше кислорода сумеет обработать ваш организм, тем быстрее вы будете бежать. Поэтому многие спортсмены ищут возможность сделать тест на VO2max в университетах и лабораториях, где он стоит $100–150.
Обычно этот тест проходит так. Человек начинает тренироваться на беговой дорожке или на велотренажере в умеренном темпе, а затем постепенно ускоряется и через 10–12 минут достигает предельного уровня интенсивности. Количество кислорода, которое испытуемый при этом потребляет (его измеряют при помощи трубок во рту), увеличивается по мере того, как он ускоряется, и, как правило, выравнивается незадолго до остановки: это и является сигналом того, что достигнут индивидуальный уровень VO2max. Некоторые ученые полагают, что это происходит, когда сердце максимально быстро перегоняет к мышцам обогащенную кислородом кровь; другие считают, что все идет от индивидуальных характеристик мышц. Более современная теория говорит о том, что эти пределы вообще нельзя объяснить с точки зрения физиологии, поскольку в данном случае все продиктовано инстинктом самосохранения и регулируется головным мозгом.
Несомненно, выносливые спортсмены-профессионалы обычно обладают более высоким показателем VO2max, чем так называемые бойцы выходного дня, но происходит это не по тем причинам, о которых вы думаете. Существует распространенное заблуждение, что якобы по мере того, как человек обретает хорошую физическую форму, сердце его начинает биться быстрее, а значит, перекачивает больше кислорода. На самом же деле у профессионалов высокого уровня частота пульса обычно ниже, чем у тех, кто не занимается спортом. Просто их сердечные мышцы больше и гибче, способны выбрасывать больше крови с каждым мощным ударом. Объем крови, который перекачивает сердце спортсмена, может варьироваться от 5 л за минуту в состоянии покоя до 30 л за минуту на пределе физической активности – а это в два раза больше того уровня, которого может достичь нетренированный человек. (Самый высокий документально зафиксированный показатель составил 42,3 л за минуту; он принадлежит мастеру спорта международного класса по спортивному ориентированию.)
Различия в уровне VO2max отчасти обусловлены просто генетикой, а отчасти – интенсивными тренировками. В среднем у обычного взрослого мужчины показатель VO2max будет колебаться в пределах между 30 и 40 мл/мин/кг, а у взрослой женщины – от 25 до 35 мл/мин/кг. VO2max знаменитого велогонщика Лэнса Армстронга во время его победы на «Тур де Франс», согласно данным Эдварда Койла, спортивного физиолога из Техасского университета, составил как минимум 85 мл/мин/кг. «По нашим оценкам, если бы даже Лэнс целыми днями неподвижно лежал на диване перед телевизором, его VO2max не опустился бы ниже 60 мл/мин/кг, – написал Койл в отчете об исследовании. – В то же время, если бы обычный студент университета интенсивно тренировался в течение двух и более лет, его VO2max все равно не поднялся бы выше 60 мл/мин/кг».
Несмотря на весьма впечатляющую цифру, было бы ошибкой сделать вывод, что победа Армстронга явилась результатом высокого VO2max, поскольку у многих его конкурентов этот показатель был таким же. Койл полагает, что успех Армстронга можно объяснить тем, что его эффективность увеличилась на 8 % в период с 1992 по 1999 год, хотя другие ученые и оспаривают эти выводы. Физиологи сходятся только в том, что (к счастью для спортивных фанатов) на основе произведенных в лаборатории измерений и вычислений, даже самых точных, полных и всесторонних, невозможно предугадать, кто именно одержит победу в соревновании.
Так что же дает измерение VO2max, помимо элементарного удовлетворения любопытства? Сравнение результатов нескольких тестов, проводимых в течение длительного времени, позволяет отслеживать, улучшает ли человек свои показатели. Однако, как вы понимаете, это вполне можно заметить и без всяких лабораторий: вполне достаточно, скажем, участия в соревнованиях. Специалисты, как правило, рекомендуют спортсменам измерять свой лактатный порог: этот тест предоставляет значительно более полезную практическую информацию, нежели определение VO2max.
Что такое лактатный порог и нужно ли мне проверить свой?
Хотя ученые до сих пор все еще спорят о том, какова физиология лактатного порога и как его следует правильно определять, однако суть феномена в данном случае предельно ясна. Если вы, находясь в довольно хорошей форме, бегаете или ездите на велосипеде в медленном темпе, то при этом будете чувствовать, что можете продолжать делать это часами. Если же вы побежите или поедете слишком быстро, то наверняка ощутите дискомфорт и захотите остановиться или снизить темп уже через несколько минут. Где-то между этими двумя крайностями есть точка, после которой организм начинает сжигать энергию (это происходит в таком темпе, который человек не может выдерживать долго), и эта точка характеризуется резким скачком скорости, с которой лактат образуется в крови.
Этот порог обычно соответствует темпу, в котором вы можете работать приблизительно в течение часа, и сопровождается другими изменениями физиологического характера: например вы начинаете тяжело дышать, и поэтому в качестве грубого метода для определения своего порога можно использовать «тест разговором» (см. главу 4). Темп, в котором вы двигаетесь, когда достигаете порога, это наиболее надежный из всех параметров, имеющихся на сегодняшний день в распоряжении ученых, по которому они могут предсказать, как вы покажете себя на соревнованиях. Кроме того, это ценная подсказка, с помощью которой можно рассчитать, с какой скоростью вам лучше бегать (ездить) во время занятий. Именно поэтому многие спортсмены регулярно делают тест на лактатный порог, чтобы отслеживать прогресс и регулировать процесс тренировок.
Первоначально ученые ошибочно полагали, что лактат – это вредный продукт жизнедеятельности, который вызывает боль и усталость. Однако, как выяснилось, они перепутали причину со следствием. Уровень лактата поднимается, когда ваши мышцы испытывают дефицит кислорода либо вынуждены сжигать энергию менее эффективно, потому что не получают достаточное количество кислорода; но на самом деле лактат – это больше топливо, нежели продукт метаболизма. Однако можно использовать повышение уровня лактата в крови в качестве грубого индикатора, определяющего, в какой момент ваш организм перестает полагаться преимущественно на аэробный метаболизм (когда ваши мышцы получают достаточно кислорода для продолжения движения) и переходит на анаэробный (когда мышцы уже не получают достаточно кислорода и вы не можете продолжать двигаться без лимита во времени).
Как и тест на VO2max, тест на лактатный порог (обычно он длится от 20 минут до часа) проводится на беговой дорожке или велотренажере. При этом скорость постоянно возрастает, в среднем это происходит каждые пять минут. В конце каждого такого периода у испытуемого берется кровь на анализ из пальца или мочки ухи. Абсолютные значения количества лактата не очень значительны и зависят от многих параметров (например, они могут колебаться в зависимости от того, что вы перед этим ели). Важным показателем в данном случае является ваша скорость (и частота пульса) с того момента, когда уровень лактата начинает значительно повышаться. Это и будет ваш лактатный (анаэробный) порог.
В 2009 году в журнале Sports Medicine был опубликован обзор 32 исследований, посвященных связи между лактатным порогом и показателями, продемонстрированными спортсменами на соревнованиях по бегу, велогонкам, спортивной ходьбе и гребле. Результаты показали, что тест на лактатный порог гораздо более точно, чем тест на VO2max, предсказывал результаты – от 55 до 85 % вариантов забегов на различные дистанции (от 800 м до марафонских). Мало того, лактатный порог просто идеальный параметр для отслеживания эффективности тренировок. Адам Джонсон, тренер и директор Лаборатории по исследованию выносливости в Торонто, рекомендует спортсменам проходить тесты на лактатный порог каждые четыре месяца. «Когда человек видит значительные изменения после четырех месяцев тренировок, это вселяет в него уверенность в своих силах, – утверждает он. – Кроме того, тест помогает обнаружить, если что-то не работает, и скорректировать ситуацию».
Конечно, существует множество других способов отслеживать эффективность тренировок, начиная со скромного секундомера. Изменение лактатного порога, скорее, заинтересует тех, кто жаждет объективности, испытывает слабость к передовым технологиям и всегда мечтал о том, чтобы догнать Лэнса Армстронга. Сегодня такие исследования широко доступны. «Бытует заблуждение, что этот тест могут пройти только серьезные спортсмены, элитные профессионалы, – говорит Джонсон. – Однако на самом деле к нам обращается множество самых разных людей, которые собираются достичь в спорте определенных результатов, и мы успешно помогаем им всем».
