История лактатных порогов: Кёльнская школа спортивной медицины 1970–1980-х годов
Сегодня в спортивной физиологии измерение концентрации лактата крови во время ступенчатого нагрузочного теста является рутинной процедурой. Практикующие специалисты, тренеры и врачи используют эти данные для определения пороговых интенсивностей, связанных с максимальным устойчивым уровнем лактата — maximal lactate steady state (maxLass/MLSS). Однако методологическая и концептуальная основа этого подхода была заложена задолго до его широкой интернационализации. В 1970–1980-е годы группа исследователей из Кёльна, работавшая вокруг: Wildor Hollmann, Alois Mader и Hermann Heck, разработала систематическую методологию лактатного тестирования, ввела фиксированный порог 4 ммоль·л⁻¹ и позднее сформулировала концепцию MLSS. Кроме того, именно в этой группе была создана одна из первых математических моделей энергетического обмена человека при физической нагрузке.
К сожалению, значительная часть этих работ была опубликована исключительно на немецком языке и не индексировалась в международных базах данных. В результате вклад кёльнской школы оказался недооценён в англоязычной научной среде. Не забывай свои корни, помни/с. Цель данного текста — последовательно представить ключевые идеи и разработки этой группы, особенно для читателей, не знакомых с немецкой литературой.
Введение: почему кёльнская школа важна
В 1970–1980-е годы кёльнская группа врачей и физиологов внесла фундаментальный вклад в развитие лактатного тестирования и в понимание энергетического обмена при нагрузке. Несмотря на масштаб и глубину этих работ, они долгое время оставались в тени, прежде всего из-за языкового барьера и ограниченной доступности публикаций. Многие концептуальные элементы, которые сегодня воспринимаются как «современные» — порог в 4 ммоль·л⁻¹ , MLSS, Vlamax, 3 зоны интенсивности, связь лактатной кривой с метаболическими ограничениями, роль гликолитической мощности — фактически были сформулированы ещё в тот период. Поэтому систематизация этих идей имеет не только историческое, но и практическое значение.
Пороговые концепции: необходимость терминологической ясности
Прежде чем переходить к истории, необходимо уточнить терминологию. Уже в 1985 году Heck и соавторы перечисляли не менее девяти различных терминов, используемых для описания «порогов» при физической нагрузке. С тех пор ситуация только усложнилась. В целом пороговые концепции можно разделить на две группы.
Первая группа включает пороги, описывающие первое устойчивое повышение концентрации лактата при нарастающей нагрузке. К ним относятся такие термины, как lactate threshold 1 (LT1), аэробный порог и анаэробный порог в ранней интерпретации.
Вторая группа связана с максимальным устойчивым уровнем лактата. Здесь используются понятия maximal lactate steady state (maxLass или MLSS), lactate threshold 2 (LT2), индивидуальный анаэробный порог, аэробно-анаэробный переход и другие. Именно эта вторая категория является предметом обсуждения в данном тексте.
Поскольку измерение maxLass в чистом виде требует серии длительных нагрузок с постоянной мощностью, в практических целях ещё в 1976 году Мадером был предложен фиксированный порог 4 ммоль·л⁻¹ как его приближённая оценка. В дальнейшем в тексте оба понятия будут использоваться осознанно и дифференцированно.
Что было известно о лактате до 1976 года
История изучения лактата начинается задолго до спортивной науки. Уже в 1807–1808 годах Йёнс Якоб Берцелиус обнаружил лактат у загнанных животных, что указывало на его связь с физической нагрузкой. В начале XX века такие исследователи, как Август Крог и Арчибальд Хилл, подробно описали динамику лактата и потребления кислорода во время работы.
Однако эти исследования носили преимущественно описательный характер. Они не привели к созданию стандартизированных субмаксимальных тестов выносливости. Вместо этого в центре внимания оказался показатель максимального потребления кислорода (V̇O₂max), предложенный Хиллом и Лаптоном как интегральная характеристика кардиореспираторной системы.
У V̇O₂max есть два фундаментальных ограничения. Во-первых, его измерение требует нагрузки до полного отказа. Во-вторых, он слабо отражает реальную способность поддерживать высокую интенсивность длительное время.
В поиске субмаксимальных показателей выносливости Hollmann ещё в 1958 году предложил концепцию точки оптимальной вентиляционной эффективности — минимальной вентиляции на литр поглощаемого кислорода. Однако эта идея практически не получила признания, во многом из-за того, что исследования были опубликованы на немецком языке.
1976 год: измерение лактата из 20 микролитров крови
Первой крупной работой кёльнской группы стало исследование, опубликованное в 1976 году. Его ключевым автором был Alois Mader, который незадолго до этого переехал из Восточной Германии и присоединился к группе Hollmann в Кёльне.
Главным технологическим прорывом стало внедрение метода измерения лактата из 20 микролитров капиллярной крови. Это стало возможным благодаря развитию ферментативных спектрофотометрических и флуорометрических методов. Впервые стало возможно быстро и относительно просто измерять лактат из крови, взятой из мочки уха, без артериальных пункций и многочасовых химических анализов. В этой же работе были сформулированы базовые принципы проведения лактатных тестов:
- нагрузка должна быть специфичной виду спорта
- продолжительность ступени должна составлять не менее четырёх минут
- мощность или скорость на уровне 4 ммоль·л⁻¹ реагирует на тренировочные адаптации чувствительнее, чем V̇O₂max
Авторы показали, что у бегунов, футболистов и профессиональных велосипедистов именно интенсивность на уровне 4 ммоль·л⁻¹ лучше отражает уровень выносливости, чем объём сердца или максимальное потребление кислорода. Кроме того, в этой работе впервые была предложена трёхзонная классификация интенсивности тренировок на основе лактата. При этом авторы не утверждали, что пороговая тренировка является оптимальной стратегией, а лишь предложили физиологически обоснованную систему классификации.
От фиксированного порога к maxLass
После 1976 года лактатные тесты стали широко применяться. Вскоре возник вопрос: действительно ли фиксированное значение 4 ммоль·л⁻¹ отражает границу между устойчивым и неустойчивым метаболическим состоянием?
Для ответа на этот вопрос Heck и коллеги провели серию 30-минутных нагрузок с постоянной интенсивностью. Это позволило определить максимальную скорость или мощность, при которой концентрация лактата не возрастает более чем на 1 ммоль·л⁻¹ за последние 20 минут работы. Так была сформулирована концепция maximal lactate steady state.
В отличие от порога 4 ммоль·л⁻¹, maxLass получил признание в международной литературе и стал эталонным понятием в физиологии выносливости
Математическая модель энергетического обмена Alois Mader
В начале 1980-х годов Mader поставил перед собой задачу, которая по тем временам выглядела почти утопической: создать количественную модель энергетического обмена человека при физической нагрузке.
Он исходил из того, что энергетический обмен представляет собой «чёрный ящик». Известны входные параметры (мощность, интенсивность) и выходные (лактат, V̇O₂, pH), но неясно, какие механизмы связывают их между собой.
В своей хабилитационной (Habilitation - работа на получение звания профессора, чем я также сейчас занимаюсь в Университете Марбурга) работе 1984 года Mader описал математическую модель, которая связывала:
- гидролиз АТФ
- ресинтез АТФ из фосфокреатина
- гликолитический ресинтез АТФ
- окислительное фосфорилирование
- динамику лактата и pH
Модель была основана на принципах открытых систем и минимального числа переменных, связанных между собой логическими и биохимически обоснованными уравнениями.
«Точка пересечения» как основа maxLass
Центральным элементом модели стала точка, в которой скорость образования пирувата в гликолизе равна скорости его окисления в митохондриях. Ниже этой точки дефицит ацетил-КоА компенсируется за счёт β-окисления жирных кислот. Выше неё гликолиз производит пируват быстрее, чем он может быть окислен, что приводит к накоплению лактата.
Таким образом, maxLass возникает не как абстрактный «порог», а как следствие кинетических ограничений митохондриального окисления.
Медленный компонент V̇O₂ и роль pH
Уже в версии модели 1984 года Mader смог воспроизвести медленный компонент V̇O₂. Механизм был следующим:
- при работе выше maxLass лактат накапливается
- pH снижается
- снижение pH тормозит фосфофруктокиназу
- гликолитический ресинтез АТФ уменьшается
- окислительное фосфорилирование вынуждено компенсировать дефицит
Это приводит к постепенному росту потребления кислорода даже при постоянной мощности.
νLa.max и выносливость
Одним из наиболее важных выводов модели стало понимание роли максимальной скорости гликолиза, обозначенной как νLa.max. Модель показывает, что высокая гликолитическая мощность приводит к более раннему накоплению лактата и снижению мощности на уровне maxLass.
Два спортсмена с одинаковым V̇O₂max могут иметь существенно различную пороговую мощность исключительно из-за различий в νLa.max. Для длительных дисциплин это означает, что чрезмерно развитый гликолиз может быть ограничивающим фактором выносливости.
Кёльнская школа спортивной медицины:
- стандартизировала лактатное тестирование
- предложила порог 4 ммоль·л⁻¹
- сформулировала концепцию maxLass
- разработала первую целостную модель энергетического обмена человека
Многие современные идеи являются прямым продолжением или переоткрытием этих работ. Их значение выходит далеко за рамки истории и напрямую влияет на современное понимание тренировки выносливости.
что это значит для современного тренинга
Если читать историю кёльнской школы внимательно, то главный эффект не в том, что они «придумали 4 ммоль». Главный посыл в том, что они первыми дали рабочую рамку для современных представлений: почему лактатная кривая выглядит так, как выглядит сегодня, и почему два атлета с одинаковым V̇O₂max могут быть принципиально разными по соревновательной выносливости.
1) 4 ммоль — исторический порог, а не физиологическая константа
Кёльнская школа сама понимала, что 4 ммоль·л⁻¹ — это практический суррогат и попытка стандартизировать работу в эпоху, когда maxLass измерять было сложно и долго. Проблема не в числе 4, а в том, что многие до сих пор воспринимают его как «универсальный порог».
Сегодня мы знаем (и в полевых данных видим каждый день), что:
- у одних атлетов maxLass действительно может быть около 4 ммоль,
- у других это 2.5–3.2,
и это не «ошибка теста», а отражение фенотипа: митохондриальной мощности, клиренса/окисления лактата, и — ключевое — индивидуальной гликолитической производительности.
Поэтому в прикладной работе фиксированный порог — это максимум отправная точка, но не финиш. Если ты работаешь с атлетами системно, то любой «универсальный порог» нужно сразу проверять через: стабильность лактата на постоянной нагрузке, дыхательные данные (если есть), HR drift/decoupling, и соревновательный профиль.
2) νLa.max — неудобная переменная, которая объясняет «почему порог низкий при хорошем V̇O₂max»
Самая сильная идея Mader — это не уравнения, а логика биологических процессов: гликолиз сам себя ограничивает, потому что через накопление H⁺ снижает pH и тормозит PFK, после чего система вынужденно уходит в большее окисление (что проявляется как V̇O₂ slow component).
Практически это означает следующее:
- Высокий νLa.max даёт преимущество там, где нужны пики мощности, ускорения, финиш, атаки, 1–3 минуты «через не могу», трек, спринт.
- Но при одинаковом V̇O₂max высокий νLa.max может быть ценой более раннего пересечения «точки», где пируват образуется быстрее, чем может быть окислен → лактат растёт устойчиво → maxLass смещается влево → длительная устойчивость хуже.
Это то, что многие тренеры видят феноменологически:
- «сильный мотор», но порог странно низкий,
- «высокий лактат на умеренных ваттах»,
- «атлет закисляется на темпе, который должен быть рабочим»,
но часто объясняют это общими словами про «недостаток аэробной базы».
3) Durability: почему порог, измеренный свежим, ничего не гарантирует через 2–4 часа
То, что мы сейчас называем durability (устойчивость мощности/темпа/экономичности при накоплении усталости), прекрасно сочетается с логикой кёльнской школы.
Классические пороги (LT2/MLSS/maxLass) обычно измеряются в относительно «стерильном» состоянии:
Но в реальной гонке всё иначе:
- гликоген уходит,
- температура растёт,
- нейромышечная эффективность падает,
- рекрутирование волокон меняется,
- и самое важное: меняется соотношение между гликолитическим вкладом и окислительным обеспечением.
Если у атлета низкая durability, то его «порог» дрейфует вниз по ходу работы. На практике это выглядит как:
- рост лактата на прежних ваттах,
- рост ЧСС на прежней мощности (или наоборот парадоксальные реакции),
- падение каденса при сохранении усилия,
- ухудшение экономичности (больше кислорода/ЧСС на ту же механику),
- и прогрессирующая невозможность «держать темп».
Поэтому в современном подходе порог нужно рассматривать как:
Если связывать это с Mader: при утомлении «точка пересечения» смещается. Причины могут быть разные (доступность субстратов, pH-буферинг, рекрутирование), но итог один: устойчивость снижается.