Способность человека к максимальной физической нагрузке: можем ли мы выложиться на 100%?

Периодически можно прочитать удивительные статьи о группе людей, которые проходя мимо места автомобильной аварии, подняли и перенесли на другое место машину, наехавшую на человека. Каждый год повторяется одна и та же история – велогонщики мирового класса на Tour De France преодолевают длительные расстояния на горных дорогах в самых высоких горах Франции, выглядя совершенно измотанными в конце каждого этапа, но следующим утром повторяющими все сначала. Та же история и с ультра-длинными беговыми соревнованиями, типа Marathon Des Sables, когда день за днем измотанные участники находят в себе силы двигаться дальше.

Дискуссия о том, используют ли люди свои физические возможности на максимум, и если нет, то как регулируются их производительность: процессами в теле или мозге? Если главный регулятор находится в мозге, то задействованы ли алгоритмические нейронные процессы или более "неосязаемые" процессы, связанные с умственной мотивацией? Другими словами, что стоит за нашими максимальными физическими показателями во время гонок или спортивных мероприятий?

Одна из ведущих теорий, отвечающих на это вопрос, была сформулирована группой южноафриканских ученых во главе с Тимом Ноуксом, и названа теорией центрального привратника (central governor theory), и на протяжении многих лет все еще вызывает споры: люди либо любят, либо ненавидят её. Впрочем, это происходит со всеми теориями в науке.

Долгое время концепцию максимальной производительности и того, что в конечном итоге приводит к достижению людьми абсолютных пределов своих физических возможностей, можно было охарактеризовать как "катастрофическую" модель усталости. В катастрофической модели организм, подвергшийся сильной нагрузке во время спортивных соревнований, либо испытывает недостаток основных питательных веществ или энергетического топлива, либо "отравляется" в результате воздействия метаболитов, которые не могут быть выведены из мышц достаточно быстро, либо из-за нехватки способности легких доставлять кислород или нарушений кровоснабжения, систем, которые были "перегружены" экстремальной нагрузкой. Классическим примером была теория молочной кислоты (правильнее – лактата): считалось, что "жгучая" боль, которую человек ощущает в мышцах во время экстремальных нагрузок, связана с накоплением лактата (молочная кислота практически моментально распадается в организме), который в конечном итоге "отравляет" мышцы до такой степени, что они просто перестают работать.

Большинство этих теорий возникли на основе исследований на животных или исследований на моделях изолированных мышц, в ходе которых мышцы извлекали из их нормальной анатомической среды и стимулировали электрическим током до тех пор, пока они полностью не прекращали способность сокращаться. На этом этапе абсолютной усталости измерялись различные параметры, такие как содержание лактата в мышце, и, учитывая, что цифры были очень высокими (или очень низкими в случае определения уровня гликогена в мышце), то учеными была установлена ​​причинно-следственная связь, например, между абсолютной усталостью и уровнем лактата в (изолированных) мышцах. Но действие мышц человека, выполняющего физические упражнения, не происходит в изолированном состоянии или в чашке Петри. Поэтому ученые посмотрели, сколько мышц вовлекается в работу во время реальных тренировок на выносливость и спринтерских тренировок, используя такие методики, как электромиография (ЭМГ), которая косвенно измеряет вовлеченность мышц в работу. В ходе исследования было обнаружено, что мышцы людей, которые доводили себя до такой степени, что, по их словам, были абсолютно истощены, все еще имели резервные возможности. Другими словами, люди не использовали свои мышцы на абсолютный максимум, что было одновременно удивительной и захватывающей находкой. Авторы исследования выполнили биопсию мышц в начале и в конце исследования, и обнаружили, что уровни топлива, такого как мышечный гликоген и глюкоза, необходимые для работы мышц (да и организма в целом), были крайне низкими, но не нулевыми, что также указывает на наличие резервного запаса топлива. Повтор этого протокола у различных групп населения и типов спортивных соревнований, показал схожие результаты и авторы пришли к выводу, что мозг спортсмена "останавливает" его упреждающим образом еще до того, как он полностью утомится, даже если атлеты "чувствовали" себя абсолютно измотанными. Таким образом, какой-то процесс в мозге, по-видимому, "отключает" ощущение усталости от того, что именно происходит в организме. Вероятно, он делает это в качестве защитного механизма, предотвращающего возникновение либо повреждения мышц, либо общей недостаточности кровообращения, которая может (и иногда происходит) произойти во время спортивного события у очень мотивированного спортсмена.

Ряд других примеров этого защитного "центрального" механизма мозга выявился в ходе дальнейших экспериментов в лабораториях по всему миру. Коллектив авторов из Австралии провел лабораторное исследование с использованием условий, похожих на гоночные и обнаружил, что участники начинали быстро, замедлялись в середине и ускорялись в последних 10 процентах (или около того) испытания. Электромеханическая активность мышц в их исследовании отслеживала увеличения и уменьшения темпа, что указывало на то, что эти изменения, вероятно, были запущены и регулировались мозгом. Увеличение темпа в последних 10 процентах "гонки" было описано учеными, как "конечный рывок" – ускорение в конце события или деятельности. Совершенно логично полагать, что если мышцы человека "отравляются" непрерывным накоплением метаболитов во время гонки или если у атлета полностью закончилось топливо, то ни о каком ускорении/рывке в конце гонки не может быть и речи. Эта теория подтверждается исследованием, проведенным в 1960-х годах. Участников исследования просили как можно сильнее напрячь мышцы ног в устройстве для проверки силы ног, где движению ноги оказывали сопротивление и регистрировали выходную силу мышц ног. Испытуемым предлагалось продолжать работать до тех пор, пока они не заявляли, что полностью измотаны и не могут сократить мышцы даже на несколько секунд. В этот момент второй исследователь, входил в комнату позади них, и выстреливал из дробовика холостым патроном, причем участники не видели, как он это делал. Это, очевидно, вызвало огромный шок у участников, и интересный результат с точки зрения исследования заключался в том, что испытуемые прикладывали на 20–30% больше силы после того, как слышали выстрел, несмотря на то, что прямо перед выстрелом они говорили, что абсолютно измотаны. Это было убедительным доказательством наличия мышечного резерва при утомлении и "разрыва" между ощущением усталости и физическими изменениями, связанными с процессом утомления.

Ученые долго изучали, как происходит это "сенсорно-перцептивное отключение" во время процесса утомления и в момент абсолютной "усталости". Очевидно, что за этим феноменом стоит телеология, и вполне вероятно, что это защитный механизм, который использует "обман", чтобы уберечь людей от их собственных мотивационных побуждений. Это поражает воображение – наш собственный мозг "лжет" самому себе, чтобы защитить нас от самих себя. Происхождение ощущений и восприятия эмоциональных структур, таких как усталость, и то, как они развиваются в основных структурах мозга (или даже как они связаны с физическими структурами мозга), понять очень трудно, учитывая, как мало мы знаем об основных функциях мозга, психических состояниях или сенсорного осознания чего-либо. Однако, используя косвенные методы, ученым удалось показать, что разобщение ощущения усталости от лежащих в его основе процессов физического утомления можно довольно легко выявить. Одним из самых интересных исследований по этой концепции было проведено в Университете Нортумбрии. В этой работе молодые участники мужского пола, бегущие на дорожке сказали, что чувствуют себя утомленными, после чего ученые пригласили в лабораторию либо привлекательную женщину, либо спортивного мужчину, которые общались с ними во время бега. У спортсменов произошли глубокие изменения в уровне ощущения усталости: когда с ними общалась привлекательная женщина, они сообщали о значительном снижении уровня ощущаемой усталости, но когда с ними общался спортивный мужчина, они сообщали, что чувствовали более сильное утомление в результате разговора. Итак, это было классическое свидетельство, показывающее, что ощущение усталости на самом деле можно довольно легко"отделить" от того, что происходит в самом теле, и что ощущение усталости имеет психосоциальный компонент или, по крайней мере, может подвергаться "коррекции" со стороны психосоциальных факторов.

Что все это говорит нам о пределах производительности и о том, действительно ли спортсмены или люди, занимающиеся спортом, когда-либо действительно "максимально" утомляются, даже если они действительно ощущают утомление? Описанные выше доказательства, по-видимому, ясно указывают на то, что, по крайней мере в научных исследованиях, мозг человека выступает в роли защитного механизма, ограничивающего активность человека до субмаксимального уровня, даже если человек "чувствует", что доводит себя до абсолютного максимума. Как мозг (или сознание) это делает, в настоящее время неясно, но существует явная взаимосвязь или расчет между мотивацией и стремлением человека к успеху и страхом нанести себе вред во время спортивной или вообще любой физической активности. Интересно, что в дикой природе животные, преследуемые хищниками, иногда настолько стараются, чтобы их не съели, что, даже если они убегают, они умирают из-за того, что их мышцы очень сильно повреждаются в результате перегрева или чрезмерного напряжения, что приводит к почечной недостаточности и смерти от полиорганной недостаточности по причине накопления токсинов в этих сильно поврежденных мышцах. Очевидно, что мы, люди, никогда в своей повседневной жизни не оказываемся в такой ситуации, с которой сталкиваются эти животные, и поэтому, возможно, эта "резервная" способность является неким пережитком эволюции и происхождения человека, когда мы действительно были потенциальной добычей для крупных животных, и всегда было полезно поддерживать резерв сил для этого "смертельного" вызова. Конечно, это всегда будет не более чем предположением, когда размышляют о происхождении или эволюции как причине современного поведения или функций, особенно когда речь идет о функции мозга или психическом поведении. Хотя некоторые спортсмены теряют сознание во время и после соревнований (и почему они это делают, до сих пор остается загадкой), подавляющее большинство из них, даже победители Тур Де Франс, знают, что им нужно оставить небольшой резерв физической работоспособности для того, чтобы они могли слезть с велосипеда, принять душ, получить медаль или оставить что-нибудь "в баке" для того, чтобы участвовать в гонке на следующий день. Поэтому, когда мы думаем, что совершенно измотаны, на самом деле это не так.