Нейронный контроль усталости и выносливости был спорной концепцией в 1990-х годах, но она получила признание, когда доказательств накопилось достаточно. Во-первых, из лабораторных исследований и жизненного опыта стало ясно, что у человека, который чувствует себя полностью истощенным, все еще остается много энергии. Даже когда мы чувствуем, что достигли абсолютного предела, в усталых мышцах все еще много АТФ, а глюкоза и жирные кислоты циркулируют в крови. Мы постоянно наблюдаем, как профессиональные бегуны падают на землю в конце длинной гонки, полностью истощенные, только чтобы через минуту подняться и пробежать победный круг по стадиону, улыбаясь. А во-вторых, нейронный контроль усталости помог объяснить странное влияние настроения и восприятия на производительность. Марафонцы мирового класса, которые работают на износ в течение двух часов, все еще способны каким-то образом сделать победный рыков и бежать еще быстрее прямо перед финишем — отчаяние и решимость могут раскрыть скрытый спортивный потенциал. И наоборот, лабораторные исследования показывают, что умственная усталость снижает выносливость. Спортсмены и тренеры во всем мире знают, как важно быть в правильном настроении, если вы хотите победить.
Когда мы утомлены, мозг также участвует в этом процессе, и это помогает объяснить взаимосвязь между расходом энергии и выносливостью (Рис. 8.1). Эти эффекты легче всего проследить при беге, но то же применимо к плаванию, езде на велосипеде и другим видам спорта. Как мы уже показали в Главе 3, когда вы ускоряетесь, то сжигаете калории быстрее. Говоря, что этот эффект линейный, мы имеем в виду, что бег на 10 % быстрее требует, чтобы вы тратили энергию на 10 % быстрее. Такой же принцип характерен и для автомобильного двигателя: 10-процентное увеличение скорости обычно означает, что вы сжигаете бензин на 10 % быстрее (или аккумулятор разрядится на 10 % быстрее, если вы едете на электромобиле).
[64]
Рис. 8.1.Выносливость, измеряемая как максимальное время, в течение которого вы можете поддерживать заданную рабочую нагрузку, тесно связана с выходной мощностью. Здесь время мировых рекордов в гонке строится в зависимости от скорости бега для дистанций от 800 м до более чем 950 км. Спортсмены пробегают марафоны при максимальном потреблении кислорода (VO2 max). На более высоких скоростях выносливость резко падает, поскольку организм вынужден полагаться на анаэробный метаболизм для получения все большего количества энергии.
Но есть некоторые важные различия между метаболическим двигателем человека и механическим мотором автомобиля. В случае машины скорость не сильно влияет на то, как далеко вы можете проехать при полном баке или заряженной батарее, она просто определяет, как быстро у вас закончится топливо. При беге скорость оказывает огромное влияние на то, сколько энергии вы потратите, прежде чем достигнете предела. Чем быстрее вы бежите, тем меньше энергии сжигаете в общей сложности. Промчитесь километр, и вы рухнете после сжигания 100 ккал. Пробегите марафон, и вы будете так же истощены, когда потратите 2600 ккал. Наши тела не просто так останавливаются, когда у нас заканчивается топливо (даже если так только кажется). Интенсивность имеет значение.
Чрезмерное употребление углеводов может привести к тому, что тело станет ослабленным и вялым.
Одна из причин, почему скорость влияет на усталость, заключается в типе топлива, которое тело сжигает во время тренировки. Когда мы отдыхаем и занимаемся малоинтенсивной деятельностью (читаем эту книгу или прогуливаемся по парку), организм сжигает жир в качестве основного топлива. С биологической точки зрения эта стратегия имеет смысл: у вас есть практически неограниченная энергия, хранящаяся в виде жира, и, хотя требуется больше времени для его переработки и сжигания, чтобы сделать АТФ, при низких уровнях затрат нам не нужно, чтобы этот процесс ускорялся. По мере увеличения интенсивности упражнений в смесь топлива добавляется больше глюкозы. Одна часть поступает из сахара в крови, другая — из запасов гликогена в мышцах. По сравнению с жиром, глюкоза легче и быстрее сжигается (даже если образуется из гликогена). Эта лучшая доступность помогает «спонсировать» мышцы АТФ по мере роста интенсивности физических упражнений и потребности в энергии.
Зависимость от глюкозы при высокоинтенсивных тренировках также является причиной того, что гонщики говорят об «углеводной нагрузке» и очень тщательно выбирают напитки и еду во время подготовки к гонке. Если у нас недостаточно углеводов, которые можно сжечь, то это может привести к тому, что тело станет ослабленным, вялым и будет вынуждено подпитывать себя медленно сгорающими жирами. Вы можете обучить организм, чтобы он приспособился к смеси сжигаемого жира и глюкозы, и некоторые гонщики поступают именно так. Они тренируются при недостатке углеводов, чтобы тело научилось сжигать больше жира и экономить драгоценную глюкозу (пути сжигания жира, показанные на Рис. 2.1, активизируются, частично за счет производства большего количества необходимых ферментов). Однако даже у этого процесса есть пределы. В день гонки все зависят от топлива из углеводов.
В какой-то момент, когда скорость бега и расход энергии продолжают увеличиваться, митохондрии не могут производить АТФ достаточно быстро, чтобы удовлетворить спрос, даже при постоянном поступлении глюкозы. Если мы измерим потребление кислорода в лаборатории, когда вы достигнете этой стадии, то увидим, что потребление газа вышло на плато, и показатели больше не изменятся, даже если скорость и потребность в энергии будут продолжать расти. Вы не сможете терпеть такое состояние долго. Эта точка разрыва — максимальное потребление кислорода — предел ваших аэробных возможностей. Цепочка поставок, которая доставляет кислород и глюкозу в клетки, а затем преобразует их в АТФ в митохондриях, достигла предела. Она просто не может поставлять ее быстрее.
При максимальной аэробной (кислородной) выработке АТФ мышцы вынуждены полагаться на анаэробный метаболизм (Глава 2). Поскольку он ускоряется, производство CO2 продолжает расти, даже когда потребление кислорода остается неизменным. pH крови становится более кислым. Глюкоза в крови расщепляется на пируват, молекулу, которая попадает в митохондрии, превращается в ацетил-КоА и питает цикл Кребса, в итоге окупаясь тоннами АТФ (Рис. 2.1). Но в митохондрии образуется пробка, и избыток пирувата превращается в лактат, а затем в молочную кислоту. Мышцы начинают гореть. Сколько еще вы сможете продержаться? Последнее слово остается за мозгом. Темный бесформенный голос, знакомый любому бегуну, начинает стонать в глубине сознания, умоляя остановиться. Его громкость и интенсивность растут, а потом он поглощает вас целиком. В конце концов вы сдаетесь. Просто невозможно бежать дальше. Вы замедляетесь или падаете без дыхания.
