Когда в дождливый день в Оксфорде в 1954 г. Роджер Баннистер впервые в истории пробежал милю менее чем за четыре минуты, полностью задействовав резервы своих легких и мышц, и упал на землю за финишной прямой, он чувствовал себя, как он впоследствии описал это, фонарем с севшей батарейкой. Это самое чувство впоследствии пытались пробудить ученые, платя волонтерам в Университете Бэнгор, Уэльс, чтобы они крутили педали велотренажера с определенной скоростью до полного изнеможения. Такие "крути до изнеможения" испытания - общепризнанный метод измерения пределов физической выносливости, но в данном случае, эксперимент имел скрытый психологический подтекст. Пока велосипедист крутил педали, на экране перед ним периодически вспыхивали изображения счастливых или грустных лиц неуловимыми 16 миллисекундными импульсами, что в 10-20 раз короче чем обычная вспышка. Велосипедисты, которым показывали грустные лица, проехали, в среднем, 22 минуты и 22 секунды. А другие, которым показывали счастливые лица, проехали на 3 минуты дольше и отметили меньшее чувство напряжения. Во втором эксперименте исследователи продемонстрировали, что подсознательные слова-действия (ДАВАЙ! ЭНЕРГИЧНО!) могли повысить результативность участника исследования на 17 процентов по сравнению демотивирующими словами (ТЯЖЕЛО! СПАТЬ!).
Исследование, которое было опубликовано в недавно в журнале "Перспективы неврологии человека" Самуелем Маркора, который возглавляет группу ученых, исследующих выносливость в университете Кента, и двумя его коллегами из Бангора, Энтони Бленчфилдом и Джеймсом Харди, стало последним словом в продолжающейся дискуссии о самой природе усталости (Front Hum Neurosci. 2014;8:967). По данным одного предыдущего исследования (Front Physiol. 2012; 3: 82), усталостью называется "неспособность сокращающихся мышц поддерживать желаемую силу". Но почему это происходит?
Физиологи начала ХХ века изучали утомление, отпрепарировав задние ноги лягушек и обеспечив стимуляцию их мышц электрическими импульсами снова и снова, пока они не теряли способность сокращаться. В 1907 году лауреат Нобелевской премии Фредерик Хопкинс и один из его коллег показали, что уставшие мышцы лягушки были переполнены молочной кислотой. Их эксперимент породил укоренившееся (и неправильное) объяснение отказа мышц; ученые теперь знают, что лактат - форма, в которой молочная кислота встречается в организме, на самом деле стимулирует мышечное сокращение, а не тормозит его. Тем не менее, ощущение усталости, как и механическое повреждение, сохраняется. Вы достигаете пределов кислородтранспортной системы по объему переносимого кислорода, кислотность крови ползет вверх, и нейромышечная передача сигналов между мозгом и мышцами становится слабее: так или иначе, вы доходите до предела.
Маркора считает, что этот предел на самом деле никогда не достигается, что усталость является лишь равновесием между усилиями и мотивацией, и что решение остановиться - это осознанный выбор, а не механическое повреждение. Это, говорит он, объясняет факторы, которые изменяют восприятие человека или мотивацию (денежное вознаграждение, например), и могут повлиять на результат, даже без какого-либо изменения состояния мышц. Так, при экспериментах с подсознанием, частота сердечных сокращений велосипедистов и уровень лактата выросли одинаково, независимо от того, какие лица они видели, что указывает, что ничего не изменилось. Такие факторы, как жара, гидратация, и состояние мышц, как говорит Маркора, не являются чем-то нереальным, но их влияние опосредовано восприятием усилий. Другими словами, они не принуждают вас сбросить темп, как это происходит с истощенными мышцами лягушки в чашке Петри; они заставляют вас захотеть сбросить темп - возможно, это лишь различное значение слов, но оно имеет большое значение, когда дело доходит до испытания верхних границ человеческих возможностей.
Маркора называет свою теорию "психобиологической моделью". Это одна из нескольких попыток (за последнее десятилетие) приобщить мозг к пониманию выносливости. Это не означает, что предыдущие поколения ученых не брали во внимание влияние мозга на физическую работоспособность; например Майкл Джойнер, физиолог из клиники Майо в Миннесоте, сказал мне: «Люди говорили об этих вещах еще в восьмидесятых и у них получилось провести неплохие психологические эксперименты». Итальянский ученый Анджело Моссо, например, показал, что мышечная выносливость двух его коллег - профессоров физиологии - уменьшилась после того как они дали серию лекций и устных экзаменов для студентов. Более чем за полвека с тех пор исследователи испробовали все - от гипноза до яда кураре, чтобы изменить соответствие между умственными усилиями и мышечным откликом. Но только в последнее время методы исследования мозга, такие как функциональная магнитно-резонансная томография и электроэнцефалография, развились настолько хорошо, чтобы позволить наблюдать за мозгом во время интенсивных физических упражнений.
Рассмотрим, например, двухчасовой марафон, который начинает выглядеть как современный эквивалент мили за четыре минуты. В 1991 году Джойнер опубликовал авторитетный документ, в котором он объединил наивысшие зафиксированные пределы нескольких аспектов работоспособности в беге, и рассчитал максимально короткое время длительности марафона. Он остановился на 1:57:58, что почти на девять минут быстрее, чем мировой рекорд в то время; несоответствие Джойнер объяснял следующим образом: «Наш уровень знаний об определяющих факторах работоспособности человека является недостаточным». На Берлинском марафоне, в сентябре этого года, тридцатилетний кенийец по имени Деннис Киметто, в прошлом зарабатывавший на жизнь фермерством, который начал соревноваться на международном уровне всего три года назад, установил новый мировой рекорд, завершив гонку за время 2:02:57 - все еще почти на пять минут дольше прогнозов Джойнера.
Почему усталость не позволяет таким спортивным чудесам, как Киметто, преодолеть пятиминутный разрыв? Одна из возможных причин, как предложил Тим Нокс, профессор из Университета Кейптауна, заключается в том, что мозг имеет подсознательный механизм самосохранения, который запускается, чтобы не дать организму слишком приблизиться к опасным для него пределам. Нокс называет этот механизм "центральный регулятор". По его мнению, усталость является скорее защитной эмоцией, а не отражением физиологического состояния организма; еe действие заблаговременное и непроизвольное. Вот почему, если вы идете на пробежку в жаркий день, ваша скорость медленнее с самого старта. Причина не в том, что вы уже перегрелись, а в том, что это могло бы произойти с вами позже. Нокс так же предполагает, что тот фактор, который не позволяет Киметто пробежать марафон за 1:57:48, является врожденным самосохранением.
Начинают появляться некоторые подсказки о том, как эта защитная система может работать. Исследование, опубликованное в ноябре учеными из Университета штата Юта, показало, что физические упражнения на мышцы ног вызывают усталость мышц рук, это опосредованное мозгом явление, известное как «нелокальная усталость» - если только вы не вводите обезболивающее фентанил эпидурально, чтобы блокировать нервные сигналы, распространяющиеся вверх от ног, в этом случае состояние рук не изменится. Другие исследования показали, что обезболивающий компонент ацетаминофен, который используется в "Тиленоле", может повысить результативность велосипедиста примерно на два процента. В прошлом году международная группа ученых провела исследование в Бразилии, использовав слабый электрический ток, направленный на те области мозга своих подопечных, которые контролируют усилие и боль, что позволило улучшить выносливость велосипедиста приблизительно на 4 процента. В каждом случае изменение способности мозга контролировать сигналы бедствия от организма как бы повышало уровень усталости, которую центральный регулятор был готов терпеть.
Маркора считает идею подсознательного регулятора излишне сложной. Он предоставляет свое исследование с подсознательными посланиями как контраргумент. Увидев улыбающееся лицо на долю секунды, вы никак не изменяете тот факт, что ваш пульс, скажем, сто восемьдесят ударов в минуту, а концентрация лактата в вашей крови - семь миллимоль на литр. Это просто изменяет ваше осознанное восприятие физиологических крайностей. В предыдущих исследованиях, Маркора использовал жвачки с кофеином, мотивационные разговоры с самим собой, и то, что он называет "тренировка выносливости мозга" - ежедневные порции сложных компьютерных задач, чтобы так же слегка изменить чувство напряженности. Его первоначальный интерес в исследовании усталости был вызван необъяснимыми приступами усталости у его матери, которые появились после трансплантации почек - частое клиническое явление, при котором восприятие рассинхронизуется с физиологией.
Как только накопились лабораторные демонстрации связи мозга и усталости, спортивный мир начал свои эксперименты. В мае компания Red Bull взяла с собой четырех элитных велосипедистов и триатлонистов, а так же два десятка исследователей под командой нейрофизиологов из медицинского колледжа Уэйла Корнелла и исследовательского медицинского института Берка в Нью-Йорке, в штаб-квартиру в Санта-Монике. Там они исследовали потенциал увеличения выносливости с помощью транскарниальной электростимуляции, техники, используемой в Бразильском исследовании. Члены национальной сборной США по BMX тестируют программу, которая была разработана неврологами из Университета Калифорнии, Сан-Диего, для улучшения внимательности. Маркора, тем временем, ведет переговоры с Recon Instruments, которые создают свой "Recon Jet", первый носимый монитор для спорта, - это похожее на Google Glass приспособление, которое идеально подходит для использования подсознательной поддержки.
Конечно, тренерам и спортсменам уже давно известно, что нужно сосредоточить свои усилия на психологической подготовке. Я связался с Стивом Магнесом, тренером по бегу в университете Хьюстона и автором книги «Наука бега: Как найти свой предел и тренироваться, чтобы максимизировать ваши показатели», чтобы спросить его об исследовании Маркоры. Это было накануне чемпионата национальной атлетической ассоциации колледжей (N.C.A.A.), и он был в отеле в штате Индиана. «Это любопытно, что вроде как подсознательный сигнал может повлиять на результат», - сказал он мне по электронной почте. Но он не был удивлен. «Это то, для чего и нужен тренер». В течение многих месяцев, Магнесс подготавливал своих бегунов к критической точке в гонке, момент, в котором усталость грозит затмить мотивацию. Он планировал посмотреть своему звездному бегуну в глаза на следующее утро и сказать ему, что он готов к этому состязанию. «Это поддержка от тренера, если она является искренней, я уверен, что она имеет больший психологический эффект, как сознательный, так и подсознательный, чем демонстрация улыбающихся лиц», - сказал он.
Источник
- Hutchinson A. What is fatigue? The New Yorker. 2014, December 12.
This chapter provides an overview of the biological roles of vitamins and minerals in support of physiological function during exercise, and it highlights the effects of reduced micronutrient status on measures of physical performance. The chapter also identifies the points at which micronutrients can affect metabolism during physical activity and outlines the effects of reduced intakes of micronutrients on physical activity.
Micronutrient Requirements for AthletesMicronutrients include vitamins, which are organic compounds, and minerals, which are inorganic elements that exist as solids; they cannot be produced by the body and thus must be consumed in food and beverages. Micronutrients form bioactive compounds, generally proteins. They are not direct sources of energy but facilitate energy production and utilization from carbohydrate, fat, and protein; transport oxygen and carbon dioxide; regulate fluid balance; and protect against oxidative damage.As shown in figure 6.1, many of the B vitamins (thiamin, riboflavin, niacin, B6, and pantothenic acid) and some minerals (iron, magnesium, copper, and zinc) are needed for the metabolism of carbohydrate into energy for muscle work. Iron, copper, B6, B12, and folate are required for red blood cell (RBC) formation and oxygen (O2) transport to muscle cells. Zinc is essential for removal of carbon dioxide (CO2) from working muscle and recycling of lactate to glucose. In the adrenal gland, vitamin C is necessary for the production of epinephrine, which acts to release free fatty acids (FFA) from adipose tissue. Niacin may block the release of FFA during exercise. Vitamins C and E, beta-carotene, and some minerals (zinc, copper, and manganese) neutralize reactive oxygen species (ROS) and prevent free radical damage in muscle and other tissues.Organic Compounds - Compounds made mostly of carbon atomsEvaluation of micronutrient needs for optimal physical performance requires concurrent assessment of nutrient intake and biochemical measures of nutritional status (Lukaski 2004). Only a limited number of investigations have met these criteria. Sole reliance on self-reported food intake to characterize nutritional status is problematic because of underreporting of food intake (Magkos and Yannakoulia 2003). Assessment of the adequacy of micronutrient intakes relies on the appropriate DRI (RDA or AI) (IOM 2003). Low micronutrient intakes generally result in subclinical deficiencies characterized by decreased biochemical indicators of nutritional status and impaired physiological function.Figure 6.2 presents an overview of how a subclinical deficiency of several minerals (zinc, iron, riboflavin, and magnesium) leads to reductions in exercise performance and markers of performance. Overt or clinical deficiency is rare without excess loss or impaired absorption (IOM 1997, 1998, 2000, 2001).NSCA’s Guide to Sport and Exercise Nutrition, published by Human Kinetics, describes how food, sport supplements, and their interactions with a client’s biological systems can enhance exercise and sport performance for optimal training, recovery, and competition. The book is available in bookstores everywhere, as well as online at the NSCA Store.
