мышца тянется от сухожилия к сухожилию. Различные волокна сталкиваются с целым рядом задач, от малозатратных видов деятельности, таких как ходьба и сидение в вертикальном положении, до мощных взрывов высокоамплитудной работы, таких как прыжки или поднятие тяжестей [2].
На первом году в медицинской школе мы изучали физиологию дыхания, кровообращения и механическое действие армии молекулярных машин, которые двигают наши тела. Организм должен быстро и точно адаптироваться к изменениям в потребности в кислороде, синтезе кислот и выделении тепла. Преподаватели показали нам уравнения минутного объема кровообращения (МОК), объяснив, что это функция частоты сердечных сокращений и систолического объема. МОК увеличивается во время физической нагрузки и обычно становится ограничивающим фактором при определении максимального потребления кислорода человеком (VO2 max [7]). VO2 max часто обсуждают в беговых кругах, он считается самым наглядным показателем тренированности сердечно-сосудистой системы. VO2 max определяется генетикой и активностью в детстве, но его можно улучшить целенаправленными тренировками.
Критический фактор, который определяет VO2 max – систолический объем, – это количество крови, которое поступает в организм за один удар сердца. Спортсмены говорят о своей частоте сердечных сокращений со знанием дела. Пониженная – маркер аэробной тренированности, поскольку под влиянием тренировок сердце становится больше и сильнее, что и увеличивает систолический объем. Поэтому оно может прокачивать столько крови, сколько нужно организму, делая от пятидесяти до шестидесяти ударов в минуту. Чтобы выполнить ту же работу, более слабому сердцу придется сокращаться от семидесяти до девяноста раз в минуту.
Для доставки кислорода в тело кровь должна пройти через легкие и забрать его там. Систолический выброс высокоэффективного спортсмена может быть почти вдвое выше, чем у менее активного человека. Таким образом, когда через сердце спортсмена проходит до сорока литров крови каждую минуту, эритроциты молниеносно перемещаются по кровеносным сосудам легких. Кажется почти немыслимым, что, пока они прорываются через крошечные легочные капилляры, у крови остается время, чтобы набрать кислород. Но перенос крови через альвеолы (крошечные воздушные мешочки) легких настолько прекрасно организован, что даже при интенсивных нагрузках организм может поддерживать уровень кислорода и углекислого газа в крови на уровне, необходимом для жизни.
Способность крови переносить кислород также влияет на конечную величину VO2 max человека. Вот почему спортсмены занимаются кровяным допингом. Удаляя, сохраняя, а затем повторно вводя эритроциты, они могут искусственно увеличить способность крови переносить кислород. Таким образом мошенники могут увеличить свой VO2 max на 9 % [3].
Вы можете проверить свой VO2 max, но приготовьтесь страдать. Во время бега на дорожке или езды на велотренажере вам придется продвигаться вверх по кривой поглощения кислорода за счет увеличения интенсивности и скорости нагрузок, пока не достигнете точки, в которой, несмотря на повышающуюся нагрузку, поглощение кислорода вашим телом начнет снижаться, потому что оно не сможет работать лучше. Это и будет ваш VO2 max. Он измеряется в миллилитрах поглощаемого кислорода в минуту, поделенных на вес (измеренный в килограммах), это позволяет сопоставлять уровни потребления кислорода людьми разных размеров. Средний уровень VO2 max для нормального тридцатилетнего мужчины – около 36 мл/мин./кг и со временем, примерно до 30 к шестидесяти пяти годам, снижается. У женщин за это же время он снижается с 30 до 22 мл/мин./кг.
Еще один важный показатель – анаэробный (лактатный) порог. Это уровень поглощения кислорода (VO2), при котором в мышцы начинает поступать молочная кислота (лактат) [8]. Большинство элитных спортсменов соревнуются при нагрузках чуть ниже своего анаэробного порога, который коррелирует примерно с 75 % VO2 max.
Наши мышцы состоят из медленносокращающихся и быстросокращающихся волокон. Первые могут работать в течение длительного времени, когда организм выполняет низкоинтенсивную работу на выносливость. Вторые обеспечивают мощные взрывные движения.
В разных мышцах тела соотношение медленно– и быстросокращающихся волокон различно. Упражнения могут изменить пропорции в конкретной мышце.
Физические упражнения серьезно влияют на сердце и систему кровообращения. У тренированных спортсменов левый желудочек – часть сердца, отвечающая за перекачку крови по всему телу, – больше, и, хотя такие сердца могут выглядеть на рентгеновских снимках даже слишком большими, они прекрасно функционируют. Становятся намного больше и сами волокна сердечной мышцы, что приводит к гораздо более сильным сокращениям. Суммарный эффект сильных мышечных клеток и увеличенного систолического выброса приводит к увеличению МОК, что позволяет сердцу спортсмена во время интенсивной активности отправлять в мышцы огромное количество крови [4].
Транспортировка насыщенной кислородом крови становится более эффективной отчасти потому, что физические упражнения стимулируют рост новых капилляров в мышцах. Физические упражнения – лучшее лечение нарушений артериального кровотока под общим названием «заболевания периферических артерий», потому что эти новые растущие кровеносные сосуды создают обходные пути для участка с нарушенным кровообращением.
Сосудистый хирург, с которым я учился, сравнивал эту систему с автомобильным трафиком. Вот что он сказал шестидесятитрехлетнему мужчине, чьи ноги из-за нарушения кровотока периферических артерий стали холодными и сильно болели: «Если на одной дороге слишком много машин, вы строите больше полос или других дорог, чтобы обойти трафик, – вот что упражнения делают с вашими артериями».
Однажды преподаватель опоздал на урок физикального осмотра в здании через дорогу от больницы. Он появился на пороге красный и тяжело дышал. «Наверное, я не в форме», – сказал он, пытаясь отдышаться.
Многим из нас приходилось тяжело дышать после нескольких лестничных пролетов. Однако потом многие обнаруживали: после некоторого времени тренировок та же нагрузка кажется намного легче. Легкие становятся более мощными от физических нагрузок. Им нужно меньше работать, чтобы переместить такое же количество кислорода или углекислого газа. Это приводит к улучшению ключевого показателя VO2 max. Физические упражнения позволяют нам распределять по всему телу и использовать большее количество кислорода [5].
Тренировка на выносливость вызывает образование большего количества более крупных митохондрий той части клетки, которая помогает высвобождать энергию из питательных веществ. Тренировки расширяют капиллярное русло, снабжающее мышцы, увеличивают способность скелетных мышц накапливать гликоген и улучшают способность использовать жир в качестве источника энергии [6].
Еще один механизм, который играет определенную роль, – аутофагия, процесс, посредством которого клетки разрушают свои поврежденные части.
Физические упражнения намного усиливают аутофагию в скелетных мышцах и других тканях.
Генетически модифицированные мыши со сниженной способностью к аутофагии гораздо хуже приспособлены к физической нагрузке [7]. То есть после того, как физические упражнения создают стресс для организма, этот стресс побуждает его
