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 избавляться от плохо функционирующих компонентов, что, в свою очередь, улучшает все функции в целом.
Еще один механизм, с помощью которого физические упражнения делают нас сильнее на молекулярном уровне, – снижение окислительного стресса, разновидности воспаления, способного вызывать повреждения клеток и ДНК. У лабораторных мышей, вследствие мутации лишившихся способности контролировать окислительный стресс, появлялись признаки преждевременного старения, и животные умирали молодыми. Но если им создавали условия для физической активности, признаки старения почти исчезали, и животные жили нормальной жизнью.
Парадоксально, но физические упражнения снижают окислительный стресс в клетках, вызывая выработку активных форм кислорода, например супероксида.
Ответом на эти опасные оксиданты становится стимуляция важных антиоксидантных ферментов, которые защищают клетки от подобного повреждения. Такие ферменты после тренировки еще долго остаются на повышенном уровне, обеспечивая организму дополнительную защиту от повреждения белков и ДНК. Упражнения на выносливость приводят к подобным реакциям во всех основных отделах клеток нашего организма [8].
Последний и увлекательный способ, которым упражнения изменяют тело, – это секреторная и сигнальная функция мышц. Только в последние двадцать лет мы поняли, что мышцы выделяют в кровоток сигнальные факторы, называемые миокинами.
Мышцы – это самый крупный орган тела, который во время пиковой нагрузки потребляет до 80 % минутного объема кровообращения. Мышцы позволяют животным функционировать и выживать. Когда возникает потребность в их большем количестве, сама мышца может вызывать каскады изменений в организме, высвобождая миокины, которые прикрепляются к рецепторам печени, поджелудочной железы, костей, иммунной системы, мозга и самой мышечной ткани [9].
Некоторые дни в медицинской школе казались марафоном. За целыми днями лекций и лабораторных занятий следовали часы в библиотеке. Первые два года мы проводили там почти каждые выходные. В последние два года проходили клиническую ротацию, проводя по месяцу в отделении общей хирургии, педиатрии или психиатрическом. Я знал, что хочу работать в области первичной медико-санитарной помощи.
Я флиртовал с экстренной медициной, но мое внимание было сосредоточено на глобальном здравоохранении и здоровье бездомных.
Я видел, как мои бездомные пациенты страдали от алкогольной и опиоидной зависимостей, а также от ВИЧ и других инфекционных заболеваний, несоразмерно чаще по сравнению с другими группами населения.
Однажды мой руководитель попросил встретиться с ним в приюте на Джордж-стрит, в нескольких кварталах от больницы Святого Михаила. Ситон-Хаус – крупнейший мужской приют в Торонто. Я вышел из своей квартиры недалеко от Итон-центра, повернул налево на Дандас-стрит и оказался в другом мире. Во время следующих посещений приюта я понял, что в центре самого богатого города Канады люди страдали патологиями, которые были бы уместны в развивающейся стране или в более раннюю эпоху. Я диагностировал и лечил пациентов с туберкулезом, окопной стопой[9], неконтролируемым ВИЧ, абсцессами от употребления инъекционных наркотиков и терминальными заболеваниями печени. Я все еще стремился работать в области глобального здравоохранения, но теперь узнал, что мне не нужно выходить за пределы городской Канады, чтобы найти пациентов. Специалисты в области ВИЧ и наркомании, с которыми я работал в первые годы обучения, вдохновили меня и направили на путь нынешней работы.