Усталость — в головах
Принято считать, что способность людей выдерживать продолжительную интенсивную нагрузку зависит от физиологических параметров: максимальной произвольной силы и мощности мышц и скорости наступления мышечной усталости. Когда мышечное утомление настолько сильно, что двигательные мышцы больше не в состоянии работать с мощностью, необходимой для выполнения упражнения, человек останавливается.
Время, в течение которого спортсмен может выполнять упражнение с определенной мощностью, определяют во время теста на истощение. Например, профессиональные велогонщики экстра-класса могут выдерживать нагрузку 5.5 Вт/кг в течение 50 минут, а спортсмены классом ниже — только 33 минуты.
Физиологическая модель утомления выглядит логичной, однако есть и другая, психобиологическая. Согласно этой модели, усилия, прилагаемые для достижения цели, зависят от мотивации. Когда напряжение, необходимое для выполнения теста на истощение, больше усилий, которые люди готовы приложить, они принимают решение остановиться. Чем выше мотивация, тем позже наступает волевое истощение.
Для проверки этой гипотезы нужно было сделать две вещи: выяснить, действительно ли предельно утомленные субъекты больше не могут генерировать мощность, необходимую для выполнения упражнения, и как они оценивают затраченные на это усилия. Этими исследованиями более десяти лет занимаются Самуэле Маркора и Уолтер Стайано. В начале своей деятельности они работали в Бангорском университете (Уэльс) и пригласили для испытаний регбистов из университетской команды. Исследование заняло несколько сеансов. Для начала у регбистов определили пиковое потребление кислорода и пиковую аэробную мощность, а также познакомили с тестом, определяющим максимальную произвольную мощность (МПМ). Участник садился на велоэргометр и крутил педали так быстро и сильно, как может. Нагрузку создавало сопротивление, соответствующее 7,5% массы тела. МПМ определяли как среднюю выходную мощность во время нагрузочной фазы испытания.
Во время второго визита после небольшой разминки участники выполнили тест на время до истощения. Они крутили педали на велоэргометре с нагрузкой 80% пиковой аэробной мощности до тех пор, пока скорость вращения педалей не снижалась до 40 об./мин., несмотря на активное подбадривание. Подбадриванием дело не ограничивалось, чтобы мотивировать участников крутить педали, им вручали денежные премии за три лучших результата. Достигнув истощения, испытуемые немедленно проходили тест МПМ. Это время считали 100% временем истощения.
В три последующих визита тест на истощение повторяли, однако в этих трех случаях участников останавливали в момент 25, 50 или 75% времени, определенного во время второго визита. Сразу после остановки испытуемые проходили тест МПМ, а также оценивали воспринимаемую нагрузку по шкале Борга 6-20.
Как и следовало ожидать, после выполнения теста на истощение, который длился в среднем 10,5 минут, физиологические параметры спортсменов изменились. Изометрическая сила мышц уменьшилась, частота сердечных сокращений составляла в среднем 183 ударов в минуту, концентрация лактата в крови увеличилась в 2,5 раза. Участники действительно выкладывались по полной. МПМ уменьшилась примерно на треть, с 1075 до 731 Вт, однако все равно почти в три раза превышала мощность, необходимую для выполнения упражнения — 242 Вт. За 3 – 4 секунды, прошедшие между двумя тестами, она не могла вырасти с 242 до 731 Вт. Но если испытуемые могли развить мощность 731 Вт в течение 5 с сразу после истощения, они были в силах продолжать тест на истощение гораздо дольше.
Спустя несколько лет Самуэле Маркора с коллегами воспроизвел
эти результаты в иных условиях — частота вращения педалей велоэргометра была фиксированной и составляла 60 об./мин. Однако и в этом случае МПМ после теста на истощение оставалась более чем достаточной для продолжения упражнения.
Сходный феномен описали и другие авторы, которые исследовали работу отдельных мышечных групп: мышц-сгибателей локтя, в том числе их изометрические сокращения, и тыльных сгибателей стопы. Несмотря на мышечную усталость, максимальная произвольная мощность, измеренная после теста на истощение, была выше необходимой для выполнения задачи.
Но если не мышечная усталость ограничивает людей, то что? По-видимому, дело в том, как участники воспринимают затраченные усилия. Маркора и Стайано полагают, что предельное утомление — это форма отказа от продолжения физической нагрузки, которую, по их мнению, они больше не могут выдержать. Действительно, в ходе выполнения теста на истощение оценка воспринимаемой нагрузки по Боргу росла и в конце была почти максимальной. Таким образом, главным оказывается не реальное утомление двигательных мышц, а восприятие этого утомления.
Но если они не в силах продолжать, то почему показывают такие высокие результаты в тесте МПМ? По мнению Маркоры, причина и здесь психологическая. Испытуемые знали, что тест на максимальную мощность продлится всего 5 секунд, и это знание мотивировало их прилагать дополнительные усилия. А продолжительность теста на истощение не определена, участники сами решают, когда заканчивать. Этот вывод подтверждают и исследования специалистов Эссекского университета, которые показали, что люди демонстрируют истинную максимальную произвольную мощность, когда ожидаемая продолжительность теста не превышает 30 секунд.
Противники психобиологической модели могут возразить, что, помимо мышечной усталости, есть и другие физиологические причины для прекращения высокоинтенсивных аэробных упражнений. Например, боль и жжение в активных мышцах, настолько сильные, что нет сил терпеть. Эта гипотеза довольно популярна, но должным образом не доказана. Самуэле Маркора с коллегами проверил и ее.
В этом эксперименте участвовало 12 здоровых, молодых людей. Они проходили холодовой тест на боль — опускали ведущую руку в ледяную воду температурой 0,1 - 0,3° С и держали, сколько вытерпят, но не более 10 минут, а затем оценивали силу боли по 10-балльной шкале, где 0 — «неприятно», а 10 — «очень неприятно, почти невыносимо». Участники выдерживали в воде 6 – 7 минут, и руки у них болели на 9,7 ± 0,4 балла. Боль в мышцах после теста на истощение на велоэргометре они оценили всего в 5,0 ± 0,9 балла. Следовательно, мышечная боль, как и мышечная усталость, хотя и неприятна, не служит достаточным основанием для прекращения высокоинтенсивных упражнений у здоровых взрослых, раз они могли вытерпеть гораздо более сильную боль, сунув руку в ледяную воду. Очевидно, дело все-таки в восприятии усилий, оценка которых по шкале Борга и в этом испытании близка к максимальным значениям.
Восприятие усилий, которое влияет на время до истощения, порой вообще не зависит от сигналов, поступающих от скелетных мышц. На него влияют психологические факторы: депривация сна, психостимуляторы, наличие соперника, денежное вознаграждение или умственная усталость.Умственная усталость — это ощущение усталости и отсутствия энергии, возникающее после интенсивной когнитивной деятельности. Чтобы проверить, как она влияет на физические показатели, Самуэле Маркора с коллегами заставил испытуемых, 16 молодых мужчин и женщин, перед тестами на велотренажере пройти полуторачасовой AX-непрерывный тест производительности. Его используют как раз для того, чтобы вызвать умственную усталость. На экране появляются буквы, которые надо сортировать нажатием кнопок. Букву А требуется отличать от буквы Х, а эти буквы – от всех остальных. Чтобы стимулировать участников работать как следует, им обещали денежную премию за лучший результат. Контрольная группа полтора часа смотрела документальные нейтральные фильмы о Восточном экспрессе и об истории Феррари. Люди, проходившие АХ-тест, устали, к концу работы их показатели ухудшились: в первые 15 минут доля правильных ответов составляла почти 95%, в последние четверть часа – 89%.
После сидения за компьютером испытуемые шли на велотренажер, и время до истощения в контрольной группе составляло 754 ± 339 секунд, а в группе тестирования только 640 ± 316 секунд. На работу сердечно-сосудистой системы умственное утомление не повлияло, однако сказалось на восприятии усилий, необходимых для высокоинтенсивных упражнений на велоэргометре. Участники с умственным утомлением достигали максимального уровня воспринимаемой нагрузки раньше, чем в контрольной группе.
При выполнении АХ-теста теста активируется передняя поясная кора (область префронтальной коры), которая также влияет на производительность при выполнении физических упражнений. Ее активность связана и с восприятием физической усталости, поэтому умственно утомленные субъекты быстрее устают физически.
Итак, результаты исследования Самуэле Маркора и его коллег, позволяют предположить, что при высокоинтенсивных упражнениях физические возможности людей ограничивает не усталость двигательных мышц и мышечная боль, вызванная физическими упражнениями, а восприятие усилий. Этот вывод не следует интерпретировать как утверждение, что усталость и боль в двигательных мышцах не влияют на выносливость. Безусловно, влияют и снижают время истощения. Но одно не противоречит другому.
Когда мышцы устают, активность премоторных и моторных областей коры должна увеличиваться, чтобы мышцы продолжали работать с необходимой мощностью, и эта адаптация к мышечной усталости воспринимается как увеличение усилий. Иными словами, утомление двигательных мышц влияет на выносливость не прямо, а косвенно. Любой фактор, психологический или физиологический, который изменяет восприятие усилия, потенциально может повлиять на показатели выносливости, даже если не затрагивает утомление двигательных мышц. Примером такого фактора служит умственная усталость.
Мышечная боль, вызванная физическими упражнениями, также может влиять на выносливость через восприятие усилия. Преодоление мышечной боли, вызванной физическими упражнениями, скорее всего, требует тормозного контроля — когнитивного процесса, который связан с субъективным ощущением усилий и может вызывать умственную усталость, повышенное восприятие усилия и снижение выносливости. Кроме того, другие виды боли, возникающие во время соревнований на выносливость (например, болезненные волдыри, боль в суставах или сухожилиях или отсроченная болезненность мышц), могут стать невыносимо неприятными и заставить спортсмена прекратить гонку.
Связь высокоинтенсивных аэробных упражнений и восприятия усилий нужно тщательно исследовать, потому что это знание может помочь спортсменам улучшить результаты.
