Технологические инновации позволили врачам предлагать более качественную медицинскую помощь, а научные достижения помогли решить такие проблемы, как холод, голод и болезни. Однако прогресс создал и новые проблемы.

А позже, вследствие улучшения дорожной инфраструктуры и безопасности на дорогах, мы стали сжигать слишком мало калорий из-за отсутствия достаточной физической активности. У этой проблемы есть решение. Предположительно, в некоторых пропорциях нужно увеличить время для активных упражнений и снизить потребление жира и сахара. Изучение доказательной медицины дало мне возможность взглянуть на здоровье и другие социальные проблемы через призму науки и фактических данных.

Изучив анатомию, мы начали тему «Метаболизм и питание». Преподаватель обладал очень живым умом и на лекциях извергал настоящие потоки информации. Именно от него я впервые узнал о физиологии бега. Чтобы проиллюстрировать выработку энергии на клеточном уровне, он предложил рассмотреть в качестве примера шестидесятикилограммовую женщину, планирующую пробежать марафон. Мы рассчитали ее энергетические потребности и составили прогноз, в какой момент гонки ее организм перейдет от аэробного (с использованием кислорода) к анаэробному (без кислорода) метаболизму. Слушая лекцию, я мог представить себе эту теоретическую женщину, бегущую марафон, вообразить, как ее мышцы потребляют гликоген (соединение на основе глюкозы, которое организм использует, чтобы запасать энергию), пожирая его, словно голодная армия. Подумав о том, как она потеет и мобилизует резервы организма, я впервые взглянул на бег с точки зрения науки.

Где возникает искра движения? Она в разуме, и тогда это воля к бегу, или в мышцах, когда сокращаются мышечные волокна? Гретхен Рейнольдс пишет о своем открытии бега во время учебы в университете:

«Через несколько месяцев я могла добраться до полей, теперь уже дыша легко, и продолжала двигаться три, четыре, пять раз вокруг вспаханных прямоугольников, а затем, все еще не устав, бежала домой. На последних кварталах я иногда переходила на спринт. Без указаний о том, что им делать, мои колени поднимались, а руки двигались в такт. Я стремительно отталкивалась, чувствуя себя сильной и быстрой… Внезапно у меня появились способности к физической активности и даже грация. Мои бедра двигались с неосознанной животной красотой. Кто знал, что они так могут?» [1].

После того как Гретхен решила бежать, мерцающий каскад факторов и мессенджеров нейромоторного контроля изменил поступление кальция в клетки и вызвал сокращение актина и миозина, которые привели к движению мышц.

Скелетная 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.

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».