О влиянии головного мозга на спортивный результат и как «рождается» усталость

12.05.2016

За последние пару десятилетий наше понимание природы физической усталости во время тренировок и соревнований значительно изменилось. Вся эта тема начала активно изучаться другими, смежными со спортивной, науками, где наибольший вклад в понимание усталости внесла нейробиология. Благодаря нейробиологии, мы узнали много нового о работе человеческого мозга и его нервной системы, в том числе и во время нагрузки.

Казалось бы, причем здесь мозг, нервная система и непосредственно бег и все, что с ним связано? Только многие возможно не помнят, или не знают, что каждое (еще раз повторю - КАЖДОЕ) движение начинается в нашей голове. Ноги бегут не сами по себе – мы подаем им сигнал по нервным импульсам, благодаря чему мышцы сокращаются с той частотой и силой, с какой мы захотим.

Очевидно, спортивный результат тем выше, чем позже наступит физическая усталость. Но, вопреки распространенному мнению, усталость рождается не в наших ногах, и современное представление о природе усталости важно еще потому, что позволит совершенного с иного угла взглянуть на весь тренировочный процесс. Как очевидно из названия статьи, все процессы в нашем организме, в том числе контроль состояния утомления происходят в головном мозге.

Вопрос понимания вклада ЦНС в спортивный результат настолько игнорируется в нашей стране, что это действительно, представляет большую методическую «черную дыру». Западные атлеты тренируют не только сердце и ноги, но не меньшее значение уделяют тренировке своего мозга и психики. «Ментальные тренировки» там проводятся столь же часто, сколь и мы, к примеру, выполняем СБУ. Дело в том, что там поняли огромный потенциал, с крытый в головном мозге, и уделяют этому большое внимание. Видимо поэтому, я решил написать небольшой цикл статей, посвященный работе головного мозга во время соревнований и нагрузки, это немного поможет пролить свет на то, почему так важно заниматься «mental training».

Вообще, за последние десятилетия было много попыток понять и объяснить причины усталости, что давало новую информацию для размышления и толчок для развития методики тренировок. Усталость сейчас понимается как сложная интегрированная модель, неразрывно связанная с работой головного мозга и человеческими эмоциями.

В 2012 году Тим Ноакс опубликовал исследовательский материал, где он подвел итог и объяснил, что усталость можно понять не столько научными данными и многочисленными измерениями, а прежде всего ощущениями спортсмена, его эмоциями и психологической устойчивостью во время соревнований, когда ему становится тяжело.  

Сдвиги в гомеостазе

С момента своего первого появления (2007 год) эта модель, или идея, была многократно доказана и уточнена. Смысл в том, что мозг контролирует каждое упражнение, не позволяя нам доводить себя до катастрофического состояния. Как я обсуждал в одной из статей, раньше считалось, что усталость (например, падение скорости бега на соревнованиях), может быть вызвана несколькими причинами. Классический пример – накопление молочной кислоты в мышцах приводит к падению скорости бега.

Но интегрированная модель переворачивает с ног на голову наше представление об этом явлении, и утверждает, что «продукты усталости» непосредственно не являются причиной усталости. Они работают по принципу обратной связи, мозг использует их, чтобы регулировать состояние утомления. В качестве примера можно привести следующий  - во время бега в жару температура тела сильно растет, и мозг посылает информацию и отключает часть мышечных волокон, что замедляет нашу скорость и не дает перегреваться дальше.

Представим мозг как предохранительный механизм, который контролирует, чтобы организм не отклонялся слишком сильно от привычного режима работы. То есть главная задача мозга как предохранительного механизма – это избегать повреждения организма, вызванные чрезмерными нагрузками. В любой момент, когда мы заходим слишком далеко (происходят сильные сдвиги в гомеостазе), мозг включает защитные механизмы и интенсивность нагрузки непроизвольно падает.

Это явление может быть вызвано множеством причин – например критическое снижение запасов гликогена в крови, слишком высокая температура тела, упал уровень оксигенации головного мозга. Но независимо от механизмов нарушения равновесия, всегда есть какой то лимит (по уровню гликогена, степени закисления мышц и т.д.), достигнув которого, наш мозг включает «стоп-кран». Но плюс в том, что мы можем сдвигать эти лимиты, достигнув которые в голове включается «стоп-кран», с помощью целенаправленных тренировок.

Что еще более интересно, мозг работает упреждающим способом. Например, он не ждет, когда температура тела во время бега в жару достигнет критических, опасных для жизни значений, и только потом включает защитные механизмы. Он, как только температура тела начинает угрожающе расти, проводит ряд вычислений, и заранее тормозит нас, пока температура тела не достигла опасных значений.

Классический пример из мира марафонов. Наш темп снижается еще задолго до того, когда мы исчерпываем все запасы углеводов в организме, поскольку мозг не может работать бег углеводов.

Далее хочу рассмотреть, как мозг контролирует комплексный процесс утомления. Мы узнаем, как мозг начинает себя вести во время изнурительных беговых тренировок. Как работает принцип обратной связи и как эта информация обрабатывается мозгом. Но самое главное, увидим, как наше восприятие боли во время предельной нагрузки контролируется мозгом, регулируется морально-волевыми качествами и позволяет оставаться в рабочем состоянии.

Мозг во время нагрузки

Не так давно начались первые исследования, где нейробиология начала изучать процессы, происходящие в нашем мозге во время и после упражнений. Эта область активно пополнялась знаниями, и сейчас у нас есть определенное понимание происходящих в мозге во время бега процессов.

Одним из способов понимания роли мозга является анализ того, как меняется восприятие окружающей действительности во время нагрузки. Исследование Андо (2012 год) дает представление о работе мозга при сильном утомлении. Изучалось восприятие визуальной информации во время непрерывной нагрузки. Ученые измеряли время реакции на раздражитель, воспринимаемый периферическим зрением во время нагрузки. В то время, как интенсивность непрерывной нагрузки составляла 75% от МПК, время реакции периферического зрения на внешний раздражитель падало. И если реакция прямого зрения оставалась неизменной, то в этот же момент периферическое зрение начало «тормозить».

Мало того, поле зрения начинало сужаться во время интенсивной нагрузки. Можно представить, что мозг говорит: «нам необходимо бережно расходовать энергетические ресурсы и концентрироваться только на том, что впереди и прямо от нас, и игнорировать все, что происходит по сторонам, поскольку восприятие и фильтрование этой информации слишком энергозатратный процесс».

Но самое интересное заключается в том, что у более выносливых атлетов это явление наблюдается в намного меньшей степени. Отсюда можно сделать вывод, что чем выносливее атлет, тем меньше во время тяжелой нагрузки у него замедляется время реакции на внешний раздражитель и обработки этой информации. И тот факт, что в условиях гипоксии снижается время визуальной реакции на что-либо, видимо согласуется с этой идеей.

Результаты этого исследования подтверждаются и на практике. Вспоминаю себя во время тяжелейших соревнований – поле видения очень узкое, по сторонам ничего не видно. Аналогичную, но еще более серьезную картину описывал чемпион СССР по кроссу, где во время победного забега финишные триста метров он добегал практически по звуку. Также по себе заметил, что именно на средних дистанциях, например на полторашке, максимально выключается периферическое зрение, видимо из-за высокой интенсивности, и при этом достаточной продолжительности.

Я отчетливо помню несколько соревнований (да и каждый пожалуй вспомнит), когда абсолютно не слышишь, как хронометристы отсчитывают круги, как громким голосом болеют за тебя с трибуны знакомые. Но в этот же момент я каждый круг мог видеть и слышать своего тренера, несмотря на то, что он стоял в окружении других, тоже не молчащих тренеров. По-видимому, в этот момент наш мозг самостоятельно фильтрует аудиальные и визуальные стимулы, отбрасывая лишние и концентрируясь на самых важных.

Эти примеры из нашей спортивной жизни отлично согласуются с концепциями из нейробиологии. Там доказано, что мозг сам устанавливает приоритеты в информации и внешних стимулах, которые он должен обработать. Во время соревнований мозг обрабатывает информацию о внутреннем состоянии, то есть что в данный момент происходит с мышцами, сердцем, какое давление и т.д., и в этот же момент мозг сосредоточен на всем, что происходит вокруг него во время забега.

Кроме того, в научных кругах есть мнение, что у бегунов, имеющих хороший соревновательный опыт, частично прирост результата обусловлен тем, что мозг учится хорошо фильтровать информацию: что важно сейчас, во время забега, а что можно в данный момент игнорировать.

Если заглянуть внутрь нашего мозга на его активность и кровоток в различных его частях, то можно понять, почему во время нагрузки так меняется наше восприятие действительности и как мозг способен регулировать не только нашу работоспособность, но и реагирует на нарушения гомеостаза. Сложность изучения мозга во время нагрузки связана с ограниченностью приборов, способных измерять мозговую активность и кровоток в отдельных областях. Но, несмотря на сложности в измерениях, то, что обнаружили ученые, вызывает интерес. Они нашли, как наш мозг воспринимает и обрабатывает информацию в состоянии утомления.

Ведущим исследователем в этой области стал Хитли, опубликовав пару интересных исследований. Он придумал сканировать активность головного мозга с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии, во время которой испытуемый вращает педали ручного велоэргометра. Он нашел, что некоторые участки мозга были активны только до принятия решения «я сдаюсь, больше не могу», то есть когда испытуемый уже не мог поддерживать необходимую мощность работы. Обнаружено, что в это время некоторые участки коры головного мозга и таламус проявили повышенную активность, благодаря чему были сделаны выводы:

В соответствии с другими исследованиями, в которых изучались ощущения и явления в мозге, которые предупреждают о резком гомеостатическом дисбалансе, таком как кислородное голодание, обезвоживание, боль, мы также обнаружили увеличение активности в определенных участках мозга во время работы на ручном эргометре до отказа. Это может отражать гомеостатический дисбаланс в работающих мышцах и иметь решающее значение в ситуации с отказом поддерживать заданную нагрузку и быть ключевым фактором поддержания сохранности организма.

Простыми словами, в таком простом упражнении, как работа на ручном эргометре утомление было вызвано желанием (или командой) головного мозга поддерживать гомеостаз.

Хочется еще добавить, что в нашей стране в последние десятилетия активно применялись в спорте психотропные вещества или стимуляторы, которые отключают вышеназванные участки головного мозга. Мы не раз видели спортсменов, даже на уровне чемпионатов страны, когда они были неспособны финишировать, или доползали до финиша на корточках. Это и есть то самое состояние, когда «синтетика» отключает вышеописанные «предохранители» в голове.  Это явление многократно повышает риск получить настолько сильные, даже необратимые сдвиги в гомеостазе, что можно остаться больным человеком или инвалидом пожизненно.