Как забраться на Эверест без кислородных баллонов? Как кислород влияет на спортивные возможности и почему кенийские бегуны такие быстрые?
В марте в издательстве «МИФ» вышла книга «Выносливость» Алекса Хатчинсона – известного спортивного журналиста, в прошлом – бегуна на длинные дистанции и члена сборной Канады.
Алекс был одним из двух репортеров, получивших доступ к проекту Nike Breaking2, где команда ученых помогала спортсменам пробежать марафон менее чем за 2 часа. В ходе проекта Хатчинсон посещал высокотехнологичные лаборатории по всему миру и изучал пределы выносливости. Именно об этом его книга – большое исследование психологических и физических аспектов подготовки. Он пишет об ограничениях разума, влиянии кислорода, тепла, жажды и боли.
Публикуем отрывок из главы «Кислород».
Кислород и Эверест
«Никого не прельщает перспектива стать овощем». Именно этот страх преследовал участников экспедиции ясным майским вечером 1978 года, когда Рейнхольд Месснер, дыша разреженным воздухом Южного седла Эвереста на высоте 7924,8 м над уровнем моря, надиктовывал заметки на миниатюрный диктофон. Он и его партнер по восхождению Питер Хабелер втиснулись в обледенелую палатку, внутри которой лежали груды снега в ожидании, когда их растопят слабым пламенем горелки, и смерзшиеся намертво спальные мешки. Обсуждая планы штурма вершины, намеченного на следующее утро, альпинисты вели довольно бессвязный диалог.
– Вот что я скажу, – заявил Хабелер. – Я поверну назад прежде, чем начну сходить с ума.
– И я тоже!
– Если я замечу симптомы повреждения мозга, я остановлюсь.
– Если начнет теряться речь, мы заметим нарушение равновесия либо что-то в этом роде, мы, безусловно, должны повернуть назад, – согласился Месснер.
С географической точки зрения их путешествие не было шагом в неизвестность. К этому времени уже шестьдесят мужчин и две женщины достигли вершины Эвереста, следуя по стопам Эдмунда Хиллари и Тенцинга Норгея, совершивших первое восхождение в 1953 году. Но все они использовали дополнительный кислород, что, по мнению Месснера, умаляло их заслуги и портило впечатление.
«Даже самые высокие горы сжимаются, если их осаждают сотни носильщиков, атакуют с крючьями и кислородными аппаратами, – утверждал он. – С помощью кислородного баллона альпинист опускает Эверест до уровня шеститысячника».
Поэтому они с Хабелером решили попытаться обойтись без дополнительного кислорода: посмотреть, как далеко может зайти человек сам. «Я хочу карабкаться до тех пор, пока либо не достигну вершины горы, – писал Месснер, – либо не смогу идти дальше».
У обоих были веские основания для опасений: уже более полувека никому не удавалось преодолеть высоту, достигнутую Эдвардом Нортоном в 1924 году без кислорода. Физиологи обсуждали, что нужно сделать, чтобы преодолеть последние 300 м, и их выводы не слишком обнадеживали.
В 1929 году выдающийся итальянский ученый Родольфо Маргария провел серию изнурительных экспериментов над собой и тремя студентами: они крутили педали велотренажера в барокамере при постепенно понижающемся давлении. Анализируя данные, ученый обнаружил, что они могут не продолжать работать, когда давление упадет до 300 мм рт. ст.
Поскольку расчетное давление на вершине Эвереста составляло 240 мм рт. ст., он пришел к выводу, что достичь его без кислорода невозможно. Десять лет спустя аналогичный анализ, проведенный Янделлом Хендерсоном в Йельском университете и основанный на исследовании состояния акклиматизированных альпинистов из научных экспедиций на вершины по всему миру, привел к тем же выводам: вблизи вершины «скорость восхождения должна приближаться к нулю – иными словами, минимум прогресса за неограниченное количество времени».
Личность Рейнхольда Месснера, бородатого упрямого итальянца из немецкоязычной провинции Южный Тироль, уже вызывала много споров в альпинистских кругах. В своей первой гималайской экспедиции он и его брат Гюнтер проложили новый маршрут к вершине Нанга-Парбат, девятой по высоте (и одной из самых смертоносных) горе в мире. Но Гюнтер, страдавший горной болезнью, погиб под ледяной лавиной, и другие члены экспедиции позже обвинили Месснера (который из-за обморожения потерял семь пальцев на ногах) в том, что жажда славы была для него важнее безопасности своего брата. Сам Месснер это обвинение отрицает.
Больше о беге, триатлоне, тренировках, питании и спортивной медицине – в разделе «Здоровье»
Рейнхольд был давним сторонником «альпийского стиля» восхождения (основное отличие альпийского стиля в том, что группа, выходя на восхождение, берет все необходимое с собой – прим.ред.), поддерживал использование легкого снаряжения при быстрых восхождениях маленькими, самодостаточными командами, а не «осадной тактики» больших экспедиций (при «осадной тактике» (гималайский стиль) заранее устанавливается цепочка лагерей, куда заносятся продукты и снаряжение, а также кислород, если он есть – прим.ред.). В 1975 году он и Хабелер завершили первое восхождение в «альпийском стиле» на вершину Гашербрум I (8080 м) без кислорода всего за три дня.
Следующая большая цель была ясна, и Месснер с Хабелером остановились на девизе «Эверест по-честному» – только так. Шумиха в прессе вокруг этой попытки (еще один талант Месснера, который раздражал коллег-альпинистов) вызвала множество дискуссий. По сообщению газеты New York Times, эксперты «почти единодушно объявили восхождение без кислорода верным самоубийством» (все не так страшно: перед восхождением Месснер поднялся на самолете на 9000 м без кислородной маски, так что самоубийцей он не был).
Но не все были так скептически настроены. За несколько дней до своего полета в Непал Месснер получил письмо от сына Эдварда Нортона: «Безусловно, мой отец верил, что при благоприятных условиях Эверест можно покорить и без кислорода».
Это уточнение – «при благоприятных условиях» – было крайне важным. Все альпинисты, совершающие восхождение в Гималаях, очень быстро понимают, что погода и снежные условия так же важны, как физическая подготовка и акклиматизация. Во время их первого подъема на вершину Хабелер получил пищевое отравление в лагере-III и был вынужден спуститься; Месснер шел вперед с двумя шерпами, но затем их накрыл сильный шторм на Южном седле, и они оказались заперты в своей палатке на два дня. Она еле выдерживала порывы ветра до 200 м/с, температура упала до –40 °С. К тому времени, когда Месснер и Хабелер более чем через две недели вернулись на Южное седло, чтобы в последний раз попытаться взойти, они сами уже начали сомневаться в собственной цели.
Утро 8 мая предсказуемо выдалось ветреным и пасмурным. Альпинисты одевались два часа, а когда вылезли из палатки, им в лицо ударил заряд мокрого снега. Они все равно решили идти, но снег становился глубже, и в конце концов им пришлось карабкаться вверх по сложным голым скальным выступам.
Говорить было трудно, и они общались на языке жестов, царапая на снегу ледорубами надписи или стрелки, указывающие вверх или вниз. Когда они достигли последнего участка, прошло уже восемь часов. Они едва двигались вперед, ползли, падали в снег, чтобы отдохнуть, каждые десять-пятнадцать шагов. Наконец, дрожа от волнения, со слезами на глазах хватая ртом воздух, они оказались на вершине. Вот как Месснер описывал этот момент: «Я всего лишь узкое, задыхающееся легкое, плывущее над туманами и вершинами гор».
Успешное восхождение заставило физиологов пересмотреть теоретическую базу. Стало очевидно, что совершить такой подвиг возможно. Три года спустя крупная исследовательская экспедиция на Эверест измерила физиологические реакции участников на всем пути к вершине; в другом исследовании восемь добровольцев провели сорок дней в барокамере, полностью имитируя восхождение на Эверест, в то время как их толкали, подгоняли и доводили до изнеможения.
Новые данные показали: неудивительно, что восхождение Месснера и Хабелера без кислорода действительно было возможно, но потребовало серьезных усилий. Вскоре этот подвиг повторили и другие (согласно Гималайской базе данных, к июню 2016 года было совершено 197 бескислородных восхождений из 7646, выполненных 4469 альпинистами), включая самого Месснера, который в 1980 году вернулся, чтобы совершить одиночное восхождение со стороны Тибета.
Однако, с точки зрения физиологов, способность людей выживать в разреженном воздухе только по случайному совпадению достигла своего абсолютного предела в самой высокой точке планеты. «Если какой-нибудь эволюционный биолог сможет придумать причину этого, – писал в Annals of the New York Academy of Sciences в 2000 году Джон Уэст, опытный физиолог, занимающийся проблемами выживания на высоте, – было бы очень интересно узнать об этом». Совпадения, конечно, случаются. Приближение финиша и других конечных точек влияет на механизмы безопасности организма, и я не могу не заподозрить, что, если бы тектонические силы поставили перед нами пик высотой 9000 м вместо Эвереста (8848 м), кто-то поднялся бы и на него без дополнительного кислорода.
Кислород и тренировки на разной высоте
В январе 2013 года, в разгар лета, в Австралии, где мы тогда жили с женой, я начал готовиться к своему первому марафону. Я серьезно занимался бегом уже больше двадцати лет за вычетом нескольких перерывов, так что хорошо представлял себе, как буду реагировать на тренировочный режим. У меня были отличная группа, прекрасный тренер и дополнительная мотивация – я собирался писать о своем опыте в журнал Runner’s World, поскольку, помимо прочего, тестировал протокол тренировок на выносливость мозга Сэмюэля Маркоры.
Из-за случившейся прошлой осенью болезни моя спортивная форма оставляла желать лучшего, поэтому в марте я решил проверить, на что способен, и спокойно пробежать полумарафон. Секундомер на финише показал 1:15:08 – не ужасно, хотя я немного расстроился. В тридцать семь лет я уже не был в расцвете сил, но еще несколько лет назад мне удавалось показывать близкое к этому время на темповых тренировках средней напряженности. Очевидно, мне еще нужно было поработать, чтобы подготовиться к большому забегу.
Месяц спустя, окрепший и подтянутый, я снова попробовал силы в полумарафоне, чтобы окончательно настроиться. На этот раз все прошло гладко: я чувствовал себя хорошо, держал темп и закончил гонку, зная, что бежал в полную силу. Я показал результат лучше – 1:12:55, – но ненамного. На этот раз мне было труднее найти оправдание. Я три месяца набирал километраж и упорно тренировался, хоть и не лез из кожи вон, у меня не было ни серьезных травм, ни сбоев в тренировках. Если бы вы попросили меня примерно оценить время перед стартом, я бы сказал: 1:10:00. Я был подавлен, но в конце концов (и это преимущество помешанного на научном подходе к бегу) я придумал себе оправдание: высота.
Алекс Хатчинсон
В то время я жил в Канберре, расположенной в глубине материка на очень скромной высоте около 580 м. Обычно люди не думают о воздействии разреженного воздуха, если речь идет о высотах менее 1000 м. Однако в некоторых исследованиях тренировок на высоте контрольная группа низких высот живет выше 1000 м.
Вскоре после неутешительного результата на полумарафоне я брал интервью у ученых из базирующегося в Канберре Австралийского института спорта (AIS). Физиолог Лаура Гарвикан рассказала мне историю о временах, когда сразу после возведения института они настраивали в лабораториях сложное исследовательское оборудование. Несмотря на все усилия, измеренные учеными у спортсменов значения VO2max оставались немного ниже, чем у них же, но в других лабораториях. В конце концов исследователи начали задаваться вопросом: может ли высота иметь эффект? А потом решили проверить это с помощью барокамеры, которая позволяла моделировать условия различных высот.
Исследование, опубликованное в 1996 году, показало любопытную закономерность. У неподготовленных испытуемых не было никакой разницы показателей VO2max на уровне моря и в Канберре. Но у тренированных велогонщиков VO2max снижался в среднем на 6,8% на высоте 580 м, и этот эффект, видимо, был вызван снижением количества кислорода, поступающего с кровью к работающим мышцам.
У выносливых спортсменов сердце бьется так мощно, что кровь едва успевает наполниться кислородом, когда течет через легкие. Даже на уровне моря примерно у 70% спортсменов, которым требуется особая выносливость, наблюдается заметное падение артериального уровня кислорода во время выполнения упражнений в полную силу, когда сердце работает наиболее активно (эта закономерность еще сильнее выражена у женщин и пожилых). Добавьте чуть более низкий уровень кислорода в окружающей среде на умеренной высоте, такой как Канберра, – и уровень кислорода в крови снизится достаточно, чтобы повлиять на поступление кислорода к вашим мышцам.
Эта же закономерность обнаруживается и у лучших бегунов мира, и даже у тех, кто вырос на гораздо больших высотах. Когда исследователи из Университета Британской Колумбии (UBC) отправились в высокогорный район Кении, чтобы оценить эффективность работы дыхательной системы и доставки кислорода к мышцам у первоклассных бегунов на длинные дистанции, они обнаружили аналогичное распространение «вызванной физическими упражнениями артериальной гипоксемии», или снижение уровня кислорода в крови во время тяжелых физических нагрузок, как и в других группах. «Это самые здоровые люди в мире, – сказал мне исследователь из UBC Билл Шил, – но их кровь по показателям насыщенности кислородом выглядит так, будто они в отделении интенсивной терапии».
Тогда я мог спокойно предположить, что мой VO2max, вероятно, чуть ниже из-за высоты, но мне не было сразу очевидно, почему при этом я бегу медленнее на такой дистанции, как полумарафон. В конце концов, хороший бегун на длинные дистанции может поддерживать в среднем 85% своего VO2max на протяжении 21 км, а на марафоне – в среднем 80%. За пределами лаборатории мы редко работаем на таких предельных режимах насыщения VO2max, потому что усилия, необходимые для этого, слишком велики, чтобы продержаться дольше десяти минут.
Ни на одном этапе полумарафона я не сталкивался вплотную с ограничением, связанным с тем количеством кислорода, которое кровь может донести до мышц. То же верно и для бега на длинные дистанции. Исследования спортсменов показали, что увеличение VO2max не обязательно пропорционально улучшению результатов в соревнованиях. Почему же VO2max имеет значение – и имеет ли?
Кислород и уровень VO2max
VO2max действительно оказывается хорошим показателем производительности. С его помощью нельзя определить победителя в группе близких по силам спортсменов (или лежебок как на подбор, если уж на то пошло). Но если собрать в группе разных людей, можно с уверенностью предположить, что те, у кого выше VO2max, будут превосходить тех, у кого ниже значения в тестах на выносливость, даже на больших дистанциях, таких как полумарафон, где никто не достигает своего VO2max.
Поэтому не случайно, что норвежский лыжник Бьёрн Дели, который много лет носил неофициальное звание человека с самым высоким показателем VO2max в мире, также был в какой-то момент самым титулованным спортсменом в истории зимних Олимпийских игр, заработав двенадцать медалей, из них восемь золотых. Говорят, он мог получать и использовать 96 мл кислорода на килограмм веса тела каждую минуту – типичный здоровый взрослый человек потребляет 40 мл.
Стоит критически отнестись к цифрам теста. Когда я спросил о знаменитом результате Бьёрна Дели известного американского спортивного ученого Стивена Сейлера, работающего в Норвегии с 1997 года, тот был настроен скептически, заподозрив проблему с достоверностью показателей. В 1990-е, на пике достижений Дели, Норвегия оказалась втянута в жестокую конкурентную лыжную «холодную войну» со Швецией, Россией, Италией и другими странами.
«Думаю, они тогда знали, что результаты теста неверны, – говорит Сейлер, – но позволили СМИ распространить информацию, чтобы напугать конкурентов». В 2017 году Сейлер и несколько других норвежских спортивных ученых опубликовали работу «Новые рекорды человеческой мощности», использовав название знаменитого исследования 1937 года Гарвардской лаборатории утомления, где были зафиксированы самые высокие достоверные значения VO2max (около 90 мл/кг/мин) у велосипедистов и лыжников. Соответствующие значения у женщин примерно на 15% ниже благодаря более высокому уровню жира в организме и более низкому уровню кислородсодержащего гемоглобина в крови; самое высокое зарегистрированное значение было около 78 мл/кг/мин (опять же у лыжниц).
Важное замечание: независимо от того, был ли этот показатель точным, Дели уступил неофициальный рекорд VO2max осенью 2012 года другому норвежцу, 18-летнему велосипедисту Оскару Свендсену, который, если верить норвежским СМИ, выдал в лаборатории результат 97,5 мл/кг/мин и через несколько недель выиграл гонку с раздельным стартом среди юниоров на чемпионате мира по велоспорту. После нескольких трудных лет славы в качестве молодого профессионала Свендсен ушел из спорта в 2014 году, в возрасте двадцати лет. VO2max имеет значение, но не он определяет судьбу.
Однако общая картина такова: даже небольшие различия в потреблении кислорода влияют на производительность. Более позднее исследование ученых из Австралийского института спорта подтвердило, что из-за высоты в Канберре снижается не только VO2max, но и спортивные результаты. И наоборот, при вдыхании чистого кислорода повышается выносливость, даже в ситуациях (таких как пересечение вплавь Ла-Манша), где острая нехватка кислорода не становится проблемой.
Вот почему ученый Яннис Пициладис, ответственный за один из проектов, которые направлены на то, чтобы опередить Nike в подготовке к двухчасовому марафону, в какой-то момент полетел в Израиль, чтобы разведать возможность проведения марафона рядом с Мертвым морем, недалеко от самой низкой точки. В этом месте высота на 400 м ниже уровня моря, и воздух там содержит примерно на 5% больше кислорода, чем на уровне моря, что дает потенциальную (хотя и гипотетическую) возможность достичь успеха.
Кислород и возможности спортсменов
Кто же один из ключевых исследователей, доказавших влияние кислорода на повышение производительности? Некто Роджер Баннистер, опубликовавший статью «Влияние добавления кислорода к вдыхаемому воздуху на дыхание и производительность во время физических упражнений» в Journal of Physiology спустя чуть более двух месяцев после преодоления четырехминутного барьера (миля за четыре минуты) в 1954 году. Он обнаружил, что повышение содержания кислорода в воздухе со стандартных 21 до 66% позволило ему вдвое увеличить время до отказа в тесте на беговой дорожке с большим уклоном.
Одно интересное объяснение того, какую роль кислород играет в ограничении возможностей человека, связано с исследованиями «церебральной оксигенации» – притока крови к мозгу, необходимого для обеспечения жизни. Когда вы начинаете тренировку, уровень кислорода в мозге изначально повышается, питая особо активные нейроны, «отдающие команды» мышцам и контролирующие усилия. Затем уровень кислорода выходит на устойчивое плато и держится там до тех пор, пока вы не приблизитесь к своим пределам.
Когда вы дышите все интенсивнее, уровень углекислого газа в крови падает, что, в свою очередь, заставляет кровеносные сосуды, ведущие к вашему мозгу, сжиматься (то же происходит, когда вы намеренно дышите слишком глубоко, что приводит к головокружению, и в итоге вы теряете сознание). Возникающая в результате нехватка кислорода в мозге может непосредственно сказаться на работе мышц или способствовать ощущению усталости, сигнализируя о необходимости замедлиться или остановиться.
В 2010 году исследователи из канадского Университета Летбриджа показали, что количество кислорода в мозге у подготовленных бегунов из студенческих команд действительно падает в конце пятикилометрового забега. Затем, четыре года спустя, другая исследовательская группа (куда входил один из авторов предыдущего исследования) провела аналогичное исследование, в котором принимали участие пятнадцать профессиональных кенийских бегунов. Это были спортсмены мирового класса, пробегавшие полумарафон в среднем за 62 минуты. Во время забега на дистанции 5 км уровень кислорода в их мозге оставался примерно постоянным вплоть до конца дистанции.
Трудно сделать окончательные выводы из двух небольших исследований, однако ученые предположили, что организм у кенийцев способен лучше снабжать мозг кислородом и поддерживать его необходимый уровень. Это происходит благодаря тому, что они родились на высоте, в детстве вели очень активный образ жизни и в их мозге образовалось больше кровеносных сосудов. Эти сосуды имеют более толстые стенки, поэтому и сжать их труднее.
Купить книгу «Выносливость» на сайте МИФ
Подписывайтесь на телеграм-канал Sports.ru о здоровье
Фото: dizruns.com; Gettyimages.ru/Simon Bruty, Keystone/Hulton Archive, Frank Peters/Bongarts; globallookpress.com/Zhaxi Cering/Xinhua
Напоминаем, что у нас есть раздел со скидками, в котором вы сможете найти промокоды в Издательство МИФ.
А потом написал отличную книгу про это восхождение. Очень интересно и очень полезно.
В итоге у Херлингхофера были исключительные права на публикации о восхождении, Месснер забил на это, изложил свою точку зрения, обвинив во всем Херлингхофера, ну тот тоже был не лыком шит и понеслось.
Мнение Месснера о гибели брата под лавиной кстати подтвердилось. Где-то уже в 21 веке какие-то местные козлопасы нашли тело, опознанное по вещам и экипировке как Гюнтер, потом пакистанцы провели экспертизу и оказалось, что погибший либо сорвался, либо попал под лавину, что полностью подтвердило мнение Месснера, который присутствовал при эксгумации останков.
При всех противоречивых поступках Месснера книга действительно интересна всем. И писал он её сам (а не под диктовку ушлых журналистов).
Но даже спасение тайских детишек в пещере подвигом не называют.