Физиология марафонца: каким должен быть организм бегуна, который хочет установить мировой рекорд

Сравнительно большие структуры внутреннего уха помогают держать баланс на двух ногах. Изогнутый позвоночник работает как пружина. Расширенные плечи и суженный таз вращаются в противофазе вокруг талии, стабилизируя шаг. Отсутствие шерсти и мириады потовых желез предохраняют организм от перегрева. Упругие связки стоп не только смягчают удар о землю, но и придают импульс при каждом толчке: во время бега они могут отдавать около половины полученной энергии для следующего шага. Скелетные мышцы человека сравнительно богаты так называемыми медленными волокнами, которые насыщены миоглобином. Этот переносчик кислорода не только окрашивает их в глубокий красный цвет, но и позволяет сокращаться долго, без накопления лактата и других продуктов, вызывающих утомление. Для снижения температуры мозга ток крови через него уменьшается.

По словам Александра Ваваева, руководителя научно-методического отдела московского Центра спортивных инновационных технологий и подготовки сборных команд, для долгого скоростного бега требуются большое здоровое сердце, высокое содержание медленных волокон и способность крови переносить кислород. «Все эти параметры интегрируются в одной важной физиологической переменной – максимальном потреблении кислорода, – говорит Александр. – Чем оно выше, тем больше ваш потенциал в беге на длинные дистанции».

Дело в том, что для сокращения мышц используется энергия молекул аденозинтрифосфата (АТФ), которые при этом теряют один фосфат, превращаясь в АДФ. Запаса АТФ в клетках хватит всего на пару секунд работы, но он непрерывно и быстро пополняется. За время марафона тело может израсходовать и регенерировать количество АТФ, сравнимое с его собственным весом, высвободив около килограмма энергии в тротиловом эквиваленте. Новые АТФ при этом производятся из молекул глюкозы, а также гликогена – полисахарида, который сложен из глюкозных звеньев и служит для накопления глюкозы в мышцах и печени.

Воспроизводить АТФ клетки могут разными способами. Сразу после начала нагрузки запускается анаэробный алактатный механизм: молекулы АДФ снова превращаются в АТФ, присоединяя фосфат от молекул креатинфосфата. Это быстрый путь, позволяющий получить сразу много энергии, но работает он недолго: запасов креатинфосфата хватает в среднем на полминуты. Далее приходится использовать глюкозу и гликоген. Анаэробный лактатный механизм дает по две молекулы АТФ на каждую израсходованную молекулу глюкозы, превращая ее в молочную кислоту (лактат). Но и этого варианта надолго не хватит, а потому организм задействует его лишь на первых порах либо в крайнем случае.

Мало того что избыток лактата вызывает утомление и даже боль – такой механизм еще и крайне неэкономичен. Поэтому большая часть АТФ ресинтезируется аэробно, то есть за счет кислорода. Реакции клеточного дыхания происходят в митохондриях, где можно утилизировать не только сахара, но и жиры и даже белки. При этом на каждую молекулу глюкозы образуется уже целых 36 новых АТФ. Этот путь самый долгий, выгодный и универсальный, но без мощного окислителя тут не обойтись. А значит, мы возвращаемся к кислороду.

Максимальное потребление кислорода (МПК) характеризует количество, которое спортсмен способен усвоить при максимальной работе, задействующей более половины мышечной массы. Оно зависит от легких и сердца, содержания гемоглобина в крови и т.п.

У среднего человека МПК составляет 30-45 мл кислорода на 1 кг массы тела в минуту, у тренированного спортсмена – вдвое больше. Но для марафонца функционирование в режиме МПК крайне сложно: длинные дистанции следует бежать, удерживая организм на уровне анаэробного порога (АнП), при котором бескислородные механизмы образования АТФ еще не доминируют и в мышцах не накапливается лактат.

«Раньше МПК считалось одной из самых важных характеристик в видах на выносливость, однако современные исследования не показывают каких-то феноменальных значений этого параметра у элитных спортсменов, – объясняет Александр Ваваев. – МПК важно, но АнП важнее. У обычных людей он составляет примерно 70% от МПК, у подготовленных спортсменов – 80% и выше».

Эффективность использования кислорода ниже АнП отражает самый значимый показатель – экономичность бега. Он демонстрирует, сколько кислорода требуется телу, чтобы преодолеть 1 км дистанции, в пересчете на 1 кг массы. Среднему человеку для этого необходимо около 220 мл/кг/км, элитному марафонцу – 180.

«Поскольку марафонец на каждом шаге противостоит силе тяжести, масса его тела имеет решающее значение: чем она меньше, тем лучше с точки зрения экономичности бега», – продолжает Александр. Чемпион Элиуд Кипчоге при росте 167 см весит всего 52 кг; лучшие бегуны на длинные дистанции всегда миниатюрные, с длинными и тонкими ногами. Такая анатомия характерна для кенийской этнической группы календжин, к которой относится и сам Кипчоге, и подавляющее большинство известных марафонцев последних десятилетий. К тому же эта группа населяет в основном высокогорные районы, что способствует повышению МПК. Но вовсе не МПК позволяет кенийским атлетам удерживать верхние строчки рейтингов.

«Если мы обратимся к серьезным публикациям, то не найдем ярких особенностей, отличающих спортсменов календжин от остальных. К победе их приводит совокупность причин, а не какой-то исключительный фактор, – говорит Александр Ваваев. – На первое место тут я бы поставил образ жизни, а также связанную с ним мотивацию. Уровень жизни в Кении довольно низкий, и спортивный бег – один из немногих социальных лифтов, который есть у каждого. Почти вся молодежь в стране упорно тренируется. Это создает большой пул для отбора лучших – так же, как происходит, например, в бразильском футболе».

Классические расчеты, проведенные Майклом Джойнером из Клиники Мейо еще в 1991 году, показывают, что при наилучших параметрах МПК, АнП и экономичности человек способен пробежать марафон за 1 час 57 минут 58 секунд, и современные элитные спортсмены вплотную приблизились к этому порогу. Рекорд, установленный Элиудом Кипчоге в 2018 году, составляет 2:01:39 – ему не хватило всего полутора минут для преодоления психологически важной двухчасовой отметки. Хотя на самом деле она уже пройдена.

Первую серьезную, но неудачную попытку «выбежать из двух часов» Кипчоге предпринял осенью 2016 года, набрав лишние 25 секунд. Зато вторая попытка, в 2019-м, оказалась успешной. Этот забег был не столько официальным спортивным мероприятием, сколько маркетинговой акцией, хотя и с важными результатами – 1:59:40. Организаторы соревнования, которых спонсировала нефтехимическая компания Ineos, сравнивали его с «маленьким шагом для человека и огромным скачком для человечества» – высадкой астронавтов на Луне. И действительно, к незафиксированному рекорду, как и к старту корабля Apollo, приложили руку тысячи людей и даже сама природа.

Анатомия и дыхание, высокие МПК и экономичность бега Элиуда Кипчоге – необходимые, но недостаточные для такого достижения факторы. Забег проводился после тщательного выбора места. Когда речь идет о процентах и долях процента выигранного времени, мелочей нет. Так, поскольку каждый 90-градусный поворот приводит к потере секунды, на трассе в Вене, где бежал спортсмен, их оказалось всего несколько – в основном же дорога была прямая, туда и обратно, с разворотом на дальнем конце. Трасса проходила по исключительно ровной местности, почти на уровне моря, где концентрация кислорода в воздухе максимальна, а гладкое покрытие без бугров не сбивало марафонцев с ритма.

Этот ритм движения Кипчоге задавала целая команда сопровождающих, «писмейкеров», которые бежали с нужной скоростью, регулярно сменяясь. Группа располагалась перевернутой буквой V, в развилке которой находился сам марафонец. Такая формация заимствована у перелетных птиц и обеспечивает экономичную аэродинамику бега. Дополнительную помощь оказывал ехавший перед группой электромобиль. Наконец, специально для рекорда Nike изготовили модернизированную версию кроссовок Vaporfly: в них карбоновая пластина между стелькой и подошвой действует как пружина, накапливая и высвобождая энергию каждого шага.

По расчетам, для поддержания работы мышц Кипчоге требовалось от 60 до 100 г сахара на каждый час бега. Необходимую глюкозу спортсмен получал из разведенной водой углеводной смеси Maurten в 500-миллилитровых бутылках. Но если обычные марафонцы вынуждены подхватывать питье на бегу, то Кипчоге его передавали велосипедисты, двигавшиеся с его скоростью. Это позволило рекордсмену не замедляться ни на долю секунды – и прорвать двухчасовой предел. «Думаю, теперь больше людей во всем мире смогут "выбежать" из двух часов», – сказал Кипчоге после финиша.

Согласен с ним и Александр Ваваев: «Физиологические пределы МПК уже достигнуты, и сейчас результат определяется экономичностью бега. Если спортсменам разрешат использовать кроссовки, повышающие пружинистость, если забеги будут проходить по упругому покрытию (сейчас более популярен асфальт с добавлением резиновой крошки) или появится что-то подобное, это ускорит установление нового рекорда. Думаю, что порог в два часа будет официального преодолен в ближайшие 10–15 лет».