Mail.ruПочтаМой МирОдноклассникиИгрыЗнакомстваНовостиПоискВсе проекты
Источник: Free-Photos/СС0

Спортивные достижения, особенно при длительных нагрузках, таких как бег или велоспорт, во многом зависят от того, может ли спортсмен ускорить собственный метаболизм. Для этого нужно тратить больше энергии: в экстремальных ситуациях энергозатраты могут более чем в десять раз превышать минимально необходимый для существования уровень обмена веществ. Но долго продержаться в таком режиме организм не может.

Ученые сравнили параметры обмена веществ у разных спортсменов и обнаружили, что чем больше длится нагрузка, тем сильнее падает скорость метаболизма. На длинных дистанциях, где люди тратят несколько месяцев, она стремится к значению в 2,5 больше минимального уровня. Преодолеть этот предел человек не может — тогда он расходует внутренние запасы быстрее, чем восполняет их, а значит, не может долго поддерживать такую активность.

Биологи изучают спортсменов не только для того, чтобы понять, что происходит с организмом при экстремальных нагрузках, они хотят еще и определить границы физиологических возможностей человека. На этот раз группа ученых из США, Великобритании и Китая поставила своей целью определить предел энергии, которую человек может тратить при длительных нагрузках. Соответственно, благодаря этому можно понять, насколько человек вынослив, то есть сколько энергии он может тратить в день, восполняя ее за счет пищи и воды, а не за счет внутренних ресурсов организма. Для этого исследователи работали с участниками трансконтинентального забега через США (Race Across the USA, RAUSA). В течение 14−20 недель они практически ежедневно пробегали в среднем около 40 км, отдыхая на каждый седьмой день.

Чтобы оценить их энергозатраты, ученые использовали метод двойной меченой воды. Человеку дают воду с тяжелыми изотопами кислорода и водорода. Они не влияют на физиологические процессы, зато на выходе можно узнать, как изменилось их количество.

Организм человека теряет водород только в составе воды (то есть он, в основном, выходит с мочой), а кислород — еще и в составе углекислого газа. Поэтому можно измерить концентрацию тяжелых изотопов в моче и определить, сколько атомов организм потратил. Из количества выделенного кислорода вычитают количество выделенного водорода, чтобы узнать сколько кислорода организм потерял вместе с углекислым газом. А поскольку СО2 выделяется в результате клеточного дыхания, то его количество можно пересчитать на энергетическую ценность, то есть на «сожженные» калории.

Оказалось, что в течение первой недели забега спортсмены тратили почти в четыре раза больше энергии, чем нужно для их базового уровня метаболизма (Basal metabolic rate, BMR) — количества калорий, которые сжигает любой человек для поддержания жизнедеятельности (дыхания, сердцебиения и так далее). К концу забега их затраты сократились и составили уже меньше трех BMR.

Полученные данные не позволяют ничего сказать о том, какие именно механизмы позволяют спортсменам экономить энергию и почему их ежедневные затраты снижаются. Возможно, энергия как-то перераспределяется между разными системами органов.

Исследователи сопоставили результаты, полученные для бегунов, с данными по другим длительным нагрузкам: велогонкам и арктическим походам. Оказалось, что энергозатраты с течением времени падают. Если на «коротких» дистанциях, занимающих меньше суток, человек может разогнать свой метаболизм до уровня почти 20 BMR, то в условиях длительных нагрузок эти цифры стремительно падают. И в пределе — более 250 дней — энергозатраты стремятся к значению 2,5 BMR. Это немногим больше, чем тратит женщина во время беременности и грудного кормления — у нее на это уходит около 2,2 BMR.

В то же время непонятно, какой фактор определяет предельный обмен веществ и почему организм не может в течение долгого времени поддерживать его на уровне выше 2,5 BMR.

Судя по тому, что эти цифры одинаковы у людей в теплых и холодных условиях, с разными видами нагрузок, дело в каком-то универсальном механизме, не связанным с отдельными органами. Исследователи предположили, что скорость обмена веществ ограничивает пищеварительная система, которая не может получать из еды больше определенного количества калорий. Они построили зависимость того, как вес ежедневно меняется в зависимости от уровня обмена веществ.

Оказалось, что при энергозатратах больше 2,5 BMR организму человека не хватает внешних поступлений и приходится расходовать внутренние запасы, вне зависимости от того, сколько он ест.

Таким образом, исследователи обнаружили верхнюю границу обмена веществ — 2,5 BMR. Человек не переходит ее даже при сильных естественных нагрузках (при беременности) и стремится к ней в условиях экстремальных нагрузок. Если же раскрутить маховик метаболизма сильнее, придется воспользоваться внутренними ресурсами, которые не бесконечны. И это плохие новости для спортсменов, соревнующихся на длительных дистанциях: для их уровня обмена веществ, судя по всему, существует естественный «потолок», который не поможет преодолеть даже интенсивное питание.