Теория центрального регулятора: мозг как предохранитель выносливости

Крах столетней катастрофической модели Арчибальда Хилла

С 1920-х годов в мировой физиологии спорта господствовала механистическая модель утомления, сформулированная нобелевским лауреатом Арчибальдом Хиллом. Согласно «катастрофической модели», утомление рассматривалось как прямое физическое следствие истощения периферических мышц:

• скелетные мышцы исчерпывают запасы молекул АТФ и креатинфосфата;
• в миоцитах накапливается избыток молочной кислоты (лактата), вызывающий спазм;
• сердце достигает предела своей насосной функции и больше не способно качать кровь, вызывая ишемию миокарда и коллапс.

Профессор Тим Ноукс обратил внимание на фундаментальное логическое противоречие модели Хилла: если бы мышцы действительно останавливались из-за полного истощения АТФ, в них наступал бы феномен трупного окоченения (Rigor Mortis). Для расцепления актомиозиновых мостиков необходима молекула АТФ; при ее нулевой концентрации мышца физически каменеет. Однако даже у абсолютно обессиленного марафонца, рухнувшего на траву финишного городка, мышцы остаются мягкими, а концентрация АТФ в биоптатах никогда не падает ниже 60–70% от нормы покоя.

Революция Ноукса: Central Governor Model

Тим Ноукс сформулировал революционную парадигму — Модель центрального регулятора (Central Governor Model). Ее суть заключается в том, что физическое утомление — это не периферический отказ мышц, а защитная сенсорная иллюзия, генерируемая подсознательными структурами головного мозга.

Мозг непрерывно функционирует как интеллектуальный биологический предохранитель:

• центральный регулятор ежесекундно сканирует афферентные потоки импульсов от барорецепторов сердца, терморецепторов гипоталамуса, хеморецепторов артерий (уровень глюкозы, $O_2$, $CO_2$, pH крови) и мышечных волокон;
• главная эволюционная задача мозга — не допустить необратимой гибели организма (остановки сердца от ишемии или денатурации белков мозга от перегрева выше 41 °C);
• задолго до наступления реальной катастрофы мозг начинает превентивно подавлять эфферентные двигательные импульсы спинальных мотонейронов, снижая процент рекрутируемых мышечных единиц.

Загадка финишного спурта (The End Spurt Phenomenon)

Самым неопровержимым доказательством правоты Тима Ноукса является повсеместно наблюдаемый в циклических видах спорта феномен «финишного спурта»:

• Бегун на последних 3 километрах марафона движется с искаженным от страданий лицом, жалуясь на предельную нехватку сил;
• Однако как только в поле его зрения появляется финишная арка за 200 метров до створа, атлет внезапно развивает максимальную спринтерскую скорость, совершая мощный финишный рывок;
• С точки зрения модели Хилла это абсолютный абсурд: биохимически истощенная мышца не способна выдать максимальную мощность;
• С точки зрения Центрального Регулятора всё логично: осознав близость прекращения нагрузки, мозг пересчитывает оставшийся риск и снимает тормозящий блок с резервных двигательных единиц.