Центральная и хроническая усталость

Разумные организмы способны воспринимать свой «текущий статус» существования. Люди имеют возможность сравнивать и сопоставлять настоящий момент с прошлым опытом, а также субъективно оценивать качество такого опыта. В настоящее время одной из «болезней цивилизации» является так называемый синдром хронической усталости. Это неизбежная плата за успех, карьеру, информационный поток и желание успеть всё за короткий срок. Обладатели подобного синдрома неизбежно находятся в состоянии ощущения апатии, пониженного уровня энергии и, занимаясь чем-то, не получают радости от этого процесса.

Как связаны синдром хронической усталости и спорт? Наверно любой, кто занимался каким-либо видом спорта на выносливость, отмечал, что при достижении определённого уровня физиологического предела во время тренировки спортсмен ощущает острую усталость, которая снижает способность поддерживать заданный уровень интенсивности. Согласно определению, усталость — это некое биологическое предупреждение, которое сигнализирует организму о снижении физиологической продуктивности и необходимости перехода в состояние покоя. Другими словами, некий внутренний тормоз, не позволяющий нам перешагнуть за ту грань, когда мы можем нанести вред своему организму.

Усталость может привести к тому, что поставленная вами задача будет выполнена медленнее (например, последние 10 километров марафона с темпом ниже планируемого) или с нарушением координации (например, ухудшение техники бега при выполнении последней серии интервалов), либо к полной неспособности выполнить задачу (сход с дистанции, прекращение тренировки). Довольно очевидно, что каждый из возможных сценариев негативно сказывается на результативности или производительности.

Если мы спросим спортсмена, что для него усталость, то, скорее всего, услышим о том, что усталость присутствует, когда человек ощущает мышечную боль, общий дискомфорт или ему требуется повышенное усилие для выполнения обычной для спортсмена задачи. Ряд учёных заявили, что факторы, приводящие к снижению производительности в результате усталости, присутствуют на каждом уровне длинного пути, по которому нервный импульс идёт от мышц к мозгу и обратно. Хорошо известно, что регулярные тренировки способны вмешиваться в процесс передачи нервных импульсов, и это происходит путём изменения концентрации различных биологически активных веществ-нейротрансмиттеров, участвующих в передаче этих самых импульсов. Любое изменение в передаче нервных импульсов, неважно, вызвано оно интервальными или длительными тренировками, имеет прямое влияние на усталость.

Учёные утверждают, что производительность в ходе выполнения механической работы является зависимой переменной, на которую влияют многие факторы. Внутренние и внешние стимулы выступают в качестве «источников мотивации», нельзя забывать и про обратную связь от разных систем организма — двигательной, сенсорной и когнитивной — и, конечно же, параметры окружающей среды (температура, влажность, ветер и так далее), вот лишь часть из обширного списка факторов, влияющих на работоспособность и производительность в спорте. Способность выполнять и поддерживать определённую интенсивность во время тренировки или соревнований зависит от беспрепятственного потока входящей информации от органов и систем, обработки этой информации в нервной системе и последующей передачи «приказов» к органам и системам, которые помогают или препятствуют выполнению специфической задачи. Понятно, что, как и в любой сложной системе, малейшая поломка или наличие «слабого звена» могут способствовать усталости. Типичный пример — летний марафон в жаркую погоду. Поначалу вы не испытываете никаких проблем, однако по мере преодоления дистанции ваши органы и системы, анализируя окружающую среду, начинают посылать в мозг сигналы о том, что вам жарко, бежать ещё долго, вы устали, хотите пить, голову напекает безжалостным солнцем и так далее. Вся эта масса сигналов поступает в мозг, где обрабатывается, и обратно посылаются «приказы» для мышц, суставов и тех органов и систем, что задействованы в беге. Это может быть рекомендация сойти, снизить темп, пойти пешком или же посыл о том, что эту неприятность вы вполне способны пережить, и вы бежите дальше, не снижая выбранного темпа.

Люди с нормальными уровнями внутренней и внешней мотивации и с надлежащим функционированием органов чувств и опорно-двигательного аппарата также могут страдать от снижения производительности из-за других ограничений, например эндокринных нарушений (дисбаланс гормонов) или нарушения функции нервной системы. Синдромы центральной и хронической усталости имеют много общих черт и часто бывают сгруппированы в литературе. Ряд исследований сообщил о том, что приблизительно 80% людей с хронической усталостью имели предшествующую ей инфекцию, которая, вероятно, могла послужить пусковым механизмом к развитию усталости. Эти люди, как правило, имеют очень низкий уровень мотивации, испытывают ангедонию (снижение или утрата способности получать удовольствие), часто борются со сном в течение дня и страдают от депрессии.

Согласно данным литературы, синдром центральной усталости является результатом аномалий разных отделов так называемого промежуточного мозга — в частности, гипоталамуса и гипофиза. Гипоталамус — небольшая область мозга, связанная нервными путями практически со всеми отделами центральной нервной системы. Он выделяет биологически активные вещества и регулирует такие функции, как ощущение голода и жажды, температуру организма, половое поведение, сон и бодрствование. Исследования показывают, что гипоталамус играет важную роль и в регуляции таких функций, как память и эмоциональное состояние, тем самым участвуя в формировании различных аспектов поведения. Гипофиз — участок головного мозга, который вырабатывает гормоны, влияющие на рост, обмен веществ и репродуктивную функцию, является центральным органом эндокринной системы. Гипофиз тесно связан и взаимодействует с гипоталамусом (Рисунок 1). В развитии внезапной и глубокой центральной усталости у спортсменов из-за перетренированности также участвуют гипоталамус и различные биологически активные вещества. Довольно часто синдром центральной усталости сопровождается изменениями в весе тела и качестве и продолжительности сна.

Многие работы сообщают, что в развитии синдрома центральной усталости развивающееся после заболеваний повреждение будет иметь место в гигантском количестве отделов мозга — от отвечающих за удовольствие до памяти, поведения и двигательной активности. Это лишний раз показывает, насколько сложными бывают взаимодействия в длинной цепочке, начинающейся на периферии и заканчивающейся в головном мозге. Помимо этого, на фоне синдрома центральной усталости происходит снижение уровня ряда гормонов (например, лептина, вещества Р и простагландинов), и наоборот, на выраженность синдрома усталости могут влиять циркулирующие биологические вещества (цитокины), как правило появляющиеся на фоне заболевания. Чем этот факт интересен для спортсмена на выносливость? Как ни странно, цитокиновый профиль крови после тренировки очень сильно похож на то, как ведут себя цитокины в крови больного человека (Рисунок 2). А теперь представьте себе ситуацию, когда такими «заболеваниями»-тренировками вы испытываете свой организм на прочность каждый день в течение длительного времени. Логично, что это может привести к различным последствиям, среди которых усталость занимает «почётное» место.

Согласно ряду данных, острый стресс (возникающий, скажем, сразу после тренировки), по-видимому, полезен, по причине высвобождения ряда биологически активных веществ, оказывающих подавляющее действие на цитокины, вызывающие и поддерживающие воспаление. Такая своеобразная противовоспалительная таблетка. Другая ситуация — хронический стресс, обладающий мощным подавляющим эффектом на целый ряд органов и систем организма, включая иммунную, и работающий с цитокинами заодно. Известно, что предикторами посттравматического стрессового расстройства являются низкие концентрации кортизола после значительной психологической или физической травмы. Ничего не напоминает? Правильно, состояние перетренированности у спортсменов, сопровождающееся упадком сил, нарушениями иммунитета, гормональными расстройствами, падением результатов и нашей старой знакомой — хронической усталостью. Более того, просто низким уровнем кортизола история не заканчивается — в организме изменяется чувствительность рецепторов к этому веществу, а это приведёт к поддержанию уровня тревожности и чрезмерно выраженной реакции на любой, даже самый незначительный, стрессовый фактор.

Интересно, что в исследовании Ashton 2001 года уровень согласованности среди однояйцевых близнецов в развитии симптомов синдрома центральной усталости составлял приблизительно 50%. Это говорит о том, что генетический элемент, наряду с факторами окружающей среды, играет важную роль в развитии этого состояния. Следовательно, некоторые люди могут быть подвержены большему риску перехода синдрома усталости в хроническое состояние из-за стресса и других факторов окружающей среды (например, инфекции или регулярные тренировки).

Первое сообщение о связи центральной усталости и острой (то есть выполненной однократно) механической работы было опубликовано ещё в 1987 году. Авторы той работы утверждали, что центральная усталость была явлением, опосредованным серотонином (более известным как гормон радости и счастья), а именно: повышение концентрации серотонина парадоксально приводило к чрезмерно высокому восприятию летаргии, а также сонливости и снижению мотивации. Последующие исследования привели к неоднозначным результатам в обосновании серотонин-центрированной гипотезы центральной усталости. Тем не менее имеющаяся в настоящее время договорённость среди учёных указывает на то, что концентрации нейротрансмиттеров (биологически активных веществ, участвующих в передаче сигнала в мозг и обратно) и их специфическая активность, связывание с рецепторами в определённых частях головного мозга являются основной движущей силой, отвечающей за формирование центральной усталости организма. В следующем разделе будут проанализированы имеющиеся в литературе данные о влиянии серотонина, норэпинефрина и дофамина на центральную усталость при острой работе.

Нейротрансмиттеры — это химические переносчики (мессенджеры), которые передают информацию от одной нервной клетки (нейрона) к другой в центральной нервной системе. Основными игроками в моделях центральной усталости считаются так называемые моноаминовые нейротрансмиттеры, среди которых серотонин, норэпинефрин (норадреналин) и дофамин. Согласно метаанализу, опубликованному в 2016 году, результатом возникновения центральной усталости является либо уменьшение произвольной мышечной силы, либо поддержание той же мышечной силы с помощью дополнительных компенсаторных реакций, протекающих где-то в нервной системе.

Основным фактором, приводящим к центральной усталости, является вызванное регулярными тренировками изменение концентрации этих самых моноаминовых нейротрансмиттеров в определённых частях мозга. Сложность состоит в том, что каждый из мессенджеров вызывает разные реакции в зависимости от того, в какой области мозга происходит связывание с рецепторами. Чтобы обеспечить ясность в этом вопросе, мы рассмотрим и проанализируем каждый нейротрансмиттер, а также определим, какие области головного мозга задействованы при развитии синдрома усталости.

Возможно, два самых угрожающих фактора окружающей среды для выживания любого организма — это температура и pH. Люди относятся к категории животных, известных как гомеотермы, которые должны поддерживать относительно постоянную температуру тела, часто за счёт внутреннего производства тепла. И здесь снова появляются наши любимые моноаминовые нейротрансмиттеры. Ряд исследователей обнаружили, что повышенная концентрация серотонина в головном мозге связана с большей выработкой тепла во время упражнений. Уже в 1987 году было опубликовано исследование, в котором авторы впервые сообщили, что центральная усталость была феноменом, основную роль в котором играл серотонин. Утверждалось, что механизм центральной усталости заключался в повышении уровня аминокислоты триптофана, что приводило к повышению концентрации серотонина, и что именно серотонин вызывал чувство летаргии (болезненное состояние, характеризующееся медлительностью, вялостью, усталостью) и снижение мотивации.

Примерно 15 лет назад было обнаружено, что повышение уровня триптофана в отдельных структурах головного мозга вызывает усталость и повышение температуры, а также снижение способности рассеивать тепло в окружающую среду. Достаточно давно известно, что отведение тепла от тела более важно для регулирования температуры в условиях физической нагрузки, по сравнению с выработкой тепла. В связи с этим ряд авторов сообщили, что эффективность тренировочной работы снижалась из-за повышенной температуры в головном мозге, а это привело к субъективному дискомфорту и вялости. Работа 2003 года показала, что скорость накопления тепла у крыс была основным ограничивающим фактором при физической нагрузке.

Самые важные терморегуляторы находятся у человека в головном мозге, а точнее, в преоптической области и переднем гипоталамусе. Эти части мозга также важны для оценки и регулирования внешних тепловых воздействий с помощью тепла, вырабатываемого человеческим организмом с помощью метаболизма. Например, инъекция серотонина в преоптическую область и гипоталамус у крыс повышает температуру тела, а введение триптофана в головной мозг крыс снижало производительность бега наряду с повышением температуры головного мозга и увеличением концентрации серотонина в главных терморегуляторах — преоптической области и гипоталамусе. Подобного не наблюдалось у тех животных, которым вводили физиологический раствор в качестве контроля.

Более того, было обнаружено, что концентрация серотонина также была увеличена в гиппокампе (часть обонятельного мозга) крыс, которым вводили триптофан. Интересно, что время до утомления было напрямую связано с концентрацией серотонина в гиппокампе через механизм, который, казалось, не имел ничего общего с повышением температуры. Скорее всего, между уровнями триптофана и серотонина в мозге, по-видимому, существует связь, продуктом которой является развитие усталости через повышение температуры или воздействие на другие структуры мозга, в частности гиппокамп.

Что касается механизма, с помощью которого концентрации серотонина в гиппокампе влияют на усталость, убедительные доказательства всё ещё не найдены. Ряд учёных обнаружили связь между уровнем серотонина в гиппокампе и способностью передвижения (локомоции). Нервные клетки, работающие при помощи серотонина, которые спускаются из головного в спинной мозг, по-видимому, участвуют в контроле локомоции. Без присутствия серотонина в этих нервных клетках двигательные способности теряются.

Первоначальная гипотеза о центральной утомляемости связана прежде всего с влиянием серотонина на головной мозг, однако исследователи также начали понимать, что и другие биологически активные вещества были сильными игроками на поле усталости. В 1972 году было показано, что введение амфетаминов улучшало работоспособность во время упражнений. Чуть позже авторы продемонстрировали важность повышения концентрации и связывания вещества под названием дофамин (служит важной частью «системы вознаграждения» мозга, поскольку вызывает чувство удовольствия или удовлетворения, чем влияет на процессы мотивации и обучения) во время тренировок. Усталость у крыс была связана с повышением серотонина и снижением дофамина в головном мозге, а взаимодействие между серотонином и дофамином доказанно влияет на утомление центральной нервной системы. Низкое отношение серотонина к дофамину способствует улучшению производительности, а высокое отношение снижает мотивацию и способствует летаргии, что приводит к снижению производительности.

Ранние исследования, в которых применяли амфетамины, показали значительное повышение эффективности как у животных, так и у людей. Одно из исследований было проведено со стимулятором под названием бупропион, у велосипедистов во время заездов при температуре 18 и 30,1 градуса Цельсия. При температуре 18 градусов Цельсия не было обнаружено различий между группой плацебо и бупропиона. А вот когда испытуемые ездили при 30,1 градуса Цельсия, то группа бупропиона была на 9% быстрее. Примерно тот же эффект был получен при использовании другого стимулятора: группа испытуемых после введения была способна без проблем достигать значительно более высоких внутренних температур по сравнению с контролем (40,1 против 39,1 соответственно). Несмотря на достижение значительно более высоких внутренних температур, участники эксперимента сообщили о том же субъективном восприятии температуры и оценки воспринимаемой нагрузки (RPE), что и группа плацебо. Исследователи пришли к выводу, что увеличение концентрации дофамина влияет на внутренний «предохранитель» мозга в отношении терморегуляции. Увеличение дофамина привело к состоянию, когда субъекты игнорировали потенциально вредное воздействие повышенной температуры, а также увеличения выработки энергии.

Исследователи утверждают, что причина повышения производительности в жарких условиях по сравнению с производительностью при «нормальной» температуре окружающей среды при введении дофамина заключается в том, что высокие уровни дофамина обеспечат повышение психологической мотивации для более напряжённой работы в более жарком и непривычном климате. Повышенный уровень дофамина компенсирует негативное влияние на мотивацию, вызванное стрессом от воздействия тепла. Механизм эргогенного эффекта повышенных концентраций дофамина, как полагают, является результатом стимуляции определённых областей головного мозга. Согласно результатам работы 1991 года, у крыс, получавших стимуляцию в вентральной области мозга, была продемонстрирована повышенная мотивация работать на беговой дорожке по сравнению с крысами, получавшими стимуляцию с помощью электрошока.

Неоднократно сообщалось, что различные концентрации нейротрансмиттеров в головном мозге могут приводить к различным стратегиям стимуляции во время циклических нагрузок. Субъекты с более высокими концентрациями дофамина в головном мозге демонстрировали более высокую выходную мощность в течение всего времени испытаний по сравнению с контролем. И наоборот, увеличение серотонина и норэпинефрина приводило к снижению выходной мощности во время проведения испытаний. Исследователи заявили, что с повышенным уровнем серотонина субъекты не смогли закончить испытание временем с дополнительным всплеском выходной мощности (ускорение). Это привело к предположению, что серотонин может ограничивать доступ к некоторому типу резервной мощности или, возможно, снижает мотивацию для увеличения выходной мощности.

При изучении влияния норэпинефрина на усталость часть трудностей в этом процессе связана с тем фактом, что приём лекарств, таких как ребоксетин, оказывает одновременное центральное (мозг) и периферическое (сердце и сосудистое) действие. Такие комбинированные эффекты могут привести к путанице в выяснении точной центральной роли, которую играет норэпинефрин (например, увеличение частоты сердечных сокращений может ускорить ощущение усталости). Ряд учёных показали, что препараты, влияющие на концентрацию норэпинефрина, не показали никакого эффекта или отрицательного влияния на снижение утомляемости во время физических нагрузок у людей.

Негативное влияние на показатели, связанные с фармакологически повышенными уровнями норэпинефрина, является довольно неожиданным, из-за позитивной связи между норэпинефрином, уровнями возбуждения и ощущения вознаграждения. Влияние норэпинефрина на нейроны изменяет их активность посредством связывания с возбуждающими альфа1-адренорецепторами. Активация этих рецепторов может изменять действие серотонина в мозге, снижая мощность и мотивацию.

Усталость — это воспринимаемый опыт, который часто неприятен и связан со снижением производительности во время тренировок или гонки. Усталость вызывается ситуациями, которые связаны с повышенным стрессом. Кратковременные стрессовые переживания повышенного уровня стимулируют организм и обладают способностью улучшать физиологию и устойчивость к будущим стрессорным воздействиям. Длительные стрессы оказывают вредное воздействие на все физиологические системы. Известно, что, когда животные находятся в непрекращающейся стрессовой среде, у них может развиться синдром хронической усталости, который связан с летаргией и неспособностью испытывать радость, а также определённый биохимический профиль, связанный с изменёнными уровнями глюкокортикоидов и аномалиями работы рецепторов.

Тренировки представляют собой стрессовый фактор, при котором спортсмен переходит в состояние сильного утомления, что вызывает неспособность поддерживать абсолютный уровень интенсивности механической работы. Различия в хронических и острых физиологических состояниях проявляются при изучении множества различных систем и часто очень сильно отличаются друг от друга с точки зрения воздействия на общее состояние организма. Несмотря на такие различия, некоторые из механизмов, которые приводят к усталости, будь то хроническая или острая, часто имеют общий знаменатель.

Центральная усталость, как хроническая, так и острая, по-видимому, связана со специфической работой нервной системы, на которую влияет концентрация ряда нейротрансмиттеров, а также чувствительность рецепторов, с которыми эти нейротрансмиттеры связываются. Хотя изучение влияния нейротрансмиттеров на утомляемость началось сравнительно недавно, считается, что существует связь между концентрацией этих биологически активных веществ и восприятием утомления. Поддержание ситуации, когда концентрации дофамина длительно повышены и не снижаются до нормальных уровней, представляется эффективной стратегией для предотвращения развития утомления.

Повысить уровень дофамина можно с помощью краткосрочной стимулирующей активности. Дофамин, по-видимому, играет защитную роль, противодействуя гормонам стресса и аномалиям работы рецепторов. В литературе чётко показана связь между сопротивлением усталости и концентрациями дофамина. Нельзя забывать, однако, что поведение, мотивация и способность противостоять стрессу модулируются взаимодействием многих нейротрансмиттеров, работающих вместе под руководством дирижёра — головного мозга.

Мы живём в то время, когда наши знания по физиологии тренировок расширяются, особенно за счёт понимания роли головного мозга. Тем не менее эти знания пока находятся в зачаточном состоянии, а наше понимание является поверхностным, лишённым общей структуры. Возможно, будущие результаты окажут значимое влияние на то, как мы оцениваем процессы хронической и острой усталости, что приведёт к новым методам манипулирования центральной нервной системой и головным мозгом, в частности.