Зачем мы бежим, или Как догнать свою антилопу. Новый взгляд на эволюцию человека

Летательная мускулатура абсолютно аэробна; как и бегуны на дальние дистанции, пчелы не впадают в «кислородный долг», характерный для спринтеров. Их высокий VO₂max достигается с помощью воздушных мешков в брюшке. Оно работает как поршень, сжимая и расширяя воздушные мешки положительным и отрицательным давлением. Те же перепады давления, при которых воздух поступает в грудную клетку и выходит из нее, также используются для перекачивания крови, и эта кровь может использоваться или не использоваться для теплообмена. Когда кровь используется для удаления избыточного тепла из грудных мышц, вентральная диафрагма дискретной пульсацией высвобождает ток горячей крови в брюшко, а более холодная кровь, поступающая в грудь из брюшка, также «разрезается» на дискретные импульсы. Горячие и холодные импульсы крови не сталкиваются, потому что они попеременно отводятся через черешок, синхронно с движением брюшного дыхания внутрь и наружу. Поэтому я назвал этот процесс «переменным» потоком жидкости, чтобы отличить его от тока крови, идущего одновременно в противоположных направлениях в соседних сосудах: это так называемый «противоточный» поток.

Когда пчелы летают при низких температурах воздуха или же с большими перерывами (например, обрабатывая цветы), у них возникает обратная проблема – нужно сохранять тепло в грудной клетке. В этой ситуации кровоток между грудью и брюшком значительно снижается, и дыхательные движения больше не влияют на движение крови. Вместо этого сердце фибриллирует и пропускает в грудную клетку медленный, тонкий поток крови. Этот механизм способствует рекуперации тепла обратно в грудную клетку, которое в противном случае было бы потеряно в брюшной полости из-за противотока.

В настоящее время физиологическая синхронизация различных систем находит признание как в экономии энергии, так и в регулировании температуры. У бегающих четвероногих, особенно у таких энергоэффективных дальних бегунов, как собаки, дыхание сочетается с движением ног. Животное пассивно вдыхает, когда его передние ноги вытягиваются вперед, а затем выдыхает, отводя ноги назад, и объем грудной клетки уменьшается. В результате энергия, неизбежно затрачиваемая на движение, уменьшает количество энергии, которое может потребоваться дополнительно для механики дыхания. Птицы и многие насекомые также используют изменение объема грудной клетки, что автоматически происходит в результате движения конечностей, для перекачивания воздуха. Мы, люди, напротив, считались неспособными к такой связке дыхания с движением, так что мы должны вкладывать энергию специально для расширения и сжатия груди, чтобы дышать. Тем не менее я заметил за собой четкую связь взмахов рук с дыханием. Это происходит автоматически, и это трудно изменить. Эта сцепка не может сэкономить столько же энергии, сколько у летящей птицы или беговой собаки, или столько же, сколько и хорошо известное «ревущее» дыхание некоторых насекомых в полете, но она, безусловно, экономит немного энергии в дальнем забеге.

Множественные циклы переменного кровотока

Схема терморегуляции

То, что касается мотыльков, пчел и собак, по-видимому, относится и к физической активности многих других животных; так мне проще было разобраться и со своим дыханием, сердечным ритмом, потоотделением, запасами энергии, ходом и темпом бега. Во время бега я иногда пытался мысленно представить себе как можно больше этих переменных, пытаясь «увидеть», как они все работают вместе. Когда мне это удалось, стало ясно, что при средней скорости на ультрамарафоне я придерживался совершенно определенного распорядка дыхания в согласии с шагами. На каждый цикл дыхания почти всегда приходилось три шага: два на вдох и один на выдох. Когда я делал более широкие шаги, разница была только в том, что вдох длился дольше. Синхронизация поддерживалась даже при разных усилиях. Когда бежать было легко, требовалось три шага на вдох, а когда приходилось резко набирать высоту – два. Во всех случаях выдох происходил всего за один шаг, а вдох компенсировался остальными шагами. Я следил за сердцебиением и в обычной жизни, и один удар сердца соответствовал вдоху, а остальные удары во время дыхательного цикла совпадали с выдохом. Я не уверен, что понимаю смысл этой ритмичности, но подозреваю, что она как-то связана с экономией энергии. По словам Дэвида Костилла, ультрамарафонцы тратят на 5–10 % меньше энергии, чем бегуны на средние дистанции и спринтеры, а на выработку такой эффективности требуются годы тренировок; чтобы не отстать от двадцатилетнего бегуна, двенадцатилетний бегун в среднем тратит на 40 % больше энергии.