Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2002 № 08
Единственным спасением, точнее передышкой, была возможность подняться на верхнюю палубу. Свежий ветер прояснял голову, а вид горизонта восстанавливал равновесие и прекращал тошноту. Но стоило зайти в помещение, и все начиналось снова… Я, конечно, не был первым.
Еще в 1881 году морской болезнью заинтересовался английский врач Дж. У. Ирвин. Он рекомендовал пассажирам во время качки «крепко бинтовать голову, чтобы головной мозг не так стремительно двигался».
На практике этот способ мало кому помог. И врач начал догадываться, что дело вовсе не в болтанке мозга. В немалой степени догадке помог и факт, обнаруженный тем же Ирвином: оказывается, от морской болезни не страдают глухонемые. А дальнейшая проверка показала, что дело не в отсутствии голоса. Важно, что нет слуха. Значит, источник морской болезни кроется где-то в ушном аппарате. Где?
Вестибюль в голове?
В полукружных каналах и мешочках внутреннего уха у всех позвоночных имеется особый рецепторный аппарат, который воспринимает изменения головы и тела в пространстве.
Не вдаваясь в особенности биологического строения внутреннего уха, попробуем прояснить суть действия вестибулярного аппарата с помощью упрощенной наглядной модели.
Представьте себе небольшую шаровидную камеру, наполненную особой жидкостью (эндолимфой). Удельный вес ее подобран таким образом, что помещенный в камеру шарик в спокойном состоянии помещается на дне, оказывая на него лишь легкое давление. А поскольку внутренняя поверхность этого шара устлана датчиками давления, то он, опустившись на дно под действием силы тяжести, показывает, где низ. Он своей массой как бы замыкает контакт, и в центр управления (в нашем случае — в мозг) идет сигнал.
Стоит поменять положение камеры, и шарик внутри начнет перекатываться, замыкая совсем другие контакты в других местах и отслеживая таким образом изменения положения. Кроме того, шарик, вследствие своей инерционности, будет также реагировать на ускоренное и замедленное движения, воспринимать сильные вибрации.
Наш вестибулярный аппарат, устроенный еще хитроумнее и рациональнее, чем упрощенная модель, позволяет человеку уверенно контролировать положение своего тела, твердо держаться на ногах в самое скользкое время года, и все происходит без участия сознания. Мы не руководим чувством равновесия, а оно руководит нами. Мы замечаем, что наделены этим чувством, лишь когда оно подводит: например, сбившись с такта во время танца, испытывая необычные ощущения в самолете или во время поездки на скоростном лифте.
Чувство равновесия, как выяснили ученые, зарождается у ребенка еще в чреве матери. Уже на шестой-восьмой неделе в ушах малыша формируется соответствующий орган — своего рода преддверие всех остальных чувств (от латинского vestibulum — «преддверие»).
Тренируйся, как юла…
Когда функции вестибулярного аппарата нарушены, утверждает немецкий невролог Карл Кнайснер, человек не в состоянии нормально слышать и видеть, у него появляются проблемы с речью, дети отстают в умственном развитии.
Природа позаботилась о том, чтобы нам приятно было развивать вестибулярный аппарат. Не случайно малышам так нравится, когда их раскачивают на качелях, подбрасывают в воздух. Однако вместо того, чтобы больше двигаться, укрепляя все свое тело — от сердца до вестибулярного аппарата, человек придумал машины, которые его возят, а сам потихонечку слабеет.
Вдобавок все эти машины перегружают наш вестибулярный аппарат; нас укачивает в самолетах и на кораблях, мы устаем в авто и тупеем в метро. Можно много рассуждать о психологической подоплеке этих чувств; мы же назовем анатомическую: поскольку вестибулярный аппарат нельзя выключить, его легко перегрузить.
Волны в мозгу
Особенно тяжело приходится человеку в мире невесомости. На это обратили внимание еще первые космонавты. А Валентина Терешкова страдала от «космической болезни» столь сильно, что после ее полета специалисты долгое время не решались пускать женщин на орбиту, полагая, что женский организм чувствительнее, нежели мужской.
Со временем, впрочем, выяснилось, что это не так. И женщины ныне тоже успешно летают в космос, пройдя курс тренировки вестибулярного аппарата. А исследователи тем временем выяснили, что нервные ткани — а значит, и головной мозг человека, — куда чувствительнее к гравитации, чем принято было считать ранее. Впрочем, биологи давно уже удивляются тому, что даже одноклеточные организмы без труда определяют, где верх, а где низ.
У них ведь нет вестибулярного аппарата. Что же заставляет клетки делать выбор?
При ближайшем рассмотрении выяснилось, что даже кусочек клеточной мембраны реагирует на любые изменения гравитации изменением электрического поля. Очевидно, сама мембрана является сенсором, реагирующим на силу тяжести.
В последнее время сотрудники Хохенхаймского университета исследовали поведение сетчатки куриного глаза при резком изменении гравитации. Этот слой ткани, выстилающий заднюю стенку глазного яблока, состоит из нервных клеток. Проводить опыты с ней все равно, что экспериментировать со срезом ткани головного мозга.
Свои эксперименты исследователи проводили в самолетелаборатории. Он поднимался, летел по параболической траектории — при этом возникала невесомость, — и вновь опускался. После каждой стадии полета ученые с помощью видеокамеры следили за тем, как по сетчатке глаза цыпленка расплывается светлое пятно — Spreading Depression Waves, «распространяющиеся тормозные волны».
Обычно подобные волны движутся со скоростью три миллиметра в минуту, распространяясь то по кругу, то по спирали. Вдоль их фронта стихает всякая нервная активность. Ткань становится «электрически мертвой». Лишь через несколько минут она оживает вновь. Этот феномен был известен уже несколько десятилетий.
Однако во время полета наблюдали нечто необычное. Нервная ткань реагировала на невесомость. Всякий раз, когда самолет набирал высоту и возникала гравитационная перегрузка, волна торможения в сетчатке глаза распространялась быстрее. Когда же наступала невесомость, скорость волны падала ниже 3 мм/мин. Наконец, когда самолет пикировал и перегрузки снова росли, броское светлое пятно снова расползалось быстрее.
Ионные каналы в море хаоса
Чтобы объяснить происходившее, придется прибегнуть к одной из математических теорий — «теории хаоса», считает немецкий физиолог Вольфганг Ханке. Любые соединенные между собой в сеть нервные клетки — будь то клетки головного мозга или сетчатки глаза цыпленка, — представляют собой нелинейную систему. Малейшее воздействие на такую систему может привести к непредсказуемым последствиям.
Итак, мозг — это «хаотический орган», реагирующий на любые сигналы извне. Эта догадка пришлась по душе медикам. Они давно подозревают, что приступы мигрени, преследующие иных людей, возникают вследствие волн, распространяющихся в коре головного мозга. Эти волны возникают по малейшему поводу, что характерно для хаотических систем. Внезапный порыв ветра, падение давления, минимальная флуктуация магнитного поля — все это может вызывать появление волн депрессии в головном мозге человека, предрасположенного к ним.
В чем же причина такой чувствительности? Почему даже фрагменты клеточной мембраны реагируют на гравитацию?
Потому, что в них есть ионные каналы.
Эти каналы представляют собой поры в клеточной мембране. Они обладают ограниченной пропускной способностью. Сквозь них могут проникать отдельные ионы — электрически заряженные частицы, например, К(+) или Са(+). При прохождении ионов заряд мембраны меняется.
Впрочем, остается загадкой, почему даже одного ионного канала достаточно, чтобы мембрана реагировала на гравитацию, признает Ханке.
Тем не менее, когда костная ткань человека страдает от невесомости, очевидно, именно ионные каналы в мембранах ее клеток «чувствуют», что действие силы тяжести прекратилось. Очевидно, и наш головной мозг так же реагирует на внешнее возбуждение, как мембрана или сетчатка глаза. И нам надо привыкнуть к тому, что мозг — тончайший прибор и его может «сбить с настройки» любой посторонний сигнал.
Все это заставило исследователей на новом уровне вернуться к проблеме «космической болезни». Так, многомесячные экспедиции советских и американских космонавтов показали, что под действием микрогравитации костная ткань начинает разрушаться. Что же в таком случае будет с головным мозгом? Ведь он в течение многих месяцев, а то и лет будет находиться под действием микрогравитации. Не нарушится ли его работа?..
Александр ВОЛКОВ
