В издательстве «Альпина нон-фикшн» вышла книга Вячеслава Дубынина, доктора биологических наук, профессора кафедры физиологии человека и животных МГУ им. М.В. Ломоносова, «Мозг и его потребности: От питания до признания». В ней он подробно и доступно рассказывает о разных функциях человеческого головного мозга, ментальных ловушках и причинах того или иного нашего поведения. С разрешения правообладателя проект Здоровье Mail.ru публикует фрагмент одной из глав — «Гомеостаз и поддержание здоровья».
Вячеслав Дубынин «Мозг и его потребности: От питания до признания» | Издательство «Альпина нон-фикшн»
Содержание:
Что такое гомеостаз
В данной главе мы будем разбираться, как мозг работает с внутренней средой организма. Ключевое слово в этом случае — гомеостаз. Гомеостаз (от греческого homois — «стабильный», «одинаковый» и stasis — «стояние», «неподвижность») дословно означает «одинаковое состояние». Термин «гомеостаз» ввел в употребление американский физиолог Уолтер Кеннон.
Приведем определение гомеостаза: это способность открытой системы сохранять постоянство своего внутреннего состояния посредством скоординированных реакций, направленных на поддержание динамического равновесия.
Можно и проще: гомеостаз — оптимальное стабильное состояние внутренней среды организма и способность его сохранять.
Гомеостатические процессы — это события, происходящие внутри целостного организма; они направлены на поддержание динамического постоянства его внутренней среды.
Поэтому все физиологические и многочисленные патологические реакции (нарушение кровообращения, воспаления) являются приспособительными реакциями, нацеленными на восстановление гомеостаза — постоянств температуры тела, давления и химического состава крови (О2, СО2, NaCl, концентрация глюкозы, ионов кальция, гормонов). Поддержание гомеостаза необходимо для того, чтобы органы хорошо функционировали; мозг при этом получает сигналы: «Все в порядке, организм здоров!» Когда что-то не так с сердцем или легкими, с печенью или иммунитетом, тогда необходимо восстановить утраченное равновесие. Например, если концентрация углекислого газа в крови растет, к дыхательным мышцам приходит команда увеличить активность и обеспечить удаление избытка СО2.
Если вновь обратиться к классификации потребностей по Абрахаму Маслоу, разобранной в первой главе, то данная тема лежит в основании пирамиды и относится к физиологическим потребностям. По классификации П. В. Симонова гомеостаз относится к категории витальных потребностей. Павел Васильевич особо выделял гомеостатические потребности. В их число входят программы, связанные с сердечно-сосудистой системой, дыханием, терморегуляцией. Сюда же относится деятельность системы сна и бодрствования, о которой мы еще поговорим. Но для начала разберемся c сердечно-сосудистой регуляцией, дыханием, взаимодействием с эндокринной системой, то есть с наиболее витальными функциями организма.
Стабильные параметры нашего тела
Понятие гомеостаза является одним из базовых в физиологии. Оно так же значимо, как понятие рефлекса или пластичности нервных клеток. Этот основополагающий термин позволяет одним словом охарактеризовать задачу, решаемую очень большим кругом регуляторных систем.
Действительно, телу для нормальной работы нужно, чтобы целый ряд параметров был относительно стабилен. К таким параметрам относится, например, температура.
Для человека, как теплокровного позвоночного, 36,6 ºС — идеальная видоспецифическая температура, при которой органы и ткани чувствуют себя лучше всего. Когда температура изменяется на плюс-минус полградуса, организму уже становится нехорошо; при отклонении в один градус ему явно плохо.
Из всего списка витальных потребностей дыхание наиболее необходимо для жизни. Через 20–30 секунд без поступления свежего воздуха организму уже становится плохо. При этом дыхание прекрасно поддается произвольному контролю. И потому дыхательная гимнастика — простой и доступный для каждого способ быстро переключить нервную систему с состояния стресса, волнения на процессы, которые по-настоящему важны и значимы; способ утихомирить эмоции, остановить «проговаривание» каких-то слишком назойливых мыслей.
Состояние большинства внутренних органов можно описать некими параметрами. Например, растяжение стенок мочевого пузыря, бронхов, аорты или химический состав крови внутри сосудистого русла. Поддержание стабильности таких параметров опирается на информацию, получаемую от многочисленных нервных волокон-рецепторов — температурных, химических, механочувствительных, расположенных во всех органах и в самой нервной системе (например, в гипоталамусе, в продолговатом мозге). Получив сенсорные сигналы («интерорецепция»), мозг запускает рефлекторные реакции. При этом работают, как правило, врожденно сформированные цепочки нейронов.
Если вдруг состояние отклоняется от идеала, то реакция будет направлена на то, чтобы вернуться обратно к «точке нормы».
Подобного рода системы, которые отслеживают некий параметр и, если он отклоняется, возвращают в исходное положение, называются системами с отрицательной обратной связью. То есть, если какой-то параметр вырос, существует способ уменьшить его значение, а если что-то понизилось, то сработает механизм, позволяющий повысить величину показателя, вернуть ее к идеалу. Эти обратные связи мы сейчас и будем разбирать, рассуждая о разных системах.
От чего зависит здоровье и продолжительность жизни
То, насколько качественно работает наша вегетативная нервная система и центры, которые принимают информацию от внутренних органов, определяет наш уровень здоровья и даже продолжительность нашей жизни.
Зоологи, которые изучают и сравнивают различных позвоночных животных, прежде всего млекопитающих, вывели эмпирическое уравнение связи продолжительности жизни с параметрами организма:
L = 5,5 Е0,54 S–0,34 M–0,42,
где E = масса мозга, S = масса тела, M = скорость обмена веществ.
Формула означает, что продолжительность жизни млекопитающего L (в годах) увеличивается при росте массы мозга Е (в граммах), снижается при росте массы тела S (в граммах) и также снижается при росте скорости обмена веществ М (в калориях на грамм за час).
Начнем со скорости обмена. Здесь у Homo sapiens все неплохо: человеческие 36,6 °C — это весьма низкий показатель, и наш организм «сгорает» довольно медленно. Еще более приятная новость состоит в том, что параметры E и S тесно связаны, и, когда биологический вид в ходе эволюции увеличивает массу, мозг тоже обычно пропорционально увеличивается. Отчасти эти два процесса компенсируют друг друга, но все же показатель степени при параметре E выше по абсолютному значению, чем при параметре S. То есть большое существо с мозгом, составляющим 1% от массы тела, будет жить дольше, чем маленькое существо с аналогичным (1% от массы тела) мозгом. Мы — крупные млекопитающие, и это хорошо. И наконец, самое важное: в разных отрядах млекопитающих мозг составляет разную долю от массы тела. Обезьяны с этой точки зрения — лидеры.
Выдающаяся бразильская исследовательница нейроанатом и нейроцитолог Сюзана Геркулано-Хузель провела на данный момент довольно полный анализ параметров мозга рептилий, птиц, млекопитающих и убедительно показала: у обезьян в принципе крупный (по отношению к массе тела и в сравнении с грызунами, хищными, копытными) мозг. Он крупный у игрунок, капуцинов, павианов, человека. Пропорция примерно стабильна, и из этого ряда выпадают только наши ближайшие родственники — гориллы, шимпанзе, орангутаны. У них пропорция меньше, и С. Геркулано-Хузель пишет о них как о «приматах со слишком большим телом», необходимым для переваривания значительного количества растительной пищи. Мы же в эту ловушку не попали, поскольку стали использовать огонь и термически обрабатывать еду, но это уже отдельная история…
Для нас, Homo sapiens, все это особенно важно еще и потому, что на самом деле обезьяны — довольно примитивные плацентарные. Если взять представителей других отрядов, то по структурно-функциональному совершенству большинства систем организма приматы окажутся ниже.
Самые примитивные ныне живущие плацентарные, как известно, — это насекомоядные. К ним относятся ежики, кроты, землеройки. Второе место по примитивности занимают летучие мыши, третье — лемуры и обезьяны. А вот дальше идут различные копытные, хищные, китообразные, грызуны, хоботные и так далее. У Ноmо sapiens многие системы довольно несовершенны.
Например, зубы. У большого числа «нормальных» млекопитающих зубы самозатачивающиеся либо постоянно обновляющиеся. Например, у слона по мере стирания коренных зубов (а их всего четыре) растут новые. Так бы и человеку! Тогда дантисты были бы не нужны. Или, например, потовые железы. В таком количестве потеть для сухопутного существа неэкономично. При потении мы теряем соли и много воды, что весьма непросто восполнять.
То есть, строго говоря, у нас довольно плохо устроенный организм. Но этим несовершенным организмом управляет замечательный мозг, который научился компенсировать недостатки телесной организации. Поэтому человек среди млекопитающих своего размера живет дольше всех. Если сравнить небольшого оленя или пантеру весом 60–70 кг и человека, то мы увидим, что человек живет дольше, и это, конечно, замечательно. Мы должны благодарить наш мозг за точность регуляции.
Подобная ситуация наблюдается и в случае другого класса теплокровных позвоночных — птиц. Вороны и попугаи — это группы с самым большим (по отношению к массе тела) мозгом. Всем, наверное, известно, что они долго живут, по крайней мере заметно дольше других птиц.
Причина наблюдающихся закономерностей, повидимому, в том, что рефлекторные дуги, которые управляют гомеостазом, только в основе своей врожденные. В процессе жизни мозг учится реализовывать вегетативные навыки все лучше и лучше. Это происходит практически без участия сознания.
Особенно важен в этом смысле первый год жизни. Ребенок родился, и, казалось бы, что он делает первые полгода? Спит, ест, пачкает памперсы — и все. Но, оказывается, именно сейчас, в начальные пять-шесть месяцев жизни наиболее интенсивно формируются и настраиваются важнейшие гомеостатические программы. В это время, еще не очень интенсивно реагируя на окружающий мир, мозг ребенка учится управлять сердцем, сосудами, кишечником. И от того, насколько удачно новорожденный прошел первые полгода-год жизни, потом зависит уровень его здоровья и конечная продолжительность жизни. Поэтому так опасны, например, ранние тяжелые инфекционные заболевания. Плохо на состоянии мозга отражается материнская депривация. И конечно, ребенку для здоровья крайне желательно нормальное грудное вскармливание.
Важно, чтобы в первые месяцы после появления на свет младенцу было максимально комфортно. В этот период закладывается уровень его здоровья на всю жизнь.
Конечно, потом мы можем этот уровень корректировать за счет сознательных усилий, зарядки, диеты, закаливания, режима дня и т. д., но первый год в этом смысле колоссально значим.
Большинство систем нашего организма рассчитаны примерно на 40 лет беспроблемной работы. Продолжительность жизни людей в каком-нибудь первобытном племени, например в Амазонии или в джунглях Борнео, составляет примерно 30–35 лет. А если вокруг тигры бродят и ядовитые змеи ползают, то еще меньше. То есть продолжительность жизни человека в обществах, приближенных к первобытным, крайне невелика. И до проблем с инсультом, инфарктом, онкологией, а тем более до болезни Альцгеймера человек раньше вообще не доживал. Слишком велика была вероятность, что мужчину к 30 годам убивали дикие звери во время охоты или он погибал в стычках с соседним племенем. А бедная женщина после первой же овуляции шла замуж и, начиная с 12–13 лет, рожала, потом еще и еще, каждый год. Понятно, что к 30 годам она могла родить 10–20 детей, две трети из которых умирали от инфекционных заболеваний и травм. Организм женщины к этому возрасту был уже в полностью разбитом состоянии.
Делаем вывод, что исходного ресурса на 100, на 200 лет жизни в нашем организме нет.
Но если дать возможность человеку жить в комфортных и цивилизованных условиях, обеспечить его антибиотиками, прививками, стентами, кардиостимуляторами, своевременной хирургией, иммуно- и химиотерапией, то он, конечно, проживет дольше.
По сравнению с первобытным обществом в последние века заметно улучшились питание и гигиена. Благодаря вакцинации и антисептикам, пенициллину, стрептоциду и их «собратьям» к середине XX века человечество стало жить на 20–30 лет дольше. И это в масштабе планеты. Люди практически во всех странах стали перешагивать через 50-летний рубеж достаточно просто. И следующий слой массовых проблем составили сердечно-сосудистые заболевания.
После 40 лет у человека сердце стареет, хуже работают клапаны, аорта уже не такая эластичная. Гипертония у половины населения фатально начинает развиваться просто из-за того, что происходит старение. Поэтому контроль параметров сердечно-сосудистой системы особенно важен, сейчас в России сердечно-сосудистые заболевания — это основная причина смертности.
Смертность от болезней, связанных с сердечно-сосудистой системой, в России составляет более 50% случаев. Заметно меньше (но тоже очень много) гибнет от онкологии — около 20%; онкология — это в основном проблемы с иммунной системой. Смерти от травм, самоубийств, автокатастроф и прочих несчастных случаев дают около 10%; «быстрые» инфекции уносят жизнь тоже почти 10% (в большинстве своем это старики). Остальное — нейродегенерации, гормональные заболевания, СПИД, туберкулез, гепатиты…
Сейчас средняя продолжительность жизни в Российской Федерации превысила 70 лет. В 1990-е годы она, в сравнении с СССР, значительно снижалась в связи с тяжелой экономической ситуацией. С 2002–2004 гг. средняя продолжительность жизни стабильно увеличивается. При этом Россия пока не входит даже в первую сотню стран с наивысшей продолжительностью жизни; весьма многие развитые страны уже шагнули за рубеж в 80 лет. Причиной того, что мы серьезно отстаем по этому параметру, является не только экономика и уровень развития и доступности медицины, но также масса других проблем, связанных прежде всего со спецификой образа жизни: массовое курение, тотальное потребление больших количеств алкоголя, высокий уровень правонарушений (и доли населения в «местах не столь отдаленных»). По этим-то показателям мы в первой пятерке. А еще — наркомания, СПИД, травмы.
Характерны и половые различия. Даже в самых развитых странах женщины живут на три-пять лет дольше мужчин. Почему — с удовольствием объяснят генетики. Если кратко, то Y-хромосома, конечно, доминантная (именно она определяет мужской пол), но размер у нее маленький, и в ней нет более 500 генов, которые есть в X-хромосоме. В итоге женщины, у которых две X-хромосомы, более защищены от мутаций: если какой-то ген, присутствующий в Х-хромосоме, поврежден, то в ее гомологичной паре есть запасной. У мужчин такая «страховка» отсутствует, у них только одна Х-хромосома. Это, конечно, повышает комбинативную изменчивость в популяции (что выгодно для вида вообще), но одновременно делает мужчин более уязвимыми в отношении наследственных составляющих многих заболеваний. В нашей стране разница между продолжительностью жизни мужчин и женщин просто вопиющая — 10–12 лет, мужчинам особенно непросто живется в России.