Осторожно, спорт! О вреде бега, фитнеса и других физических нагрузок

Такие цепочки из соединенных между собой нервных клеток доходят до каждого органа нашего тела — до каждой мышцы, вызывающей движение, до каждой железы, вырабатывающей гормоны, и до каждого органа, выполняющего свою строго определенную функцию. По пути каждый нейрон посредством дендритов соединяется с миллионами других нейронов, что создает внутри нашего тела настоящий «нейронный Интернет» с примерно 100 триллионами синапсов (нейронных связей). Внутри этой невероятно сложной сети ежесекундно передаются триллионы сигналов и совершаются триллионы операций, в результате чего производятся столь простые рефлекторные действия, как моргание глазами, или порождаются столь таинственно непостижимые явления, как человеческая мысль.

Такая анатомия мозга объясняет его высокую подверженность травмам. Когда я читаю лекции по черепно-мозговым травмам студентам и интернам, я всегда заставляю их вспомнить кое-какой материал из школьной программы физики. Поскольку изучение в школе хотя бы одного курса физики является обязательным требованием для поступления в медицинский вуз, все мои студенты были вынуждены продираться сквозь дебри этой сложнейшей науки. И, хотя некоторым это даже нравилось, применимость физических знаний в повседневной медицинской практике весьма незначительна.

Нейронные связи

Однако нейрохирургам, лечащим черепно-мозговые травмы, такие знания могут пригодиться. Поэтому я напоминаю своим студентам второй закон Ньютона:

F = та.

Этот закон гласит, что сила, действующая на тело, равна произведению массы на ускорение. Это универсальное уравнение. Оно помогает доставлять астронавтов в космос, в свое время позволило Иоганну Кеплеру вывести законы движения планет, также оно объясняет, почему человеческий мозг столь плохо переносит резкие изменения в своем состоянии покоя или движения.

Черепно-мозговая травма может возникать в двух случаях: когда на находящуюся в состоянии покоя голову воздействует движущийся предмет либо когда находящаяся в состоянии движения голова ударяется о неподвижный предмет, что приводит к резкому изменению скорости ее движения, иногда до полной мгновенной остановки. Поскольку нервные клетки состоят из двух столь анатомически разных структур — клеточных тел, образующих серое вещество (св), и аксонов, образующих белое вещество (бв) — они неоднородны по массе. Другими словами,

то есть масса серого вещества не равна массе белого вещества.

(Оставайтесь со мной. В конце концов это всего лишь физика!)

Однако сила, прилагаемая к голове травмирующим предметом, прилагается одинаково и к серому, и к белому веществу. То есть

Отсюда мы можем вывести два уравнения:

Поскольку на обе части нейрона воздействует одинаковая травмирующая сила, левые части уравнений равны. Значит, правые части уравнений также должны быть равны:

Но, как нам известно, их массы не равны. Следовательно, придаваемое им ускорение также не может быть равным, то есть

Представьте себе ситуацию, когда находящийся в состоянии покоя мозг получает резкое ускорение под воздействием внешней силы. Или же находящийся в движении мозг подвергается резкому торможению (отрицательному ускорению) при столкновении с неподвижным предметом. Приведенные формулы говорят нам, что при этом серая и белая части нейрона ускоряются или тормозят с разной скоростью.

А теперь представьте себе мягкую длинную лапшу, которая находится в натянутом состоянии и движется в пространстве. Если произойдет внезапная остановка и разные концы этой лапши затормозят с разной скоростью, лапша деформируется. Или, если сила достаточно велика, она может порваться.

Нейрон реагирует точно так же. Разное ускорение частей одного нейрона в результате воздействия травмирующей силы приводит к повреждению в месте соединения аксона и клеточного тела, то есть на границе серого и белого вещества.

При легкой травме нейрон временно прекращает функционировать. Повреждение происходит на биохимическом уровне. Передача сигналов между нейронами осуществляется электрическим путем за счет движения ионов натрия, калия и кальция через клеточную мембрану нейрона. Травма приводит к нарушению этого процесса, и нейрон перестает работать. Если затронуто достаточно большое количество нейронов, происходят неврологические изменения, такие как описанное выше классическое сотрясение мозга с мгновенной потерей сознания, что обусловлено одновременным выходом из строя сразу множества нейронов. Другой типичный пример такого рода — когда вы слишком долго сидите со скрещенными ногами, они затекают, что сопровождается онемением и покалыванием. Еще пример — ощущение, словно от удара электрическим током, с последующим покалыванием в руке, когда вы сильно ударяетесь локтем и задеваете локтевой нерв.