Потребность живой материи в механической энергии

С древнейших времен человек, может быть и не вполне осознанно, замечал некую связь и даже зависимость своего здоровья с физической деятельностью. Механические движения, работа - наглядно врачевали, устраняли недомогания, улучшали самочувствие. Труд не только формировал человека, но и научил его понимать связь трудовой деятельности с состоянием его самочувствия, с его силой и выносливостью. Конечно же, из трудовой деятельности возник и спорт - источник физической силы, телесной красоты, мужества и здоровья.

Как мы уже отмечали, ведущим началом эволюции была мышца, удивительное творение природы. Всевозможные формы движения от внутриклеточных механических колебаний до творческих движений руки музыканта, художника или скульптора, до строго направленных движений спортсмена, гимнастики, вихря танцев, балета - весь этот мир движений обеспечивается мышцей. С самого зарождения жизни первые сократительные элементы - предтечи будущих мышц - одновременно были и рецепторами внешних раздражений, и эффекторами, определяющими поведение (реакции) клетки и организма. Перефразируя слова Тимирязева "Лист - это растение!", А.Ф. Самойлов, развивая идеи Сеченова, сказал: "Мышца - это животное!"

По мере развития животного царства в мышечных структурах появились более чувствительные образования - элементы нервной системы. Произошло разделение функций: функцию рецепторов взяли на себя нервные элементы, эффекторов - мышцы. В дальнейшей эволюции нервная система взяла на себя всю полноту власти в управлении жизнедеятельностью организма, оставив за мышцами их рабочую механическую функцию. Эволюция пошла по пути цефализации.

Самое кардинальное явление в биологии человека стало обнаруживаться за последние два-три столетия: мышцы, как источник механической энергии, все более и более утрачивают свое значение в жизни организма. По мере развития техники доля мышечного труда убывала, заменяясь трудом машин - продуктов человеческого разума. Как указывал академик А.И. Берг, в 1850 г.94% из всей энергии, находящейся в распоряжении человека, приходилось на долю мускульных усилий, а через сто лет, в 1950 г., - только 1%! Трудно сказать, какая доля участия энергии мышц теперь, когда за последние 30 лет прибавился огромный поток энергии из новых ее источников - атомных электростанций.1

В этой поляризации функций возникает один из фундаментальных вопросов биологии - вопрос о биологической роли механической энергии, о гармонии, миллионы лет формирующейся между механическими движениями и биологическими процессами. Речь идет не только и не столько о необходимости механических колебаний в элементарных биологических процессах, сколько о гармонии более высокого уровня между механическими силами организма и его интеллектом.

Пытливый ум наших далеких предков - египтян, арабов, греков уже замечал некую связь умственной активности с физической деятельностью организма. В новейшую эпоху - в XVII-XVIII вв. - этот вопрос формулируется более определенно. По мнению, например, Вольтера, неподвижный образ жизни снижает умственную работоспособность. Дефицит движений влечет за собой изъян интеллекта. Как известно, уже в XVIII в. стали предприниматься попытки компенсировать этот дефицит движений искусственной стимуляцией мышц. С этой целью, в частности, было сконструировано вибрирующее кресло. Вибрация в известной мере утоляет сенсорный голод мышц, что, по мнению специалистов, должно устранять дисгармонию между мышечной и умственной деятельностью. Вольтер с похвалой отзывался о значении такого кресла.

Около ста лет спустя И.М. Сеченов сделал блестящее открытие: установил наличие так называемого мышечного чувства. Мышцы информируют центры мозга о своем состоянии. Функциональное состояние мышц контролируется нервными центрами. Со времен И.М. Сеченова и И.П. Павлова представление о связи мышечной и высшей нервной деятельности перешло из области гениальных догадок в область экспериментальных исследований. Теперь уже не подлежит сомнению наличие в биологической эволюции человека двух взаимопротивоположных путей развития: высшая нервная деятельность человека стремительно развивается, приобретая все большее могущество и в индивидуальной, и в общественной жизни; мышечная деятельность, напротив, утрачивает свое первородное значение. Каковы последствия такой эволюции - предсказать невозможно. Остановится ли на каком-либо уровне рекапитуляция мышц? Или этот процесс необратим? Возникает довольно драматическая ситуация - нарушаются эво-люционно сложившиеся нервно-мышечные отношения. С точки зрения биологической эволюции, это явление противоестественное.

Творцом нервной системы была мышца, так как в процессе эволюции потребовалась специальная высокочувствительная структура - нервная система и нервные элементы. За много миллионов лет эволюции нервная система приобрела ведущую роль во взаимоотношениях живой системы с окружающим миром, но без мышцы ее роль биологически бессмысленна! Так, знаменитый фантаст Г. Уэллс писал, что среди селенитов ("Первые люди на Луне") есть создания, состоящие лишь из головы-шара, заполненного мыслящей субстанцией. Великий Лунарий состоял лишь из головы диаметром в несколько ярдов, собственных мышц не было. Передвижение его в пространстве осуществлялось специальными селенитами. Но это - область фантастики. Реально же жизнедеятельность нервной системы без мышцы немыслима. Мысль есть функция нервной системы, но проявляется она через деятельность мышцы. Суть этой связи в прекрасной форме выразил И.М. Сеченов: "Смеется ли ребенок при виде игрушки, улыбается ли Гарибальди, когда его гонят за излишнюю любовь к родине, дрожит ли девушка при первой мысли о любви, создает ли Ньютон мировые законы и пишет их на бумаге, - везде окончательным актом является мышечное движение" (1952, т. I, с.9).

На данном этапе эволюции озабоченность вызывают реальные факты патологических явлений в организме в результате дефицита мышечной деятельности. Как показывают наблюдения и экспериментальные данные, патологические явления обнаруживаются во всех функциональных системах организма: в том числе в высшей нервной деятельности возникла глобальная биосоциальная проблема, именуемая гиподинамией. Одним из стимулов для разработки этой проблемы явились космические исследования. В силу невесомости и ограниченности пространства космонавты в течение полета практически не совершают мышечной работы, мышцы лишены присущей им деятельности. В связи с развитием техники, замены ручного труда машинным - проблема гиподинамии приобретает глобальные размеры и в земных условиях (Кошелев, 1976; Лобзин и др., 1979; Федоров, 1982).

По поводу экспериментальных исследований проблемы гиподинамии на животных необходимо сказать следующее. То, что экспериментатор вызывает и называет гиподинамией у животных, по своей биологической природе не соответствует гиподинамии, возникающей у человека. Гиподинамия у человека в земных условиях - это неизбежное следствие его биосоциальной эволюции. Гиподинамия, экспериментально вызванная у животных, не имеет никакой связи с процессом эволюции животного мира; это - явление, искусственно вызванное у животных. Само насилие над животными не менее мощный фактор, чем обездвиживание, определяет реакцию всех функциональных систем организма. Общеизвестно также учение И.П. Павлова о стереотипах. Нарушение привычного для данной особи стереотипа может иметь роковые для жизни животного последствия.

Насильственное нарушение свободы воли животного - это стресс, реакция на который не может быть отнесена на счет гиподинамии. Что касается человека, то и здесь в понятие гипокинезии (гиподинамии) вкладываются биологические явления, едва ли имеющие между собой что-либо общее, отражающее эволюционно обусловленную гиподинамию. В самом деле: между явлениями гиподинамии стареющего организма человека; недугом прикованного к койке работника, в силу производственных условий лишенного возможности движений; космонавта в полете - имеется лишь то общее, что люди лишены возможности проявлять мышечную активность. Но ясно, что природа этой гиподинамии во всех случаях различна, а вместе с тем и последствия ее во всех случаях будут различными. Вообще, проблема гиподинамии - явление особого рода. По своему характеру она биосоциальна и касается главным образом биологической судьбы человека. В животном мире это явление исключено. В литературном обиходе эта проблема именуется модным названием болезнь цивилизации, но цивилизация, приведшая к революции в науке и технике, не порождает эту проблему, а лишь делает ее более острой и опасной для человека. В вихре человеческой деятельности этот биосоциальный процесс веками оставался незамеченным. Теперь как-то внезапно человек вдруг ощутил значительность проблемы гиподинамии.

Слово болезнь в этой проблеме по существу также неуместно. Болезнь - понятие медицинское, а гиподинамия - понятие по своей природе не медицинское, а биосоциальное и не нуждается во врачевании, как и не нуждаются в лечении, например, голод, жажда. Гиподинамия - тот же голод, но голод сенсорный, голод в мышечной деятельности. Его лечение заключается в удовлетворении биологической потребности в движении, в механической деятельности.

Гиподинамия - дефицит движения, явление, опасное своими биологическими последствиями. Нарушаются эволюционно сложившиеся взаимоотношения центральной нервной системы, как координирующего центра, с ее исполнительными органами, и прежде всего с мышцами. Следовательно, биологический аспект гиподинамии связан с одной из координальных проблем эволюционной физиологии - проблемой взаимоотношения высшей нервной деятельности с ее рабочими органами. Эта проблема имеет уже более чем столетнюю давность. К чести русской физиологии следует отметить, что начало разработки проблемы было положено еще в 60-е гг. прошлого столетия известными физиологами И. Навалихиным Й Н. Ковалевским в Казани, И. Ционом - в Петербурге, Н. Роговичем - в Киеве (цит. по: X.С. Коштоянц, 1950).

В конце 50-х-начале 60-х гг. XIX в. И.М. Сеченов впервые высказал идею о трофической роли нервной системы. По его мнению, нервная система нужна ие только для осуществления нервно-рефлекторных актов, но она нужна и для поддержания "анатомической, химической и физиологической целостности иннервируемого органа". Нельзя не восхищаться этой изумительной прозорливостью ученого. Последующая столетняя история физиологических исследований подтвердила эту идею многочисленными экспериментальными данными. Суть идей Орбели заключается в том, что между нервными центрами и рабочим аппаратом сложились интимные, взаимозависимые отношения. Так, если деафферентировать, например, заднюю конечность собаки, то наблюдаются довольно резкие изменения в соответствующих сегментах спинного мозга. Эти сегменты, как отмечал Орбели, реагируют на все импульсы, возникающие где бы то ни было в центральной нервной системе. Следовательно, в норме импульсы, идущие от рабочих органов (с мышц конечностей), регулировали, создавали некую упорядоченность в реакциях (деятельности) нервных центров.

Это очень важное наблюдение - афферентные импульсы, идущие с мышц в центральную нервную систему (ЦНС), оказывают влияние на ее деятельность, следовательно на поведение особи. Мы не знаем механизма действия афферентных импульсов на нервные центры, но результаты этого действия доказаны экспериментально. Каково же действие ЦНС на мышцы? По данным школы Орбели, в случае перерезки моторных (двигательных) нервов наблюдается так называемая регрессивная эволюция или рекапитуляция мышц. Выйдя из подчинения регулирующего влияния ЦНС, мышцы начинают проявлять те свойства, которые были присущи им в ранний период эволюции. В частности, появляются собственные ритмические сокращения мышцы, повышается ее чувствительность к ацетилхолину и другим химическим агентам. Л.А. Орбели отмечает, что при регенерации нервов в мышце вновь восстанавливаются утраченные при перерезке свойства, причем - и это особенно надо подчеркнуть - восстанавливаются в той же последовательности, в какой они проявлялись в процессе эволюции.

Позднее известный английский физиолог В. Кеннон дал прекрасную сводку исследований, касающихся всесторонней характеристики денервированных мышц, выполненных физиологами за целое столетие, начиная с 50-х гг. прошлого до 50-х гг. нашего века. Основной закон денервации, который гласит: "Если в функциональной цепи нейронов одно из звеньев прервано, общая или частная денервация последующих звеньев цепи вызывает повышение чувствительности всех дистальных элементов (включая и неденервиро-ванные структуры и эффекторы) к возбуждающему или тормозящему действию химических веществ и нервных импульсов; повышение чувствительности сильнее в звеньях, которые непосредственно примыкают к перерезанным нейронам" (с. 20). К проблеме гиподинамии эти данные имеют прямое отношение. Они показывают, что не только денервированные мышцы, но и ряд мышц, лишенных активного движения иными причинами, лишивших ее этой активности, обречены на атрофию. Это, вероятно, явление неизбежное, природой заданное. Мышца создана для движения, вне движения ее существование биологически не оправдано. Эта идея высказывалась еще Ламарком.

Для человека в условиях НТР создается довольно драматическая ситуация. Трудовая деятельность человека все меньше и меньше нуждается в услугах мышц. Физический труд во все возрастающих темпах заменяется трудом интеллектуальным. Какова дальнейшая эволюционная судьба мышц - пока предсказать трудно. Утрата мышцами исторически сложившегося объема выполняемой ими работы, утрата активной деятельности неизбежно приводят к их атрофии.

В животном мире такой драматической ситуации нет. Это сугубо биологическое явление - атрофия мышц, лишенных природой заданной им функции движения, является результатом социальной эволюции человека. Борьба с утратой (атрофией) мышечной структуры является центральной проблемой гиподинамии. На каких биологических закономерностях может основываться эта борьба? Кеннон приводит очень важные данные исследований характера мышечной атрофии в случае денервации и в случае утраты активности при сохранении связи с нервами. Оказывается, в ряде случаев искусственная стимуляция мышц предотвращает атрофию, но только у тех мышц, у которых связь с нервными центрами сохранилась. Денервированную мышцу искусственная стимуляция от атрофии не спасает. Это очень важное биологическое явление, которое и может быть использовано человеком в борьбе с явлениями мышечной атрофии.

До сих пор речь шла о судьбе мышц при лишении их двигательной активности. Основной вывод, который следует из многочисленных исследований, заключается в том, что отсутствие двигательной активности обрекает мышцу на дегенерацию. Но мышца в организме живет не автономно. Она находится и в структурной, и в функциональной связи с нервной системой. Мы уже видели, что происходит с мышцами, если лишить их "опеки" центральной нервной системы. Но мы не знаем, что происходит в самой ЦНС при лишении ее связи с мышцами. Еще Сеченов указывал на наличие некоего мышечного чувства. Теперь благодаря работам В.Н. Черниговского широко известно, что проприоцепторы мышц посылают беспрерывно потоки импульсов в ЦНС.

Не случайно в процессе эволюции уже у амфибий в мышцах появились мышечные веретена - мощная сеть афферентной иннервации. Каков биологический смысл этих импульсов? Очевидно, идет информация о состоянии периферии, ее рабочих органов. По этому поводу хорошо сказал известный русский физиолог А.Ф. Самойлов (в статье "И.М. Сеченов и его мысли о роли мышц в нашем познании мира"): "Мы имеем право смотреть на всю центральную нервную систему и на органы чувств как на придаток к мышцам, по крайней мере в том смысле, что мышца вызвала к жизни этот придаток: нет животного, которое обладало бы ЦНС и не обнаруживало бы в своей системе мышечных элементов". Следовательно, не только мышцы находятся под постоянным воздействием ЦНС, но и ЦНС в свою очередь находится под воздействием мышц. Эта взаимозависимость сбалансирована всей многовековой эволюцией, и пока трудно предвидеть последствия нарушения этой взаимной зависимости. Еще нет сколько-нибудь удовлетворительных методов для решения проблемы: каковы последствия гиподинамии в интеллектуальной деятельности человека. Разумеется, нельзя относить за счет гиподинамии нарушения рефлекторной деятельности животных, замурованных в гипс в целях обездвижения, как это трактуется в ряде исследований. В 1924 г. И.П. Павлов в период наводнения в Ленинграде был вынужден перевести подопытных собак в верхние этажи. Этого перемещения было достаточно, чтобы вызвать необычайно сложные нарушения условнорефлекторной деятельности. Вряд ли насильственная иммобилизация животного вызовет меньший эффект в ЦНС, чем перемещение собак на другие этажи. Пока что мы вынуждены судить о влиянии гиподинамии на интеллектуальную деятельность лишь по косвенным данным, частным, иногда субъективным наблюдениям, без достаточно надежной экспериментальной основы. В заключение мы можем лишь сказать, что веками сбалансированная гармония умственной и мышечной деятельности нарушается. Что станет с умственными способностями человека в условиях гиподинамии? Эта проблема во весь рост встала перед человечеством.