Ах, как кружится голова...

Комаров С.М.
(«ХиЖ», 2016, №6)

В 2011 году Игнобелевскую премию по физике вручили за выяснение причин таинственного феномена: почему у дискоболов голова часто кружится, в отличие от метателей молота. Лауреаты — Филипп Перрин, Сирил Перро, Бруно Рагару, Доминик Девитерне из университета Нанси и Херман Кингмас из Маастрихтского университетского госпиталя. В 2005 году Филипп Перрин стал президентом Европейского общества клинических исследований расстройств систем равновесия.


2016_06_38.jpg

Художник Н.Колпакова


В каком-то смысле человека исследовать гораздо сложнее, чем разбираться в строении элементарных частиц: их-то можно разбить на составляющие в ускорителе, а понять причины того или иного поведения человека удается только по косвенным признакам, наблюдая за реакцией на различные раздражители. Поэтому физиолог никогда не оставит без внимания какую-либо неожиданную реакцию — если ее объяснить, то получится новое знание, которое станет очередным самоцветом в сокровищнице науки о человеке. Примерно так и обстоит дело с головокружением дискоболов.

Тот факт, что, если крутиться, закружится голова, известен практически всем. Причина — в расстройстве деятельности вестибулярного аппарата. Выглядит это примерно так. Человек перестал кружиться, например сошел с карусели. Но мозг все еще считает, что вращение продолжается, и подает соответствующие сигналы органам тела. Рассогласование этих команд с реальной ситуацией и приводит к головокружению как защитной реакции. Когда виртуальная действительность, сформировавшаяся в мозгу, совпадет с реальностью, головокружение закончится. Это теория.

Практика выглядит сложнее. И дискобол, и метатель молота кружатся примерно одинаково, только что один раскручивает диск, а другой — молот. Тем не менее у первых голова кружится очень часто, в семи случаях из одиннадцати, а у вторых никогда, хотя на тренировках они мечут молот по десять, а то и двадцать раз подряд. Головокружение же у дискоболов, особенно во время тренировок, — весьма сильное, порой до тошноты. То есть это не какое-то легкое недомогание, от которого можно отмахнуться. Не удалось приписать это индивидуальным особенностям: добрая половина участников эксперимента метала и диск, и молот, однако головы у них кружились лишь в первом случае. Спортсменам надо было как-то помочь: все-таки регулярные головокружения — отнюдь не то ощущение, которого ожидает человек, занимающийся легкой атлетикой. Ну а если не помочь, то хоть как-то объяснить им причину недомогания.

Ученые решили досконально исследовать, как двигаются люди при выполнении броска, и выявили одиннадцать эпизодов движения у дискобола и пятнадцать — у метателя молота. Оказалось, что дискобол только в двух эпизодах фиксировал свой взгляд на диске или на цели и это занимало лишь 5% времени раскручивания. Метатель же молота фактически не сводил глаз со своего снаряда: двенадцать эпизодов, или 70% времени. Другое серьезное различие касалось движения шеи. Голова дискобола постоянно меняет положение: относительно туловища она неподвижна лишь на протяжении пяти эпизодов, или 59% времени, а метатель молота подобен скале: 99% времени его голова не двигается относительно туловища. Помимо этого метатель молота всегда касается земли хотя бы одной ногой, а дискобол в момент перед броском подпрыгивает. Именно в этот момент организм окончательно запутывается и утрачивает связь с реальностью. В самом деле, глаза дискобола не зафиксированы ни на одном предмете, видимые объекты стремительно проносятся перед его взором, и мозг не успевает обработать визуальную информацию. При прыжке же утрачивается и тактильная информация: мозг перестает понимать, как тело человека расположено в пространстве. Головокружение служит компромиссом, который находит мозг, чтобы выйти из безнадежной ситуации.

Кстати, про этот эффект знают коллеги метателей по спортивному цеху — фигуристы. При выполнении быстрых вращательных движений они покачивают головой, а на каждом обороте фиксируют взгляд на каком-то предмете неподалеку. Если же зафиксировать взгляд не на чем, например как бывает у горнолыжника, попавшего при спуске в густой туман, то голова может закружиться и без всяких вращательных движений; даже для того, чтобы понять, едешь ты или уже стоишь, нужно как следует сосредоточиться. Люди, побывавшие в этой ситуации, почему-то называю свое состояние «полной астролябией», видимо, слово красивое.

Хорошо, что бросок диска на соревнованиях длится недолго. На тренировках спортсмена заставляют совершать при разгоне диска не один оборот, а два или три: в этом случае головокружение усиливается, порой проявляется не после броска, а во время выполнения разгона, да еще начинается тошнота. Длительные же расстройства вестибулярного аппарата чреваты гораздо более серьезными последствиями. Специалисты по космической медицине, которые работали с первыми космонавтами, рассказывают (см. «Химию и жизнь», 2008, 9), что от этого Герман Титов чуть не лишился рассудка. За 25 часов он облетел Землю семнадцать раз и на очередном витке вдруг увидел, что планета разваливается на куски. Причиной было именно нарушение ориентации: в нашем организме за нее отвечают прежде всего отолиты — небольшие кристаллы кальцита, расположенные во внутреннем ухе. Под действием силы тяжести они давят на соответствующие рецепторы, сообщая организму, где верх, а где низ. В невесомости этот механизм нарушен, что и приводит к столь серьезным психологическим проблемам даже у таких тренированных людей, каким был второй космонавт Земли. Впоследствии эту особенность работы вестибулярного аппарата учли при подготовке космонавтов.

Что касается дискоболов, авторы дают такое объяснение. В мозгу сходится несколько картин окружающего мира; одна создается на основе визуальной информации, другая — на информации от отолитов, третья — на данных рецепторов в конечностях и других частях тела. В частности, информация о вращении может идти от гипотетических гравицепторов, расположенных в туловище, от колебания внутренностей. Свой вклад вносит и так называемая проприоцептическая информация — информация о взаимном расположении частей тела, которая формируется в результате обработки сигналов от туловища, бедер и нижних частей конечности. Вот эти-то картины и не может совместить мозг дискобола, обманутый его сложными движениями.

Разные разности

05.02.2019 15:30:00

В числе награжденных оказался и наш постоянный автор Аркадий Курамшин, ставший лауреатом в специальной номинации за «Популяризацию химии»

>>
04.02.2019 14:00:00

...в «Physical Review Letters» готовится к публикации статья о материале, обладающем сверхпроводимостью при температуре, близкой к комнатной...

…президенты академий наук КНР и США заявили о необходимости срочно выработать международное соглашение по генному редактированию клеток зародышевой линии человека...

...результаты добровольной алкоголизации крыс, которые оценивали в различных тестах, говорят о том, что решающий фактор склонности к потреблению этанола — низкая адаптивность...


>>
29.01.2019 16:00:00

Восемь лет назад В.И.Глазко рассказал нашему журналу про гипотезу отбора на дурака. Согласно ей, стресс ведет к тому, что среди эмбрионов выживают менее специализированные формы. В таких условиях резко снижаются качество нового поколения и, если речь идет о человеке, его умственные способности. Похоже, что исследователи из Лейденского и Лундского университетов нашли механизм такого отбора.

>>
23.01.2019 10:00:00

Горлица — дикий голубь, довольно близкий родственник обитающих в городах голубей. Считается, что охота и исчезновение сорняков на полях Европы ведут к уменьшению численности этих птиц, и она попала в список уязвимых видов. Есть и еще одна причина: вытеснение кольчатой горлицей.

>>
09.01.2019 10:00:00

…на Марс совершила посадку первая геофизическая обсерватория InSight, представители NASA заявляют, что работы будут протекать по плану...

…человек может наследовать митохондрии не только от матери, но также от отца, и это бывает причиной патологий...

…возраст образцов наскальной живописи на острове Борнео — не менее 40 тыс. лет; на сегодня это самые древние изображения...


>>