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

12.09.2018 18:00:00

Сотрудники геологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова провели исследования арктического кратера на полуострове Ямал, выяснили причину его образования и открыли новое геологическое явление, ранее известное только для ледяных планет и планетоидов.

>>
07.09.2018 10:00:00

Сотрудник кафедры зоологии позвоночных МГУ имени М.В. Ломоносова в ходе международной экспедиции нашёл и описал новый вид тонконогих чесночниц. Вид назвали Leptobrachium tenasserimense.

>>
04.09.2018 10:00:00

...возможно, на Марсе есть подледное озеро жидкой воды шириной 20 км...


...редактирование геномов с помощью CRISPR-Cas9 может вызывать обширные делеции и геномные перестройки, затрагивающие многие тысячи нуклеотидов и потенциально патогенные...


...гугл-очки с функцией распознавания эмоций по выражению лица снижают проявления аутизма у детей...


>>
31.08.2018 10:00:00

Однозначно ответить на вопрос, какая сила позволяет паукам летать на своей расправленной паутине, никто не может почти двести лет. Похоже на электрическое явление, но никто пока что не собрался изучить связь паука с электричеством. Этот промах исправили Эрика Морли и Дэниэл Роберт из Бристольского университета.

>>
29.08.2018 13:00:00

Ответ на вопрос, заданный в заголовке, искали орнитологи во главе с Мартином Найфеллером из Базельского университета. Правда, не для всех птиц, а для тех, что уничтожают вредителей садов и огородов.

>>