Цивилизация
Что представляет собой наш позвоночник? Действительно ли это, как утверждают некоторые эволюционисты, переделанная наспех, несовершенная конструкция, предназначенная служить главной цели — освободить наши руки? Обсуждение этого вопроса со многими хирургами-ортопедами и специалистами по сравнительной анатомии убедило меня в том, что здесь требуется более тонкий подход и что человеческий позвоночник был (во многом беспочвенно) оклеветан антропологами-эволюционистами. Возьмем, например, боли в пояснице. Джон О'Дауд, консультирующий хирург-ортопед в Лондонской больнице Святого Томаса, не оспаривает тот факт, что боли в пояснице являются поистине эпидемией мирового масштаба, но объясняет, в чем заключается сложность ситуации с медицинской точки зрения. Проблема в том, что повреждения позвоночника могут не сопровождаться болями в пояснице, и наоборот, боли в пояснице могут не сопровождаться явными признаками патологии. Многие исследования показывают, что боли в пояснице одинаково часто встречаются у людей как с нормальным, так и с больным позвоночником. Источник боли может находиться в какой-нибудь мышце или связке, которую трудно увидеть при помощи МРТ или других методов диагностики, или, как отмечает О'Дауд, за боль может нести ответственность не столько спина, сколько мозг. Хотя настоящие психосоматические боли в спине — явление редкое, психологический фактор тоже может играть свою роль. Представьте, что вы живете с партнером, который вынужден заботиться о вас из года в год, потому что у вас больная спина. Однажды вы идете к врачу, и он говорит вам, что у вас нет никаких патологий в спине.
Ваши отношения с партнером будут поставлены под угрозу.
Точно так же люди «знают», что покажет сканирование их позвоночника, еще до того, как они его сделают, потому что им известно, что они должны увидеть, чтобы обосновать свои боли в спине. Худшая вещь для этих людей — увидеть, что их спина совершенно нормальна!
О'Дауд считает, что позвоночник человека прекрасно подходит для вертикальной нагрузки. У большинства людей он отлично выполняет свои функции на протяжении восьмидесяти лет и дольше и сохраняет свою силу, гибкость и упругость даже при значительных повреждениях. По мнению О'Дауда, позвоночник — настоящее чудо природной инженерной мысли. Специалисты по сравнительной анатомии склонны с ним согласиться и, что примечательно, утверждают, что в вертикальном человеческом позвоночнике нет ничего особенного и многие проблемы, с которыми мы сталкиваемся, точно так же характерны для четвероногих животных.
Одно из главных эволюционных новшеств в человеческом позвоночнике — его S-образная форма с физиологическими лордозами в шейном и поясничном отделах и физиологическим кифозом в грудном отделе. Большинство гипотез объясняют этот изгиб тем, что он необходим для удержания вертикального положения. Но если подумать, жесткий вертикальный стержень позволил бы сделать это гораздо лучше. Майк Адамс, профессор сравнительной анатомии из Бристольского университета, считает, что секрет S-образной кривой — в ее способности амортизировать ударные нагрузки. S-изгибы отлично противостоят сжатию, которое в очень жесткой, прямолинейной структуре создало бы громадные нагрузки. При каждом нашем шаге эти изгибы действуют как пружина. Они постоянно находятся в состоянии упругого напряжения и легко поглощают ударную энергию. Но такая пружиноподобная деформация позвоночника возможна лишь в ограниченных пределах: мощные, идущие вдоль всего позвоночника мышцы — выпрямители спины (параспинальные мышцы) не позволяют этим изгибам сжиматься и растягиваться слишком сильно.
Разумеется, S-образная форма может приводить к проблемам. Людей с «круглыми» и горбатыми спинами — легион. Еще чаще проблемы возникают в нижней части спины — в области поясницы. Как правило, это связано со сжимающей нагрузкой — вертикальной силой, которая действует на позвоночник перпендикулярно межпозвоночным дискам. Эта нагрузка частично создается земной силой тяжести, поэтому в нижней части позвоночника она больше, чем в верхней. Но она также создается усилием параспинальных мышц, которые всегда находятся в напряженном состоянии, чтобы удерживать нас в вертикальном положении. Они генерируют такую же компрессионную нагрузку, как и сила тяжести, особенно когда мы поднимаем значительный груз.
Позвоночник человека в определенной степени приспособлен для того, чтобы справляться с этой нагрузкой. Наши нижние позвонки больше и мощнее, чем верхние, и, поскольку нагрузка характеризуется силой, приходящейся на единицу площади, сжимающая нагрузка остается одинаковой в любой точке вдоль позвоночника. Исходя из этого, Майк Адамс утверждает, что чаще всего патологию нижнего отдела позвоночника вызывает не сжатие, а сгибание.
Донал Макналли, профессор анатомии в Ноттингемском университете, согласен с этим и добавляет, что мышечное сжатие позвоночника у четвероногих ничуть не меньше, чем у нас, прямоходящих. Представьте себе гепарда, который охотится за газелью. Мгновенное ускорение, высочайшая скорость, резкие повороты и прыжки заставляют параспинальные мышцы работать на пределе возможностей, создавая огромные нагрузки на позвоночник. Спазм этих параспинальных мышц может быть чрезвычайно мощным и разрушительным. Например, свиньи, которых выращивают ради бекона, имеют массивные спинные мышцы.
Иногда на бойне из-за неправильного применения электрошока эти мышцы сжимаются в таком сильном смертельном спазме, что даже раздавливают позвонки (их осколки часто встречаются в мясе).
Даже у людей эти мышцы настолько сильны, что во время эпилептического припадка их судороги могут приводить к компрессионным переломам позвонков.
Хотя это может показаться удивительным, изменение положения позвоночника с горизонтального на вертикальное фактически не повлияло на те компрессионные нагрузки, которым подвергается позвоночник в результате действия мышц. Например, поясничный отдел мужчины при поднятии груза в среднем испытывает сжимающую нагрузку около двух тысяч ньютонов, из которых всего триста ньютонов приходится на вес головы, плечевого пояса и грудной клетки, давящей вниз. Позвоночник человека нагружен точно так же, как у четвероногих, говорит Макналли, а переход к прямохождению не так уж сильно изменил его первоначальную «конструкцию» и характеристики. На самом деле, замечает Макналли, люди уникально адаптированы для того, чтобы снизить эту мышечную нагрузку на позвоночник благодаря значительному уплощению наших тел в переднезаднем направлении (сравните нашу грудную клетку с круглой бочкообразной грудной клеткой у горилл), что позволяет существенно уменьшить изгибающие моменты.
Что нам действительно дала эволюция, объясняет Макналли, так это пластичную костно-мышечную систему, которая с течением времени способна меняться — функционально перестраиваться, чтобы справиться с возлагаемыми на нее нагрузками. Наши мышцы, кости и мягкие ткани становятся сильнее, если постоянно заставлять их работать. Это одна из причин того, почему боли в спине не являются особой проблемой для людей, чья работа связана с регулярным переносом тяжестей. Их спина перестраивается, чтобы успешно справляться с такими нагрузками. Гораздо большей опасности в этом отношении подвергаются так называемые «солдаты выходного дня», которые в воскресенье решают перекопать весь сад или совершить другие трудовые подвиги на приусадебном участке.
Как указывает Макналли, многие проблемы с позвоночником, с которыми сталкиваются люди, точно так же встречаются у четвероногих, особенно у таких «спортивных» животных, как лошади и гончие собаки, а также у животных-долгожителей. Благодаря улучшению ветеринарной помощи за последние несколько десятилетий количество животных преклонного возраста существенно увеличилось. У хондродистрофичных пород собак, у которых нарушено формирование хрящевой ткани, таких как таксы, пекинесы, бигли и пудели, ранняя дегенерация дисков является системным заболеванием и может начинаться уже в полуторагодовалом возрасте, и даже не хондродистрофичные собаки, такие как овчарки, ретриверы, лабрадоры и доберманы, к восьмому году жизни уже часто страдают от дегенерации дисков.
Мы виним эволюцию во всех наших бедах с позвоночником, говорит Майк Адамс, из-за ее скупости. Она практически не дала нам права на ошибку. Мы развили массивные поясничные позвонки с толстыми амортизирующими межпозвоночными дисками, которые очень эластичны и устойчивы к травмам. На самом деле они гораздо надежнее искусственных протезов, которыми хирурги-ортопеды заменяют поврежденные диски. Проблема в том, что, когда эти диски травмируются, они почти не поддаются восстановлению. Межпозвоночные диски фактически лишены кровоснабжения, поскольку никакие кровеносные сосуды не выдержали бы колоссальных сжимающих нагрузок. Ситуацию усугубляет очень низкая плотность клеток в хрящевой ткани. Из-за отсутствия хорошего кровоснабжения, которое стимулировало бы образование новых клеток на месте травмы, диски почти не способны восстанавливаться, и в них начинаются дегенеративные процессы. Мало того, что эволюция снабдила нас сложнейшим «одноразовым» механизмом, так еще и наша культура не способствует правильному обращению с этим механизмом. В западном обществе мы лишаем себя гибкости в позвоночнике, особенно в его поясничном отделе. Мы целыми днями сидим на стульях и теряем подвижность. Для сравнения Адамс приводит представителей африканских и индейских племен, которые много двигаются и часто сидят на корточках.
В результате даже во взрослом возрасте у них сохраняется такая же подвижность позвоночника, как в детстве.
Когда у вас гибкая поясница, ваши диски остаются упругими и эластичными и их гораздо труднее повредить при сгибании и скручивании. Но, если вы теряете эту подвижность, любое сгибание создает значительные нагрузки на позвоночник, приводя к синдрому «солдата выходного дня».
Поведение дисков при травмировании позволяет объяснить глобальную эпидемию болей в спине. Здоровые диски просто не могут чувствовать боль. Поскольку они являются амортизирующими подушками, принимающими на себя всю сжимающую нагрузку на позвоночник, то не снабжены ни кровеносными сосудами, ни нервами. Но при соскальзывании позвонков или грыже в диске могут образоваться радиальные трещины, через которые внутрь него начинают прорастать кровеносные сосуды и нервы. В результате может начаться вымывание жизненно важных молекул, отвечающих за гидратацию диска, а также приток в диск иммунологических факторов, вызывающих местное воспаление. Именно это воспаление и вызывает боль.
Кроме того, мы не предназначены для того, чтобы очень долго и неподвижно находиться в вертикальном положении, как это часто происходит сегодня. Дело в том, что в таком положении нагрузка концентрируется на задней части межпозвоночного диска и дуге позвонка. Когда мы стоим прямо, значительная часть нагрузки передается через маленькие хрупкие апофизарные суставы на задней части позвонков. Известно, что старые люди становятся заметно меньше ростом. Во многом это вызвано тем, что дегенерация дисков приводит к сокращению расстояния между позвонками и увеличивает нагрузку на апофизы позвонков. У молодых людей на эти апофизарные суставы приходится менее 10% всей сжимающей нагрузки на позвоночник, но к 50 годам эта нагрузка увеличивается до 20–30%, особенно при лордотической осанке. При уплощении межпозвоночных дисков через эти очень деликатные суставы может передаваться до 90% всей сжимающей нагрузки. Это приводит к значительному ремоделированию костной ткани, избыточному росту костных образований (остеофитов) и остеоартриту.
Но эволюция постаралась компенсировать эти недостатки весомым преимуществом. Она наделила наш скелет способностью к быстрому и значительному адаптивному ремоделированию. С одной стороны, в ударной руке Энди Маррея или Роджера Федерера имеется на 35% больше костной массы, чем в вашей или моей; с другой стороны, если вы проведете шесть месяцев в постели, ваша костная масса уменьшится на 15%. Адаптивное ремоделирование позволяет нашим телам увеличивать костную массу, когда это необходимо, и экономить ценные ресурсы путем ее сокращения, когда она не нужна. Именно способность к такой перестройке мышц и костей является одной из причин того, почему суперспортсмены, такие как Усэйн Болт, сегодня могут устанавливать новые мировые рекорды, намного превосходящие рекорды их предшественников, — человеческое тело еще не достигло пределов своих возможностей.
Хотя я считаю, что мы должны с достаточным скептицизмом отнестись к мрачному взгляду Брюса Латимера на здоровье человеческого позвоночника, существует три серьезные проблемы, присущие лишь человеку и его предкам, в которых во многом повинно наше вертикальное положение.
Это остеопороз, беременность и роды и сколиоз.
Остеопороз представляет собой сложное метаболическое и гормональное заболевание, но в нем замешан и биомеханический фактор. Кости состоят из двух типов тканей: кортикальной ткани (твердой и плотной), которая образует внешнюю часть скелетных структур, и губчатой, или трабекулярной, ткани, которая образует внутреннюю часть кости и представляет собой сеть из множества тонких костных перегородок, называемых трабекулами. У людей размер позвонков увеличивается по мере продвижения от шеи к тазу, у нас также очень большая пяточная кость. Но, несмотря на больший размер нижних позвонков, они отличаются меньшей плотностью и имеют намного больше губчатой ткани и намного меньше кортикальной, чем аналогичные позвонки у четвероногих. Шейки наших длинных костей — узкие перешейки между костным телом и суставной частью, которой кость сочленяется с другими структурами, — имеют аналогичное строение. При приложении силы к губчатой кости она изгибается, что делает ее эффективным амортизатором.
Но те же самые особенности губчатой кости, которые позволяют ей хорошо амортизировать ударные нагрузки, повышают вероятность развития остеопороза. Тонкие, длинные и редко расположенные трабекулы делают кость упругой и гибкой, но в то же время создают другие проблемы. Губчатые кости — это живые, динамически меняющиеся структуры, поскольку специальные подвижные клетки, называемые остеокластами, постоянно поглощают костную ткань, истончая трабекулярные перегородки и сокращая их число. Таким образом, гигантские внутренние поверхности больших трабекулярных костей обладают значительным потенциалом для ремоделирования — изменения плотности — в ответ на сигналы, поступающие от остальной части тела. Один из таких сигналов — количество нагрузки, которую кость регулярно получает. Хотя, как отмечает Майк Адамс, сегодня этот вопрос разделил ученых на воюющие лагеря, ключевая идея состоит в том, что ослабление и ограниченное использование мышц по мере старения снижает нагрузки на наши кости.
В отсутствие привычных нагрузок кости начинают избавляться от лишней плотности, чтобы стать легче.
Здесь действует один из ключевых принципов эволюции — «что не используется, то теряется». В конце концов, кости могут стать настолько хрупкими, что пожилому человеку достаточно поскользнуться на банановой кожуре и упасть с высоты своего роста, чтобы получить тяжелый, потенциально опасный для жизни перелом.