Здоровье по Дарвину. Почему мы болеем и как это связано с эволюцией - Джереми Тейлор

Проблемы начались, когда Розалинде было уже далеко за шестьдесят. Поскольку в результате операции вместо поясничного лордоза у нее образовался поясничный кифоз, постепенно она стала все сильнее наклоняться, сгибаясь в пояснице, из-за чего ей приходилось вытягивать шею, как черепахе, чтобы посмотреть вперед. Отсутствие нормального S-образного изгиба позвоночника привело к проблемам с равновесием, что сделало самую обычную ходьбу трудной и утомительной. В конце концов, она решилась на операцию по остеотомии позвоночника, в ходе которой ей вырезали V-образный клин из задней части второго поясничного позвонка, чтобы добиться его выпрямления. Последствия операции оказались чрезвычайно болезненными, поскольку всем мышцам, связкам и сухожилиям ее спины, живота и ног пришлось приспосабливаться к новому положению позвоночника. Через пять лет после операции она почувствовала некоторое ухудшение самочувствия – на этот раз по ее собственным строгим меркам. Недавно она прошла всю Великобританию пешком от побережья до побережья, начав свое путешествие в Камбрии на берегу Северного моря и преодолев в общей сложности сто миль и несколько горных хребтов. Она до сих пор устраивает себе пешие каникулы, проходя по десять миль в день в течение недели. Она надеется, что последнего «ремонта» позвоночника ей хватит до конца жизни!

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.

Бывший коллега Адамса Донал Макналли, ныне 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, говорит он, 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, давящий 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.

Ответ на вопрос, почему параспинальные мышцы создают такие большие сжимающие нагрузки, дает биомеханика. В идеале, чтобы уменьшить мышечную нагрузку во время сгибания и скручивания позвоночника, эти мышцы должны были бы работать на расстоянии, оперируя длинным плечом рычага, но это невозможно анатомически. Параспинальные мышцы, как следует из их названия, идут параллельно позвоночнику и, следовательно, оперируют коротким плечом рычага, создавая повышенную компрессионную нагрузку. Представьте себе, что вы наклоняетесь, чтобы поднять груз двадцать килограммов. Эта асимметричная нагрузка на позвоночник должна быть уравновешена параспинальными мышцами. Но ваша рука, поднимающая вес, образует плечо рычага длиной сорок – пятьдесят сантиметров (расстояние от руки до позвоночника), тогда как плечо рычага, образованного мышцами вашей спины, составляет меньше одной десятой от этого. Таким образом, чтобы поднять вес, прилагаемая параспинальными мышцами сила должна быть в десять раз больше поднимаемого вами веса. Самая губительная ситуация для нашего позвоночника – когда при приложении такой чудовищной силы сжатия мы дополнительно его сгибаем. Но именно так мы и поступаем при поднятии тяжестей и работе в саду – мы наклоняемся вперед и манипулируем грузом или садовыми инструментами на большом плече рычага, компенсируя это сокращением параспинальных мышц, которые прилагают колоссальную силу сжатия к нашим позвонкам и межпозвоночным дискам. Больше всего меняется геометрия поясничных дисков. К счастью, в процессе эволюции они приобрели немного клиновидную форму, которая делает возможным наклон под углом двадцать пять градусов, но при таких значительных напряжениях все равно могут возникать проблемы.