Стивен Баррер - Осторожно, спорт! О вреде бега, фитнеса и других физических нагрузок

Нейронные связи

Однако нейрохирургам, лечащим черепно-мозговые травмы, такие знания могут пригодиться. Поэтому я напоминаю своим студентам второй закон Ньютона:

F = та.

Этот закон гласит, что сила, действующая на тело, равна произведению массы на ускорение. Это универсальное уравнение. Оно помогает доставлять астронавтов в космос, в свое время позволило Иоганну Кеплеру вывести законы движения планет, также оно объясняет, почему человеческий мозг столь плохо переносит резкие изменения в своем состоянии покоя или движения.

Черепно-мозговая травма может возникать в двух случаях: когда на находящуюся в состоянии покоя голову воздействует движущийся предмет либо когда находящаяся в состоянии движения голова ударяется о неподвижный предмет, что приводит к резкому изменению скорости ее движения, иногда до полной мгновенной остановки. Поскольку нервные клетки состоят из двух столь анатомически разных структур — клеточных тел, образующих серое вещество (св), и аксонов, образующих белое вещество (бв) — они неоднородны по массе. Другими словами,

то есть масса серого вещества не равна массе белого вещества.

(Оставайтесь со мной. В конце концов это всего лишь физика!)

Однако сила, прилагаемая к голове травмирующим предметом, прилагается одинаково и к серому, и к белому веществу. То есть

Отсюда мы можем вывести два уравнения:

Поскольку на обе части нейрона воздействует одинаковая травмирующая сила, левые части уравнений равны. Значит, правые части уравнений также должны быть равны:

Но, как нам известно, их массы не равны. Следовательно, придаваемое им ускорение также не может быть равным, то есть

Представьте себе ситуацию, когда находящийся в состоянии покоя мозг получает резкое ускорение под воздействием внешней силы. Или же находящийся в движении мозг подвергается резкому торможению (отрицательному ускорению) при столкновении с неподвижным предметом. Приведенные формулы говорят нам, что при этом серая и белая части нейрона ускоряются или тормозят с разной скоростью.

А теперь представьте себе мягкую длинную лапшу, которая находится в натянутом состоянии и движется в пространстве. Если произойдет внезапная остановка и разные концы этой лапши затормозят с разной скоростью, лапша деформируется. Или, если сила достаточно велика, она может порваться.

Нейрон реагирует точно так же. Разное ускорение частей одного нейрона в результате воздействия травмирующей силы приводит к повреждению в месте соединения аксона и клеточного тела, то есть на границе серого и белого вещества.

При легкой травме нейрон временно прекращает функционировать. Повреждение происходит на биохимическом уровне. Передача сигналов между нейронами осуществляется электрическим путем за счет движения ионов натрия, калия и кальция через клеточную мембрану нейрона. Травма приводит к нарушению этого процесса, и нейрон перестает работать. Если затронуто достаточно большое количество нейронов, происходят неврологические изменения, такие как описанное выше классическое сотрясение мозга с мгновенной потерей сознания, что обусловлено одновременным выходом из строя сразу множества нейронов. Другой типичный пример такого рода — когда вы слишком долго сидите со скрещенными ногами, они затекают, что сопровождается онемением и покалыванием. Еще пример — ощущение, словно от удара электрическим током, с последующим покалыванием в руке, когда вы сильно ударяетесь локтем и задеваете локтевой нерв.

Все это временные повреждения. Нейрон травмируется, но остается интактным (невредимым), как и все его вспомогательные структуры, включая миелиновую оболочку. Поэтому он довольно быстро восстанавливается (так происходит, например, в только что описанных ситуациях с ногой и локтем). В медицине такое повреждение называется нейропраксией. Когда функционирование нейронов восстанавливается, исчезают и неврологические симптомы: спортсмен приходит в сознание, в затекшей ноге прекращается покалывание и т.д. В то же время в случае сотрясения мозга другие симптомы могут сохраняться дольше. О них мы поговорим чуть позже.

При более тяжелой травме может происходить разрыв аксона внутри его оболочки, тогда как сама оболочка остается неповрежденной. Участок аксона, отделенный при разрыве, разрушается (такой процесс называется валлеровской дегенерацией), но, поскольку оболочка остается нетронутой, со временем аксон регенерируется, вырастая вдоль сохранившейся оболочки. В этом случае неврологические последствия бывают более тяжелыми и долговременными. Восстановление нервных функций происходит по мере регенерации нейронов, но в этот процесс часто вкрадываются ошибки, приводящие к образованию рубцов в местах повреждения аксонов, что может помешать их полной регенерации. В результате остаточные симптомы и неврологические расстройства являются распространенными осложнениями при таких травмах. Полное восстановление может занять год и больше. Медицинское название такого вида травм — аксонотмезис.

Наконец, в худшем случае травмирующая сила настолько велика, что приводит к полному разрушению нейрона: аксона, вспомогательных структур и миелиновой оболочки. Нервные волокна полностью разрываются. Это необратимая травма, при которой восстановление уже невозможно: пострадавший мгновенно теряет сознание и входит в состояние глубокой комы. Такие черепно-мозговые травмы часто сопровождаются травмами других частей тела, и в этих случаях процент летальных исходов очень высок. Типичные причины таких травм — автомобильные и мотоциклетные аварии. Со временем место травмирования нервных волокон рубцуется, и любые попытки аксонов регенерироваться заканчиваются ничем, поскольку они не могут преодолеть рубец, блокирующий им путь внутри оболочки. Медицинский термин для таких травм — нейротмезис.