Анастасия Спирина
Проблемы прямых людей
Действительно ли люди должны ходить на двух ногах и чем мы платим за прямохождение.

В результате эволюции человек встал на две ноги, освободив передние конечности для работы, и приспособив свой организм для вертикального положения тела. Однако споры насчет степени приспособленности не утихают. По отношению к некоторым заболеваниям человека применяется даже такое высказывание, как цена за прямохождение. Так стоило ли нам вставать на обе конечности или это было не лучшим проекторным решением эволюции?

Анастасия Спирина разбиралась в вопросе.

Борьба с гравитацией

По положению тела позвоночные делятся на проноградных, туловище которых располагается параллельно земле, и ортоградных, туловище которых находится вертикально.

В соответствии с этим гравитация действует на них по разному: у проноградных существ гравитационная вертикаль действует перпендикулярно оси тела, а у ортоградных совпадает с осью тела.

Человек подвергся уникальной форме адаптации к жизни в условиях прямохождения, при которой сила земной гравитации максимально реализует свое влияние, затрагивая практически все физиологические системы организма в условиях резкого уменьшения площади опоры при бипедии (двустопости). Наибольшему влиянию подверглись опорно-двигательный аппарат и сердечно-сосудистая система.

Изменения в опорно-двигательном аппарате распространяются от черепа и до пальцев ног. У прямоходящих основание черепа укорочено, в его центре находится большое затылочное отверстие (через которое сообщается полость черепа с позвоночным каналом), которое открывается вниз, а у четвероногих – основание черепа удлинено, а большое затылочное отверстие находится в задней части основания черепа и повернуто назад.

image00

Расположение большого затылочного отверстия. Слева направо: горилла, сахелянтроп, австралопитек африканский, Homo ergaster, современный человек. Источник: http://antropogenez.ru/

Руки теряют свою опорную функцию, что опосредует ряд морфологических изменений — сами руки укорачиваются, фаланги пальцев выпрямляются, плечо приобретает повышенную подвижность, тем самым расширяются виды движений в плечевом суставе.

Изменения затронули и таз – у прямоходящих таз широкий и низкий, что облегчает прямохождение, а у четвероногих собратьев таз узкий, высокий и длинный. Сочетание крупного тела и больших размеров головного мозга у человеческих новорожденных с более узким тазом значительно осложняет биомеханизм родов. Данное явление определено как акушерская дилемма. В то время как новорожденный шимпанзе своей головой может легко проходить через плоскости таза, голова и тело новорожденного человека, прежде чем появиться на свет, должны совершить ряд поступательных движений, а череп подвергнуться некоторому сжатию. Это определяет увеличение частоты осложнений во время родов и увеличение потребности в помощи со стороны других членов вида. Также есть гипотеза, связывающая трудности родов с уменьшением сроков гестации у человека по сравнению с другими крупными приматами.

Строение ног также отличается: у прямоходящих ноги длинные, тазобедренные суставы разведены друг от друга вследствие большой ширины таза, а колени сведены вместе, стопы сближены; у четвероногих приматов руки длиннее ног, колени разведены в стороны «колесом» и всегда полусогнуты, а стопы разнесены друг от друга, характерной формой обладают коленные и голеностопные суставы. Стопа у прямоходящих имеет выраженные продольный и поперечный своды, выполняющие функцию амортизатора, а у четвероногих стопа плоская. Пальцы ног у человека прямые и короткие, большой палец не отведен в сторону, малоподвижен; у четвероногих пальцы длинные и изогнутые, подвижные, большой палец имеет хватательную функцию, может сильно отводиться в сторону. Несмотря на задачу создания ноги как опорной структуры, наша стопа содержит много “деталей”, оставшихся от предков приматов, нужных им для того, чтобы передвигаться по ветвям деревьев, за счет этого стопа осталась гипермобильным сегментом. Элементы этой нестабильной конструкции при воздействии травмирующей силы могут повреждаться, что приводит к разрыву связок, сухожилий, переломам, вывихам голени и лодыжек. “И это не современные проблемы, связанные с ношением шпилек, — отмечает антрополог Джереми ДеСильва из Бостонского университета, — обнаруживаются окаменелости со сломанными лодыжками датированные и 3 миллионами лет назад”.

Также за счет того, что мы встали на две конечности и прибавили в росте, увеличился риск получения более серьезных травм в случае падения, в отличие от наших четвероногих предков.

skeleton

Животные из совершенно разных классов также используют бипедализм (хождение при помощи двух ног) либо как постоянный метод передвижения, либо эпизодически: приматы (макаки, ​​шимпанзе, бонобо, гориллы), сумчатые (кенгуру), птицы, преимущественно не летающие (пингвины, страусы, эму), вымершие рептилии (тираннозавр), некоторые ящерицы и даже тараканы. Но биомеханика человека имеет значительные отличия от биомеханики других двуногих животных.

У людей в связи с прямохождением лучше развита система постурального контроля, которая регулирует положение тела в пространстве. Ее обеспечивают нервные структуры и вестибулярный аппарат. Сурикаты и пингвины также постурально устойчивы в вертикальном положении, но эта стабильность обеспечивается их жесткими хвостами. А, например, обезьяна при двуногом хождении компенсирует свою неустойчивость сильными боковыми движениями туловища, тем самым двигаясь неуклюже и враскачку. Человеческий мозг может делать постуральные корректировки не только тогда, когда стоит, идет или бежит, но и когда на эти вертикальные локомоции наслаиваются другие движения (например, танец).

Интимные отношения между развитием нервной и двигательной систем давно не вызывают споров. Этот факт доказывает процесс онтогенеза человека. Не случайно сроки завершения структурной организации большинства проводящих путей мозга совпадают с наиболее важными этапами (первым до 1 года и вторым до 5 лет) в процессе становления прямохождения. В эволюции, как и в онтогенезе, идет формирование Homoerectus (Человека прямоходящего) и только затем Homosapiens (Человека разумного). Прямохождение дало толчок к формированию речи, сознания и когнитивных функций у человека. Это подтверждается этапной последовательностью становления различных поз у ребенка, совпадающих с овладением сначала звуковыми компонентами, а затем и речью. Таким образом, эволюция внесла наибольший вклад в развитие человеческого мозга, для того чтобы достичь наиболее точного контроля движений в пространстве, который значительно более совершенный, чем у тех, которым он необходим только для простого двуногого стояния или ходьбы. Прямохождение дало толчок для развития и вестибулярного аппарата. Полукружные канальца внутреннего уха значительно увеличиваются в размере у наших предков, начиная с Человека прямоходящего. В первую очередь не анатомические изменения, а способность к лучшему постуральному контролю наиболее ярко отличает человеческий бипедализм от других форм прямохождения.

Боли в спине — расплата за прямохождение?

Дегенеративные и травматические патологии позвоночника часто используются дарвинистами в качестве доказательства эволюции и упоминаются как одни из “конструктивных недостатков” человека и как “расплата за прямохождение”.

Одним из первых сторонников данных утверждений был Уилтон М. Крогман, который в 1951 году заявил в своей статье под названием “Шрамы человеческой эволюции”: “Хотя человек стоит на двух ногах, его скелет был первоначально разработан для четырех. В результате адаптации были разработаны некоторые хитроумные приспособления, но не все из них успешные”.

Мнение об эволюционном происхождении болей в спине сохраняются и в более позднее время. Типичным примером может служить Элейн Морган, занимавшаяся усовершенствованием теории происхождения человека от водных обезьян и являвшаяся ее преданным сторонником. В своей статье от 1994 года с тем же громким названием “Шрамы эволюции” большинство тезисов из которой научным сообществом были опровергнуты, делает вывод о том, что “…проблемы в нижней части спины возникают, потому что излом в поясничном отделе позвоночника делает его структурно слабым и неустойчивым. Если на него накладывается дополнительное напряжение, нижележащий позвонок проскальзывает назад вдоль вышележащего. Такие смещения могут оказывать давление на нервы, выходящие из позвоночника, что приводит к боли, которая стихает в покое, но все это может повториться”.

image01

Крогман утверждает, что прямохождение привело к “потрясающему механическому дисбалансу” и поэтому боли в спине стали для современного человека обыденностью. Крогман сравнивает позвоночник наших четвероногих предков с аркой (из-за того, что он имел только кифоз), напоминающей строение консольного моста, за счет чего нагрузка на позвоночник была равномерно распределена и тем самым эта конструкция была сбалансирована.

После перехода в вертикальное положение наш позвоночник был вынужден приспосабливаться к новым вертикальным нагрузкам и арка подверглась деформации в S-кривую, которой мы теперь и обладаем, т.е. произошло формирование шейного лордоза, который мы приобретаем в раннем детстве, в возрасте 4 месяцев, начиная держать голову и поясничного лордоза, начиная вставать на ноги.

Теория Крогмана предполагает, что такая форма позвоночника в виде S-кривой распределяет вес не равномерно по всей поверхности каждого позвонка в шейном и поясничном отделе позвоночника, а наибольшее давление приходится на его задний сегмент. Результатом этого являются дегенеративные заболевания позвоночника, такие как остеохондроз, захватывающий все части позвонка. Крайним его проявлением является протрузия (выпячивание) и грыжа (выпадение) межпозвоночного диска. При межпозвоночных грыжах происходит “выдавливание” пульпозного ядра (центральной части) межпозвоночного диска либо в горизонтальной плоскости, в сторону позвоночного канала (где проходит спинной мозг с отходящими от него корешками нервов), либо в вертикальной плоскости, в тело выше или ниже лежащего позвонка. В первом случае грыжа, прогрессируя, может оказывать давление на структуры спинного мозга, чаще всего на нервные корешки, тем самым вызывая неврологическую симптоматику, в том числе и боли. Во втором случае так называемая грыжа Шморля чаще никакими симптомами себя не проявляет, а лишь обнаруживается рентгенологически.

7398ac2ca766114e598fbc6d858d1d_big_gallery

Грыжи Шморля у человека

Так как позвоночник “деформирован”, дарвинисты пришли к выводу, что логическим лечением боли в спине будет уменьшение или, в идеале, обратное превращение лордоза в кифоз.

В 1965 году П. С. Уилльямс для уменьшения лордотический кривой разработал серию упражнений, называемых “сгибательными упражнениями Уилльямса”, которые широко использовались (возможно даже используются и в настоящее время) во многих медицинских программах лечения болей в спине. Эти позы являются противоположностью того, что рекомендуется врачами сегодня (и некоторые из положений и методов лечения в настоящее время широко признаются причинами проблем со спиной). Целью большинства из этих упражнений было уменьшение или даже обращение лордоза вспять. Эта терапия широко использовалась в течение многих лет, несмотря на весьма ограниченный успех. Некоторых больных эта система упражнений доводила и до хирургического лечения, которое не всегда заканчивалось успешно. Также Уильямс рекомендовал дополнительный отдых и сон, чтобы справиться с болью в спине, что нередко приводило к размещению пациентов в постели на нескольких недель.

В настоящее время признается, что позвоночная кривизна является критически важной для здоровья спины и лечение направлено на то, чтобы вновь обрести нормальную кривизну позвоночника, поддерживая спину и выполняя физические упражнения. Боль может быть значительно снижена, а в некоторых случаях может произойти полное выздоровление и даже вправление грыжи межпозвоночного диска. Лордоз помогает предотвратить разрывы диска, подвергая диск давлению и обеспечивая его стабильность. Это достигается путем размещения нагрузки тела непосредственно над центральной частью диска, по оси, проходящей через тазобедренные суставы, тем самым сводя к минимуму сдвигающие косые или вертикальные нагрузки. А частое возникновение остеохондроза в шейном и поясничном отделах объясняется более крупными межпозвоночными дисками и большей подвижностью, а не имеющимся лордозом. Но радикально остановить одну из главных причин остеохондроза — старение позвоночника — на сегодняшний день невозможно. Лордоз, таким образом, не унаследованное уродство, а наиболее эффективное средство для поддержки веса и обеспечения движения в условиях прямохождения.

Адаптационным изменениям также подверглась и форма позвонка. Объяснение взаимосвязи между вертикальными грыжами дисков и формы позвонка дал Дж. Ф. Харрингтон. По его мнению, диаметр позвоночного диска влияет на его способность выдерживать напряжение при сжатии. Его аргумент основывается на законе Лапласа, гласящем, что способность трубки, заполненной жидкостью, выдерживать напряжение уменьшается с увеличением радиуса. Таким образом, более округлая форма тел патологически измененных позвонков будет иметь больший диаметр, чем сердцевидная форма тел, наблюдаемая в здоровых позвонках, в результате чего межпозвоночный диск менее способен выдерживать нагрузку.

В 2015 году Кимберли Пломп и Дарли Вестоном провели исследование, где сравнили последний грудной и первый поясничный позвонок у шимпанзе, орангутанов и у человека с и без узлов Шморля. Они выяснили, что исследуемые позвонки здоровых людей, шимпанзе и орангутанов существенно различаются друг от друга, но человеческие позвонки, пораженные грыжей Шморля, и позвонки шимпанзе не различимы по форме. По сравнению с позвонками здоровых людей, патологически измененные позвонки человека и шимпанзе, как правило, имеют меньшие отверстия спинномозговых нервов, короче и шире дужки позвонка и более округлую форму тел позвонков, которые обеспечивают меньшую поддержку позвоночника во время вертикальной осанки и локомоций.

Полученные результаты подтверждают гипотезу о том, что патология межпозвоночных дисков преимущественно поражает людей, у которых позвонки более близки по строению к форме предков и, следовательно, хуже приспособлены к большей осевой нагрузке в условиях прямохождения. Таким образом, не сам факт прямохождения является пусковым фактором грыжи, а недостаточная адаптация к новым условиям существования.

Сопротивление крови

Физиолог Г.С. Белкания, в 80х годах ХХ века работавший в Сухумском приматологическом центре, проводил эксперимент, надевая макакам на передние конечности муфты, тем самым вынуждая их ходить только на задних конечностях. Через 2-3 месяца животные, подвергнутые условиям постоянного передвижения на двух конечностях, становились гипертониками. Это натолкнуло на мысль о взаимосвязи прямохождения и болезнях сердечно-сосудистой системы.

Наша сердечно-сосудистая система подверглась адаптации в условиях максимального влияния гравитационного (гидростатического) фактора. В отличие от человека, у всех четвероногих животных, независимо от состояния покоя или двигательной активности, гидростатическая составляющая практически не влияет на кровообращение в связи с перпендикулярным направлением гравитационной вертикали. Именно с этим связано то обстоятельство, что у всех проноградных животных около 70% крови в сосудистой емкости сосредоточено на уровне сердца.

У человека же в положении стоя те же 70% сосудистого объема крови сосредотачиваются уже ниже уровня сердца. Это определяет значительное антигравитационное напряжение кровообращения для обеспечения кровью всех органов и в первую очередь мозга, который оказывается для человека в положении стоя высшей точкой для доставки крови, а также различной динамической организацией кровообращения по гравитационному фактору, которая проявляется в виде трех типов гемодинамики в ортостатике.

Но адаптационный резерв человека исчерпаем и подвержен влиянию различных факторов, таких как нарушение суточного ритма с увеличением времени пребывания в вертикальной позе и с укорочением периода лежания, нарушение суточного биоритма. Результат — усиление напряжения организма в режиме антигравитационного обеспечения, ведущее к развитию синдрома утомления. Его сочетание со снижением адаптационных возможностей, появляющихся в возрасте старше 35 лет, проявляется в структуре неинфекционной заболеваемости человека. Это, прежде всего, заболевания сердечно-сосудистой системы, например, артериальная гипертония и гипотония, ишемическая болезнь сердца, нарушения мозгового кровообращения, недостаточность артериального и венозного кровообращения нижних конечностей.

Усиление напряженности антигравитационных систем организма дополнительно наблюдается и на фоне любых заболеваний. Отсюда широко практикующаяся врачебная рекомендация для болеющих людей – постельный режим.

Перерасход энергии

Активное противодействие организма гравитационным силам требует соответствующего энергетического обеспечения. У наземных животных среднего размера расход энергии на уравновешивание механических условий окружающей среды составляет от 20 % до 27 % от общего расхода энергии. У более крупных животных с массой тела порядка 70 кг расход энергии выше и составляет в условиях одинаковой двигательной активности около 40 %. А у человека же гравитационный компонент энергозатрат еще выше и составляет от 40 % до 50 % всей метаболической энергии, а при ослабленном (болезнью, утомлением, недоеданием) состоянии организма еще выше. Именно поэтому общий уровень обмена у человека на протяжении всего постнатального онтогенеза относительно выше, чем у остальных животных.

Высокая энергоемкость прямохождения и соответствующее повышение теплопродукции потребовало формирования адекватного и более мощного, по сравнению с остальными животными, механизма теплоотдачи. Появление вначале прямохождения, затем рудиментация шерстяного покрова и формирование уникального механизма теплоотдачи через кожный кровоток отражает ступенчатость преобразований в эволюции человека.

Турецкая модель эволюции

image02

На сегодняшний день существует около 12 теорий становления прямохождения. Однако вопрос, является ли переход от четырехногих предков к прямоходящему человеку медленным процессом эволюции или результатом внезапной мутации, остается открытым. Идея о внезапной генетической мутации появилась после открытия в 2005 году Юнером Таном нового синдрома.

Для 5 турецких субсемей, в пределах основной семьи практиковавших внутрисемейные браки, было привычным передвижение на четырех конечностях. Особую популярность получила семья Улас, о которой в 2006 году британский канал ВВС снял документальный фильм “Семья, ходящая на четвереньках”. Передвигались таким образом они довольно быстро и без дисбаланса. Тело, ноги и голова находились в согнутом положении. Они могли устойчиво находиться в вертикальном положении, но при попытке сделать шаг теряли равновесие, а при поддержке могли начать ходьбу без дисбаланса. Неспособность поддерживать тело прежде, чем сделать шаг с другой ноги, предполагает нарушение в механизмах поддержки бокового баланса в вертикальном положении. Способность инициировать ходьбу в вертикальном положении обеспечивается корой головного мозга за счет попеременной работы мышц сгибателей и разгибателей. У больных с синдромом Юнера Тана доминировала сгибательная мышечная система, как у наших предков. Они общались между собой, оперируя малым словарным запасом (около 100 слов), но эта речь была не понятна окружающим. По результатам психических тестов их сознание находилось на примитивном уровне, они не знали, где они живут, в какой стране, в каком селе, в каком году и тому подобное. Кто-то из членов семьи передвигался таким образом с рождения, некоторые предпочитали нарушенную неустойчивую вертикальную походку, с согнутой шеей и коленями, а их речь была более понятной.

Причиной развития данного синдрома послужила мультигенетическая мутация рецепторов VLDLR (рецептор липопротеинов очень низкой плотности), которые взаимодействуют с гликопротеином рилином. Функция рилина — регуляция миграции и позиционирования нервных стволовых клеток в период фетального и раннего послеродового развития, необходимая для нормального формирования коры и других структур головного мозга. Полное отсутствие рилина приводит к лиссэнцефалии (сглаживанию извилин головного мозга), тяжелой умственной отсталости и эпилепсии. Также рилин играет роль в патогенезе некоторых психических заболеваний (шизофрения, болезнь Альцгеймера и других).

По результатам МРТ у больных с синдромом Юнера Тана была обнаружена гипоплазия коры мозжечка и изменения структур извилин коры головного мозга. Есть и другие синдромы, похожие симптоматикой на синдром Юнера Тана, но они отличаются локализацией генной мутации и присутствием явлений нарушения координации в покое.

Юнер Тан рассматривает открытый им синдром как живую модель эволюции человека и предполагает совместное развитие мозга, интеллекта, речи, сознательного опыта и прямохождения в результате внезапной генетической мутации. Изучение данных заболеваний, по его мнению, может пролить свет на эволюцию прямохождения.

***

Получается, что заболевания, на которых стоит клеймо “цены за эволюцию”, не являются таковыми, они возникают только при дезадаптации систем, обеспечивающих адекватное функционирование организма в условиях прямохождения.

В процессах возникновения прямохождения многое остается неизученным, несмотря на многочисленные антропологические находки. Эти знания должны дополнить ответы на вопросы, зачем мы встали на две конечности и как это произошло.


Если вы нашли опечатку, выделите её и нажмите Ctrl+Enter


Понравилась статья? Подпишитесь!

Судороги мозга

Все, что известно о происхождении, патогенезе и современном лечении эпилепсии

Достичь бессмертия

Основные теории старения и механизмы, позволяющие их преодолеть