Зачем глаза плачут?
Введение
Согласно распространенной гипотезе эмоциональное слезотечение являются способом сообщить окружающим о потребности в поддержке или помощи. При этом выделение эмоциональных слез наблюдается исключительно у людей. Так, например, весьма эмоциональные и социальные шимпанзе, переживая аналогичные эмоции, успешно привлекают эмпатичных сородичей характерными криками, мимикой и позой, но не слезотечением. Да и у людей сами по себе звуки плача сигнализируют о потребности в поддержке настолько очевидно, что помочь желают соседи за стеной или попутчики в самолете. Учитывая это, сложно представить, чтобы коммуникация через слезы способствовала естественному отбору и при этом закрепилась исключительно в популяции людей. Для естественного отбора по способности к эмоциональному слезотечению должен иметь место более существенный, чем потребность в эмпатии, фактор, который при этом отсутствует у животных. Таким образом, если эмоциональные слезы и играют роль в коммуникации, то эта роль вторична, а первопричину появления у людей способности плакать слезами следует искать в особенностях их анатомии, физиологии и эволюции.
Массируя наружный угол верхнего века вы можете легко выделить несколько капель слез - именно здесь расположена слезные железы, которые весят около 2 грамм и всегда содержат некоторые запасы слезы. Данный резерв также можно выделить сильно зажмурившись. Аналогичным образом во время плача круговые мышцы глаз механически выдавливают слезы из желез, а благодаря нервной стимуляции продукция жидкости достигает 30 мл в час, что в 15 раз превышает объем самой железы. С таким объемом слезы дренажная система глаз не справляется, и жидкость ручьями изливается на кожу щек.
Столь мощная активация желез происходит под воздействием нейромедиатора ацетилхолина, выделяемого нервными окончаниями парасимпатических волокон, берущих начало в слюноотделительном ядре ствола мозга. Во время плача также увеличивается секреция слюны и носовой слизи, которые одновременно со слезами изливаются на поверхность кожи лица. Кроме того, под воздействием ацетилхолина активируются сконцентрированные в коже лба эккриновые потовые железы. Интересно, что в отличие от эмоционального слезотечения феномен эмоционального потоотделения встречается у некоторых животных и в ответ на стресс сопровождается выделением пота на подошвах лап, предположительно, для лучшего сцепления с поверхностями на случай драки или побега. Но только у человека при эмоциональном стрессе потеет еще и лоб, который содержит рекордное в живой природе количество потовых желез.
Таким образом, во время человеческого плача наблюдается парадоксальная реакция различных желез, которые начинают чрезмерно производить секреты, обильно смачивающие кожу всех этажей лица: потовые железы - лоб, слезные железы - щеки и скулы, слюнные и слизистые железы - верхнюю и нижнюю челюсти. Логично предположить, что выделение пота может служить способом охлаждения. Кроме того, известны примеры охлаждения организма через испарение секретов дыхательных путей у кошачьих и псовых. Но вот охлаждение лица с помощью слез - на первый взгляд кажется слишком смелым предположением. Между тем в научной литературе широко обсуждается акт зевоты как способ охлаждения головного мозга, при этом теплообмен с окружающей средой осуществляется через слизистые дыхательных путей, а также через кожу лица. Аналогичным образом можно рассмотреть феномен человеческого плача в качестве способа охлаждения головного мозга, теплопродукция которого во время эмоционального стресса именно у людей может превышать возможности рассеивать тепло иными способами.
Тепловой баланс головного мозга
Обладая массой всего 2% от массы тела, головной мозг человека потребляет до 20% от обмена энергии организма. При этом 80% потребляемой мозгом энергии расходуется на генерацию потенциала действия, который в итоге полностью конвертируется в тепло. Для примера, занимающая до половины массы тела мышечная ткань превращает в тепло 75% потребляемой ею энергии, но равномерное распределение мышц непосредственно под большой поверхностью кожи обеспечивает интенсивный теплообмен и рассеивание этого тепла в окружающую среду. В то же время, головной мозг, выделяя в разы больше тепловой энергии, чем аналогичный объем любой другой ткани в организме, расположен в замкнутом пространстве черепной коробки и потому является самым горячим органом в организме. В этих обстоятельствах артериальная кровь оказывается холоднее головного мозга, и потому одновременно с питанием служит для него еще и охлаждающей жидкостью. Учитывая вышесказанное, целесообразно рассчитать тепловой баланс головного мозга.
Зная потребность мозга в кислороде в покое (49 мл в минуту) и количество генерируемой энергии при расходе миллилитра кислорода (20.2 Дж), вычислим энергетическую мощность головного мозга: 49 × 20.2 = 990 Дж/мин или 16.5 ватт. Так как 80% этой энергии выделяется в виде тепла, теплопродукция головного мозга составит 13.2 ватт. Этой мощности достаточно, чтобы за 6 часов нагреть до кипения аналогичные объему мозга полтора литра воды. Но даже небольшое увеличение температуры мозга до 39 °C уже вызовет активацию воспаления, нарушение гематоэнцефалического барьера и когнитивных функций, а при достижении 41 °C наблюдается массовая гибель нейронов, отек мозга и нарушение сознания. Поэтому важно понимать способность церебрального кровообращения отводить это тепло.
Учитывая, что температура крови в сонной артерии на 0,3 °C ниже температуры крови в яремной вене, а также зная теплоемкость крови (3600 Дж/(кг•°C)) и объем ее потребления головным мозгом (0.795 кг/мин), можно рассчитать количество теплоты, которое кровь отводит от данного органа: 0.795 × 3600 × 0.3 = 859 Дж/мин или 14.3 ватт. Таким образом, всё выделяемое головным мозгом тепло может быть отведено кровообращением в остальной организм, в котором, благодаря большой площади поверхности кожи и потоотделению, оно будет рассеяно в окружающую среду.
Важно учитывать, что даже во время интенсивной умственной работы энергопотребление мозга и церебральное кровообращение увеличиваются незначительно – всего на 5-10%. Это связано с тем, что мозг в состоянии покоя уже потребляет много энергии для работы сознания. Однако переживание эмоционального стресса сопровождается одновременной активацией множества зон и отделов головного мозга: левое полосатое тело, хвостатое ядро, таламус, миндалевидное тело, аммонов рог, зубчатая извилина гиппокампа, зрительная кора, височно-теменная кора, левые гиппокампальная и парагиппокампальная области, задняя поясная кора, островковая доля, медиальная префронтальная кора, правая вентральная префронтальная кора, скорлупа. В перечисленных отделах содержится примерно 17 млрд. нейронов, что составляет около 20% от общего количества нейронов головного мозга. Их одновременная активация сопровождается выделением тепла в количестве, потенциально превышающем возможности теплоотведения церебральным кровообращением. Следовательно, в моменты эмоционального стресса должны срабатывать механизмы для дополнительного охлаждения головного мозга.
Механизмы избирательного охлаждения головного мозга
Широко исследована роль акта зевоты в избирательном охлаждении головного мозга. Зевота зафиксирована у подавляющего большинства позвоночных, а ее сила и продолжительность коррелируют с энцефализацией, что объясняется более высокой потребностью в охлаждении более развитого головного мозга. Рассеивание тепла в окружающую среду во время зевоты происходит посредством испарительного охлаждения поверхности слизистых дыхательных путей, которые в процессе зевка активно аэрируются, а также благодаря тепловому излучению с поверхности лица. Охлажденная в данных тканях кровь под воздействием дыхательных движений и сокращений мимических мышц перераспределяется по анастомозам в венозные синусы, охлаждая головной мозг. Частота зевоты увеличивается при гипертермии, гипогликемии, дефиците сна, ишемии мозга, а также в состоянии физического и эмоционального стресса. Так, например, перегрев организма во время физической активности снижает способность церебрального кровообращения охлаждать мозг, который в ответ на это инициирует акты зевоты для снижения своей температуры. При индукции эмоционального стресса у крыс наблюдается увеличение температуры головного мозга и частоты зевоты. Так же было показано, что акт зевоты уже через несколько секунд снижает температуру головного мозга. В свою очередь, снижение температуры мозга всего на несколько градусов замедляет его метаболизм, а значит, уменьшает риск гипертермии, гипоксии, голодания, облегчает засыпание и адаптацию к стрессору.
В эволюции приматов энцефализация сопровождалась с одной стороны увеличением удельной теплопродукции головного мозга, а с другой – уменьшением полости рта и носа и соответствующим сокращением площади поверхности слизистых верхних дыхательных путей. Поэтому у приматов охлаждение организма через дыхательную систему малоэффективно. Между тем, вклад поверхности лица в рассеивание генерируемым мозгом тепла постепенно увеличивался, особенно по мере уменьшения плотности волосяного покрова данного участка тела, что является характерной чертой для большинства высших приматов. Можно возразить, что площадь поверхности кожи лица незначительна для эффективного отведения тепла в окружающую среду. Это справедливо для сухой кожи, однако испарительное охлаждение увеличивает интенсивность теплообмена кожи с окружающей средой примерно в 1,5-2 раза в зависимости от обильности смачивания. Таким образом, дальнейшее увеличение эффективности теплообмена через поверхность лица в процессе эволюции происходило по мере увеличения плотности потовых желез, концентрация которых достигает максимума у Homo sapiens именно на данном участке тела. Вместе с тем для людей характерна рекордная энцефализация и высокая интенсивность эмоций, что сопряжено с более высокой потребностью в охлаждении головного мозга, особенно в моменты эмоционального стресса. Предположительно, в определенный момент эволюции плотность потовых желез в коже лица достигает максимально возможной, и дальнейшее увеличение эффективности испарительного охлаждения данного участка кожи у людей реализуется с помощью эмоционального слезотечения.
Эмоциональное слезотечение как способ охлаждения головного мозга
Представители различных культур устойчиво ассоциируют эмоциональные переживания с более высокой температурой. Например, в русском языке распространены такие словосочетания как теплые или холодные чувства, горячая или холодная голова, горячий спор и холодный расчет, а разгорячиться или остыть – означает изменение эмоциональности. Кроме того, русскому выражению горячие слезы соответствуют аналогичные расхожие выражения и в других языках: hot tears (с анг. – горячие слезы), larmes brûlantes (с фр. – жгучие слезы), lágrimas ardientes (с исп. – огненные слезы), heiße tränen (с нем. – горячие слезы).
Перечисленные языковые ассоциации эмоций с температурой могут быть объяснены ощущением увеличения температуры кожи лица во время плача, что объективно зафиксировано с помощью инфракрасной термометрии кожи лица у плачущих людей. Авторы исследования установили, что за несколько секунд до выделения слез, температура повышается на коже лба, вокруг глаз, щек, носа и подбородка - то есть на тех участках лица, которые смачиваются секретами потовых, слезных, слизистых и слюнных желез. Исследователи зафиксировали увеличение температуры на данных участках поверхности лица на 0,5-3 °С от исходной, что объяснялось притоком крови в сосуды кожи.
В обычных условиях кровь поступает в мягкие ткани лица из лицевой артерии, а затем отводится в лицевую вену и далее по венам шеи направляется в сторону сердца. Между тем, в другом исследовании путем спектрометрии кожи лица у младенцев было обнаружено, что во время плача поступающая в кожу кровь не насыщена кислородом и, следовательно, имеет исходно венозное происхождение. Столь необычное кровообращение возможно, так как лицевая вена может получать кровь по анастомозам из крупных внутричерепных венозных синусов. Во-первых, лицевая вена через глазные вены сообщается с расположенным у основания мозга пещеристым синусом. Во-вторых, лицевая вена сообщается с поверхностными венами головы, которые в свою очередь, через пронизывающие кости черепа эмиссарные вены, сообщаются с верхним сагиттальным синусом, расположенным над поверхностью коры головного мозга.
Известно, что анастомозы между поверхностными венами головы и внутричерепными венозными синусами необходимы для стабилизации внутричерепного давления, которое может увеличиваться, например, во время поднятия тяжестей, дефекации, вокализации и в родах. Перечисленные акты требуют высокого давления в грудной клетке, и так как здесь же расположено сердце, давление поступающей в головной мозг артериальной крови во время этой активности увеличивается, а возврат крови венозной наоборот затрудняется, что создает условия для увеличения внутричерепного давления. Для замкнутого в черепной коробке головного мозга перепады внутричерепного давления чреваты нарушениями кровообращения и функций данного органа. Чтобы сгладить изменение внутричерепного давления, часть венозной крови из внутричерепных сосудов перераспределяется через анастомозы в поверхностные вены головы. Поэтому интенсивное физическое напряжение сопровождается гиперемией кожи лица. Так же важно отметить, что в покое основным модулятором внутричерепного давления является сердечная деятельность, но при глубоком и форсированном дыхании доминирующим компонентом становятся дыхательные движения.
Аналогичным образом сопровождающие плач натужный выдох и форсированный вдох становятся движущей силой для перераспределения крови между внутричерепными венами и сосудами кожи лица. В исследовании зафиксировано, что объем крови в коже головы во время плача увеличивался именно в фазу продолжительного выдоха, который часто сопровождается натужным криком. Чтобы принять эту кровь, сосуды кожи лица во время плача дополнительно расширяются под воздействием ацетилхолина. Кроме того, во время плача повышается тонус мимической мышцы платизма, которая тем самым сдавливает расположенную между ней и нижней челюстью лицевую вену, препятствуя естественный отток крови в наружную яремную вену. Вышеперечисленные изменения ведут к гиперемии кожи лица, а у младенцев лицо может становиться бордовым. Также как и в случае эмоциональных слез, изменение цвета лица во время плача рассматривается исследователями как способ сообщить окружающим о своих эмоциях. Но я продолжу ход своей мысли и полагаю, что эта кровь накапливается здесь для своего охлаждения путем испарительного теплообмена.
После длительной фазы полного выдоха плачущий делает короткий форсированный вдох. При этом дыхательные движения диафрагмы вниз создают в грудной клетке отрицательное давление, что в свою очередь обуславливает снижение внутричерепного давления. Это обстоятельство создает условия для обратного перераспределения крови из сосудов лица в сторону расположенных в черепе венозных синусов и далее – в погруженные в ликвор мостиковые вены. Ретроградный поток крови в венах головы возможен, так как, в отличие от остальных вен организма, именно эти вены не имеют клапанов. Важно, что вернувшаяся в венозные синусы и мостиковые вены кровь имеет температуру ниже исходной, что в итоге способствует охлаждению ликвора и расположенного здесь мозга.
Заключение
Человеческий плач описывается физиологами как психофизиологическая реакция на эмоциональный стресс, которая сопровождается такими непроизвольными проявлениями как выделение слез, сокращение мимических мышц, изменение гемодинамики, ритма и глубины дыхания. При этом перечисленные проявления плача до сих пор рассматривались исследователями как набор симптомов эмоционального стресса, лишь часть из которых служит способом невербальной коммуникации. Мною же впервые описан плач как процесс, в котором все его проявления оказываются частями скоординированного механизма, реализация которого направлена на охлаждение головного мозга. Снижение температуры мозга обуславливает наблюдаемые после плача седативный эффект, эмоциональную релаксацию, облегчение засыпания и как результат – адаптацию к эмоциональному стрессу.
В онтогенезе проявление эмоционального слезотечения впервые наблюдается к концу первого месяца жизни, что совпадает с началом созревания эмоциональных реакций и формированием социальных связей младенца с окружающими людьми. В этот период частота эмоциональных стрессов и вероятность перегрева головного мозга особенно высоки. Одновременно происходит интенсивное развитие мозга и миелинизация нервных волокон, делая мозг более чувствительным к температуре. Например, воздействие высокой температуры может усиливать аутоиммунные реакции, в том числе в отношении мишеней в головном мозге, что характерно для пациентов с рассеянным склерозом. Таким образом, эмоциональное слезотечение может служить адаптивным механизмом, защищающим мозг от перегрева и способствующим развитию эмоциональной сферы ребенка.
Для эволюции приматов характерно значительное усложнение эмоциональных реакций, что стало важным фактором выживания в сложных социальных группах. Способность к распознаванию эмоций других особей способствовало развитию эмпатии и укреплению социальных связей. Кроме того, успешный новый опыт сопровождался положительными эмоциями, обеспечивающими более надежное закрепление навыков. Однако более развитая эмоциональная сфера сделала приматов уязвимыми к стрессам. Например, конкуренция за ресурсы, статус или партнера могла вызывать более острые эмоции, такие как зависть, обиду или агрессию. С другой стороны, увеличение способности к прогнозированию эмоциональных реакций других особей может сопровождаться подавлением собственных эмоций. Конфликты, с одной стороны, стимулировали развитие стратегий разрешения споров, навыков сдерживания агрессии и формирование социальных норм, но, с другой стороны, увеличивался уровень эмоционального напряжения. Таким образом, в процессе эволюции приматов увеличивались не только размеры головного мозга, но и его способность к теплопродукции, что особенно выражено в моменты эмоционального стресса. В определенный момент эволюции приматов положительный тепловой баланс мог служить ограничителем для дальнейшего развития эмоциональной сферы. Появление эмоционального слезотечения в качестве способа "выпустить пар" сделало возможным дальнейшее усложнение эмоциональных реакций и социальных взаимодействий в процессе эволюции людей без угрозы теплового повреждения нервной системы.