Нова стаття нашого молодого науковця Максима Куща з циклу про таємниці роботи нашого організму та його взаємодії з навколишнім середовищем.

Новий день. Знову активна діяльність. Знову, розвиваючи усі найважливіші сфери нашого життя, намагаємось встигнути більше у коротший час. Знову стикаємось з незвичайним супутником – втомою.

Та чи добре ми знайомі з цим супутником, який супроводжує нас щодня? Чи правильно з ним взаємодіємо?

Тож перейдемо безпосередньо до знайомства.

Уявимо, наприклад, тренування у залі. Ми починаємо безперервно навантажувати одну й ту ж групу м’язів. Проходить деякий час: робота м’язів стає менш скоординована, поступово уповільнюється і врешті-решт повністю припиняється. Здавалося б – енергетичний запас м’язів виснажився, тому вони припинили функціонувати. Але це не зовсім так. Звичайно, частково енергію втрачено. Але, якщо штучно електричними імпульсами простимулювати «виснажену» групу м’язів, вона продовжить скорочення, тобто певний запас енергії в ній все-таки лишається. Чому ж тоді ми відчуваємо знесилення раніше, ніж воно фактично настає? Річ у захисних механізмах нашого організму. Суб’єктивно, вони дещо схожі на боротьбу між нашими свідомою та несвідомою частинами. Так, якщо свідомо ми готові витратити чи не всю енергію на виконання якоїсь задачі, то несвідома частина оберігає нас від крайнощів, коли через енергетичне виснаження почнуть гинути клітини. Як же об’єктивно реалізується такий захист?

Справа в тому, що жоден наш м’яз не скорочується без сигналу нервової системи. Так званим головним пультом у розподіленні сигналів між м’язами являється спинний мозок. Згадаємо один із безумовних рефлексів людського організму – реакцію на гаряче: доторкнулись рукою до гарячого предмету і мимоволі відсмикнули її. Так, під час такого дотику наші шкірні рецептори через спеціальні магістралі (нерви) передають сигнал (нервовий імпульс) про контакт з небезпечною гарячою поверхнею до нервової системи, а саме – до спинного мозку. Спинний же мозок перенаправляє отриманий сигнал по нервах до необхідних м’язів руки. Ці м’язи скорочуються і наша рука різко, непідконтрольно свідомості, відводиться геть від подразника. Дійсно, стимулюючи електричними імпульсами різні ділянки спинного мозку можна змусити скорочуватись будь який м’яз. А що буде, якщо таку стимуляцію певним чином впорядкувати? Так! Ми зможемо виконувати контрольовані рухи тіла. Отож функцію впорядкування нервових імпульсів, які надходять до спинного мозку для виконання контрольованих рухів, взяла на себе наша кора головного мозку. І, на відміну примітивним рефлекторним рухам, які запускаються подразненням рецепторів, контрольованим рухам передує титанічна праця клітин головного мозку:

• спершу оцінюється навколишня обстановка, розташування предметів і речей довкола;
• потім прогнозується позиція тіла під час та після виконання руху;
• далі, орієнтуючись на вже отримані дані, підбирається оптимальна позиція тіла для початку руху;
• врешті визначаються ділянки спинного мозку, які необхідно залучити для виконання руху, та необхідна частота відправки імпульсів, від якої залежить інтенсивність руху;
• власне починається відправка нервових імпульсів.

Увесь цей механізм приведення тіла у рух згадується неспроста. Саме в ньому криється основний принцип такого важливого захисту від критичного енергетичного виснаження нашого організму. То ж в чому його суть!?

Спочатку уточнимо деякі факти. Нервовий імпульс – своєрідний спосіб передачі інформації між нервовими клітинами нашого організму. По суті – це електричний розряд, який виникає при дії спеціальної хімічної речовини – ацетилхоліну. Виділений однією нервовою клітиною ацетилхолін змінює електрохімічний потенціал оболонки іншої, і так одна за одною, вибудовуючи місток для проходження електричного імпульсу до точки призначення. У випадку здійснення контрольованого руху, такий місток пролягає від головного мозку до самого м’яза. Як вже згадувалося, шлях нервового імпульсу від спинного мозку до м’язів (як і від головного до спинного) пролягає через нерви. У місці з’єднання нерву та м’яза є спеціальне утворення – нервово-м’язовий синапс. Такий синапс – неначе прикордонний пункт, де нервовими клітинами, під дією імпульсу, виділяється гранична порція ацетилхоліну. Вона провокує останні електрохімічні зміни, вже у м’язовій тканині, і формування містка завершується – нервовий імпульс, пробігаючи від головного мозку, досягає м’язової тканини і викликає її скорочення. Важливо, що передача імпульсу через нерв діє за принципом «максимальної активації» – якщо якась частина нервових клітин на шляху передачі імпульсу не задіяна, то він гасне, не дійшовши до точки призначення.

Отож повернемось до суті вищезгаданого механізму захисту. Виконання контрольованих рухів потребує відправки безлічі нервових імпульсів: між клітинами головного мозку – для підготовки руху; між мозком і м’язом – для виконання руху. Кожен такий імпульс потребує певної порції ацетилхоліну, яка постійно синтезується нервовими клітинами. Якщо інтенсивність наших рухів буде дуже високою, то витрата ацетилхоліну перевищить швидкість його синтезу. Якщо ж витрати ацетилхоліну будуть помірні, але досить тривалі, то в нервових клітинах вичерпається енергія  для його синтезу. У будь якому випадку, через втрати ацетилхоліну спочатку поступово почне згасати частина необхідних нервових імпульсів у головному мозку – відбудеться порушення координації рухів. Потім виснажиться запас ацетилхоліну у нервово-м’язовому синапсі – проходження імпульсу заблокується і скорочення м’язів зупиниться. Звісно, це відбудеться раніше ніж м’язова тканина повністю втратить енергію.

Досі згадувався лише принцип захисту від критичних енерговитрат під час виконання фізичної роботи, але ж чимала частина нашої активності припадає на розумове навантаження. Згадаємо тепер, яку роботу виконує наш мозок при підготовці до здійснення руху, і як в цей час виснажуються запаси ацетилхоліну, блокуючи передачу нервових імпульсів. Це і є моделлю захисту клітин нашого головного мозку від виснаження під час інтелектуальної праці. Все так само, як під час виконання рухів, лише не потрібна відправка імпульсів до м’язів.

Як же описаний механізм захисту від енергетичного виснаження пов’язаний із стомленням? Можна сказати, це одне й те ж саме. Ті об’єктивні зміни працездатності, які ми відчуваємо під час втрати ацетилхоліну (порушення координації рухів, сплутаність думок, блокування роботи м’язів та ін.) і прийнято називати стомленням. Менш глибоким, якщо зміни незначні, і більш глибоким, коли продовжувати роботу не можливо.

Та яким би поверхневим чи глибоким не було стомлення, його завжди нерозривно супроводжує процес відновлення. Робота м’яза зупинилась через повне виснаження ацетилхоліну? Але досить зачекати декілька десятків секунд і знову повертається (хоча і не в значній мірі) здатність продовжити цю роботу. Так, ацетилхолін та енергія нервових і м’язових клітин відновлюються досить швидко. Важливо розуміти, що такі процеси відновлення підконтрольні нашій вегетативній (несвідомій) нервовій системі, а виконання певної роботи – соматичній (свідомій, контрольованій нами). Тобто, якщо ми свідомо регулюємо інтенсивність навантаження, наприклад, на одну й ту ж групу м’язів, то відновлення їх відбувається підсвідомо, зі сталою швидкістю. Таким чином, підібравши темп навантаження під швидкість відновлення, можна виконувати роботу досить довго без перерв (як, наприклад, під час марафонського бігу). Або ж інший варіант, як описувалось вище, – виконувати роботу з посиленим навантаженням, але робити вимушені перерви на відновлення.

Цікаво, що хоча процес відновлення і керується підсвідомими структурами, все-таки його можна злегка перехитрити. Справа в тому, що чим більше структур нашого тіла залучено у виконанні певної роботи тим більше ресурсу буде залучено для їх відновлення. При одночасній роботі усіх скелетних м’язів та мозку, концентрація кисню та корисних речовин, необхідних для відновлення стомлених клітин, в крові буде максимальною, як і швидкість їх руху по тілу. А за таких умов і відновлення стомлених клітин відбувається швидше. Отож хитрість полягає в тому, що, наприклад, відновлення сильно стомлених м’язів руки відбудеться дещо швидше, якщо почати працювати іншою рукою, ніж просто пасивно відпочивати. Саме тому, кращий відпочинок під час стомлення – зміна діяльності (принцип активного відпочинку). Але буває так, що змінити діяльність тривалий час не виходить. Тож якщо цілий день доводиться працювати інтелектуально – ввечері варто зайнятись фізичними вправами. Зранку до вечора працювали фізично – найкраще завершення дня за читанням книги чи грою в шахи.

Крім захисної функції нашого організму, стомлення задіяне у не менш важливих процесах, які прийнято називати «надвідновленням». Не дивлячись на співзвучність, вони не мають нічого спільного з описаним вище відновленням. Коли наш організм сильно стомлюється, це для нього стає неначе сигналом, що існуючих ресурсів не достатньо для виконання необхідної роботи. Таким чином, якщо так стомлюються м’язи – організм мобілізує ресурси для нарощення додаткових м’язових волокон та відповідних їм активуючих нервів (кількісно збільшуються запаси енергії та ацетилхоліну на один м’яз). Якщо ж так стомлюються нервові клітини під час інтелектуальної праці – мозок починає компактизувати зв’язки між ними. Така компактизація зв’язків схожа на прокладення короткого шляху. Наприклад, з пункту А до пункту Б  ми проходили 1км за 20хв, а по новому короткому шляху між ними досить пройти 500м за 10хв. В результаті, одна й та ж інтелектуальна дія з часом потребуватиме менше часу та затрат енергії на відправку імпульсів окружними шляхами.

Так, надвідновлення є невід’ємною частиною розвитку людини. Ми вдосконалюємось, пізнаємо нові професії, освоюємо нові знання, відкриваємо надзвичайні фізичні здатності. І, як вже зрозуміло, стомлення у цьому відіграє не останню роль.

Отже, виконуючи певну роботу, ми стомлюємось. В одному випадку – досягаємо повного виснаження, зупиняємось для відновлення та продовжуємо заняття. В іншому – підбираємо темп роботи, за якого маємо можливість паралельно встигати відновлюватись. Але де ж знаходиться межа? Скільки таких циклів «стомлення-відновлення» може витримати організм? Скільки часу безперервної роботи у режимі мінімальних енергозатрат? Адже, не дивлячись на постійне відновлення працездатності наших клітин, все-одно продукти їх життєдіяльності накопичуються у крові. Все-одно тривалі навантаження викликають зміни гормонального балансу організму. Більше того, при фізичному навантаженні не уникнути постійних механічних пошкоджень клітин м’язів, суглобів, сухожиль, кісток. Дійсно, механізм захисту клітин від енергетичного виснаження не убезпечить їх від постійних негативних хімічних та механічних впливів під час активного функціонування. Тому, щоб ці впливи з часом не переросли у необоротні порушення структури функціонуючого органу, нашому організму потрібен додатковий рівень захисту. Цим захистом є «втома».

Дещо дивним здається той факт, що «втома» та «стомлення» – це різні речі. Але це так, і спробуємо зрозуміти – чому?

Наша активність, здатність оброблювати інформацію, виконувати необхідну фізичну роботу, на пряму залежать від підтримання активності кори головного мозку. Над цим працюють щонайменше десять різних активуючих центрів мозку. Що цікаво, за необхідності ці центри виконують і протилежну функцію – гальмування. Так відбувається, наприклад, коли ми переходимо до сну, або, що важливо, коли ми втомлюємось. Приблизно кажучи, настає стан, коли неможливо змусити себе щось робити. Отож втома – виключно психологічний стан, настання якого контролюється мозком.

Згадаємо, скільки одночасно функцій мусить виконати наш мозок перед здійсненням контрольованого руху (оцінка позиції тіла відносно простору, прогноз позиції тіла після виконання руху, підбір необхідної стійки та ін.), а скільки клітин мозку задіюється під час мислення. Усі ці процеси потребують протікання величезного потоку нервових імпульсів, для активації та контролю якого необхідна чимала кількість різноманітних хімічних речовин (нейромедіаторів). Згаданий ацетилхолін приймає участь лише у активації імпульсу, а безліч інших речовин контролює куди та з якою інтенсивністю ці імпульси відправлятимуться. Тож щоб забезпечити синтез усього необхідного спектру нейромедіаторів, клітинам мозку необхідно витратити чималу кількість енергії. Витрати цієї енергії нерозривно пов’язані з накопиченням продукту енергетичного обміну – аденозину (утворюється при розпаді енергетичних молекул АТФ – аденозинтрифосфату). Аденозин – одна із тих речовин, яка відіграє роль активатора гальмівних реакцій у мозку. За спрощеною схемою:

• чим більш ми активні, тим більше нервових імпульсів протікає у нашому мозку;
• чим більше імпульсів, тим більше нервовим клітинам необхідно синтезувати речовин для їх контролю;
• чим більше синтезується речовин, тим більше витрачається енергії і накопичується продукту енергетичного обміну – аденозину;
• чим більше накопичується аденозину, тим сильніше відчувається втома.

Отож відчуття втоми – це, можна сказати, наступний після стомлення рівень захисту нашого організму від можливих негативних наслідків активної діяльності. Стомлення – блок від енергетичних виснажень під час виконання роботи; втома – блок від структурних пошкоджень через тривале виконання роботи. Дійсно, ми можемо чи не ввесь день стомлюватись та відновлюватись, виконуючи якусь роботу, але втому відчуємо аж надвечір. Або навпаки, ще на початку дня виснажимось до відчуття втоми, а потім до самого вечора не зможемо змусити себе виконувати важку роботу.

І було б все добре і зрозуміло, якби описаний вище механізм настання втоми був єдиним. Справа в тому, що існує чимало станів нашого організму, які відчуваються абсолютно ідентично втомі. Спробуємо трохи розмежувати відчуття, які нас супроводжують під час виконання роботи.

По-перше, як ми відчуваємо стомлення? Згадаємо стан, коли ми сильно голодні: важко виконувати координовані рухи; свідомість наче сплутана; погано розпізнається інформація отримана від аналізаторів (запах, смак, звуки, зображення, дотики). Власне цей стан ідентичний сильному стомленню. Викликаний він нестачею енергії в клітинах, відповідно порушенням синтезу ацетилхоліну і т.д. Особливість його в тому, що він проходить одразу після поновлення запасу енергії.

Втома ж відчуття інше – психологічне. Воно ідентичне нашому стану перед сном, коли функції головного мозку гальмуються, хочеться кинути усю роботу, зайняти зручне положення і просто поспати. Зв’язок зі сном не випадковий, так як саме під час сну відбуваються найважливіші структурні відновлення нашого організму, часткова регенерація тканин, відновлення нормального хімічного складу біологічних рідин та ін.. Тож відчуттям втоми наш організм прагне відновити усі порушення, які настають під час тривалого виконання роботи. Аналогічні втомі відчуття нас охоплюють і під час хвороби, травм, опіків.

Але особливо варто виділити настання подібного втомі відчуття (далі – просто «втома») через різні психічні стани. Тут не завжди легко сказати, чому саме так відбувається. Наприклад, чому втома настає значно раніше при виконанні монотонної роботи, аніж під час ідентичної по навантаженню різноманітної? Або чому людина втомлюється швидше, якщо розуміє, що виконує роботу гірше ніж потрібно? Загалом, щоб відчуття такої втоми не наставало, необхідно знаходити додаткову мотивацію для виконання необхідної роботи.

Тож знайомство з механізмами стомлення та настання втоми дає можливість, за необхідності, боротися з цими станами і, що важливо, раціональніше влаштовувати свою працю. Практичну ж сторону нашої взаємодії зі стомленням та втомою пропоную розглянути у наступній статті.