Kitobni o'qish: «Жизнь как искусство меняться. Серия Живой свет»

Глава

ЖИВОЙ СВЕТ

Жизнь как искусство меняться

ПРОЛОГ

Жизнь, которую мы всё время откладываем

Есть странная особенность современной жизни: мы почти всегда смотрим немного дальше того места, где находимся. Ещё немного потерпеть, закончить проект, заработать нужную сумму, привести в порядок тело, разобраться с отношениями, переехать, получить новую должность, выспаться после этого сложного периода. Тогда станет легче. Тогда появится время. Тогда наконец можно будет жить.

Иногда такая установка действительно помогает двигаться вперёд. Проблема начинается там, где «потом» становится постоянным местом назначения. Один пункт сменяется другим, достигнутое быстро перестаёт радовать, а отдых превращается в награду, которую ещё нужно заслужить. Даже свободный вечер легко заполнить делами, потому что всегда найдётся что-то более важное. И человек может прожить годы в ожидании момента, когда жизнь наконец начнётся.

При этом жизнь никого не ждёт. Она идёт в дни, когда мы успеваем меньше, чем собирались, когда тело болеет, когда приходится отменять планы, когда отношения заканчиваются, когда появляется усталость, которую уже невозможно перекрыть ещё одной чашкой кофе. Она продолжается во время беременности, болезни, восстановления, старения, в периодах неопределённости и перемен, когда привычный способ существования уже закончился, а новый ещё не сложился.

Мы привыкли оценивать такие периоды по шкале эффективности. Есть состояние, в котором человек активен, продуктивен, собран и движется к цели. Есть другое, где он замедлился, устал, остановился или чего-то ещё не достиг. Первое легко назвать хорошим, второе — проблемным. Но если убрать человеческие оценки и посмотреть на живой организм, граница между «делает» и «ничего не делает» оказывается гораздо менее очевидной.

Ночью человек спит, однако тело продолжает огромную работу. Меняется активность мозга, регулируется деятельность внутренних органов, происходят процессы восстановления. После физической нагрузки организм не просто возвращается в исходную точку: он перераспределяет ресурсы, восстанавливает повреждения, приспосабливается к полученному воздействию. Болезнь тоже не сводится к моменту, когда появились симптомы. За ней стоят сложные процессы распознавания угрозы, мобилизации защитных механизмов, изменения обмена веществ и последующего восстановления.

Покой имеет собственную физиологию. Восстановление тоже требует работы.

И у этой работы есть скорость, которую невозможно определить одним желанием. Человек может решить изменить жизнь за вечер. Само решение принимается быстро. Дальше начинается гораздо более длительный процесс: меняется поведение, перестраиваются привычки, организм привыкает к новым нагрузкам, мозгу приходится осваивать другие способы действия, а прежний опыт ещё долго продолжает влиять на реакции. Решение принадлежит сознанию, но изменение человека не происходит только в сознании.

Природа вообще не слишком хорошо приспособлена к нашему представлению о срочности. Гусеница не становится бабочкой раньше положенного срока, сколько бы мы ни считали её развитие слишком медленным. Растение не ускоряет созревание плода только потому, что человеку хочется собрать урожай сегодня. Восстановление ткани не подстраивается под рабочий календарь. Нервная система не завершает перестройку в тот момент, когда мы решили считать старый этап закончённым.

Особенно интересно, что в природе изменение формы не всегда означает движение к чему-то «лучшему». Гусеница не является неудачной бабочкой. Семя не является несовершенным растением. Молодой организм не является недоделанной версией взрослого. Каждая форма существует в определённом месте жизненного цикла и связана со своими задачами. Рост, созревание, размножение, восстановление, старение и завершение относятся к разным процессам, но все они принадлежат одной жизни.

Человек живёт внутри той же биологии, хотя современная культура предлагает ему совсем другую картину. От нас требуется быть эффективными независимо от времени суток, быстро отвечать, быстро принимать решения, переключаться между задачами, сохранять продуктивность в период болезни, переживать потери без долгого перерыва, возвращаться к привычному ритму почти сразу после серьёзных событий. Если не получается, причина обычно ищется в самом человеке: недостаточно организован, недостаточно мотивирован, плохо распределяет время.

Но в сутках действительно может не хватать часов не только потому, что дел слишком много. Есть ещё одна причина, о которой мы редко думаем: разные процессы внутри нас идут с разной скоростью, а переход между состояниями тоже занимает время.

После напряжения требуется время для восстановления. После сильного переживания понимание произошедшего может прийти раньше, чем изменится телесная реакция: человек уже решил, что хочет жить иначе, а часть его всё ещё продолжает действовать по старым правилам.

Мы редко замечаем эту разницу, пока она не начинает мешать.

Тогда появляется ощущение, будто с нами что-то не так. Почему я всё ещё не восстановился? Почему не могу просто перестать думать об этом? Почему понимаю головой, но продолжаю реагировать прежним образом? Почему мне нужно столько времени, чтобы привыкнуть к тому, что другой человек освоил за несколько недель? Почему я не успеваю жить в том темпе, который от меня требуется?

Иногда ответ заключается не в том, что человек недостаточно старается. Возможно, он пытается заставить разные процессы внутри себя двигаться с одной скоростью, хотя сама физиология устроена иначе.

У этого несоответствия есть вполне реальные последствия: человек может продолжать выполнять свои обязанности и внешне выглядеть вполне благополучно, хотя внутри уже идёт перестройка, которая требует времени и сил. Тело в такие периоды легко принять за помеху. Но у организма нет обязанности соответствовать скорости, которую мы выбрали для своей жизни.

И здесь появляется одна из главных особенностей живого: оно не сохраняется в неизменном виде. Чтобы продолжать существовать, ему приходится меняться.

Это видно даже на уровне отдельных клеток. Одни живут недолго и заменяются новыми, другие сохраняются годами; ткани восстанавливаются с разной скоростью. К вопросу о том, что именно делает организм непрерывным, если почти ничего в нём не остаётся неизменным, мы ещё вернёмся не один раз.

То же происходит с развитием. Ребёнок не может стать взрослым, сохранив прежнюю форму тела и прежний способ работы нервной системы. Подростковый возраст сопровождается глубокой перестройкой организма. В зрелости продолжаются изменения, хотя они становятся менее заметными. Позже меняются возможности восстановления, обмен веществ, работа органов и нервной системы. Жизнь не останавливается, когда заканчивается рост.

Она просто переходит в другую фазу.

И здесь возникает мысль, которая сначала может показаться непривычной. Если живое постоянно меняет форму, возможно, сама попытка навсегда сохранить привычный способ существования противоречит устройству жизни. Мы можем сохранить отношения, профессию, привычки, представления о себе, но рано или поздно обстоятельства меняются настолько, что прежняя форма перестаёт выполнять ту работу, ради которой когда-то возникла.

Человек может годами оставаться в профессии, которая когда-то дала ему чувство смысла и безопасности. Может продолжать жить в режиме, который был необходим в период большой нагрузки, хотя сама нагрузка давно закончилась. Может удерживать отношения, привычки или представление о себе только потому, что когда-то они помогли пережить сложный период. Внешне всё ещё выглядит знакомо. Внутри уже появляется ощущение, что жизнь стала тесной.

В такие моменты особенно легко решить, что проблема находится в самом человеке. Нужно стать сильнее, дисциплинированнее, быстрее, собраннее. Нужно заставить себя снова захотеть того, чего хочется хотеть. Но иногда дело совсем в другом: прежняя форма больше не соответствует той жизни, которая внутри неё продолжается.

Это не всегда происходит драматично. Чаще перемена начинается почти незаметно. То, что раньше восстанавливало, больше не помогает. Прежний ритм становится утомительным. Старые цели перестают вызывать прежнее чувство движения. Возникает потребность в другом количестве тишины, другого рода работе, новых отношениях, ином отношении к собственному телу. Сначала это можно принять за временную усталость. Потом становится понятно, что изменилось не настроение, а сама система.

И здесь особенно важно не перепутать изменение с улучшением.

В человеческой культуре развитие почти всегда описывается как движение вверх. Мы должны становиться продуктивнее, сильнее, моложе, успешнее, осознаннее. Даже отдых часто нужен для того, чтобы потом снова работать с большей отдачей. Если движение вперёд остановилось, кажется, что жизнь остановилась вместе с ним.

Но у живого организма нет обязанности постоянно увеличивать свои возможности.

Он может расти, созревать, поддерживать достигнутое, восстанавливаться после нагрузки, перестраиваться под новые условия, стареть. Некоторые процессы идут в сторону усложнения, другие связаны с сокращением, удалением или завершением. Клетка может делиться, а может погибнуть в результате запрограммированного процесса. Ткань может восстанавливаться, а может постепенно утрачивать прежние свойства. Завершение одного процесса иногда становится условием продолжения другого.

В этом смысле жизнь нельзя описать одной прямой линией.

У неё есть циклы, переходы, периоды активности и восстановления, расширения и сокращения. Одни процессы ускоряются, другие замедляются. Иногда организму нужно мобилизовать ресурсы, иногда — сохранить их. Одна и та же способность в разных обстоятельствах может оказаться полезной или избыточной.

Поэтому вопрос, который лежит в основе этой книги, для меня звучит немного иначе, чем привычное «как стать лучше».

Что если важнее научиться замечать, когда жизнь уже изменилась, а мы всё ещё пытаемся жить по прежней форме?

Для ответа на него нам придётся начать не с психологии и даже не с человека. Сначала нужно посмотреть на саму жизнь — на то, что вообще позволяет ей сохранять себя, оставаясь при этом в постоянном движении.

Потом мы посмотрим на время. У организма нет единого внутреннего секундомера — и от того, как он с этим справляется, зависит куда больше, чем кажется на первый взгляд.

Это означает, что человек может хотеть одного темпа, тогда как его тело живёт в другом.

Именно здесь появляется пространство для нашего главного разговора. Не о том, как найти идеальный ритм и подстроить под него всю жизнь. И не о новом наборе правил, который нужно выполнять, чтобы наконец стать правильным человеком.

Скорее о способности замечать изменения и оставлять им место.

Потому что иногда жизнь требует ускорения. Иногда — остановки. Иногда нужно завершить то, что уже перестало работать. Иногда необходимо дать чему-то созреть. А иногда приходится признать, что прежняя форма закончилась, даже если нам очень хотелось бы её сохранить.

Живое не спрашивает, становится ли оно в этот момент лучше. Оно продолжает существовать, изменяя себя в соответствии с тем, что происходит.

И, возможно, человеку тоже не всегда нужно заставлять себя двигаться быстрее или дальше. Иногда сначала стоит понять, в какой точке жизненного цикла он находится и какое изменение уже происходит внутри него.

Потому что у жизни есть собственное время.

И если мы научимся его слышать, многое из того, за что привыкли себя ругать, может оказаться не слабостью и не неспособностью справляться, а частью естественного процесса изменения.

ЧАСТЬ I. ЧТО ТАКОЕ ЖИЗНЬ

Глава 1. Что значит быть живым

Мы настолько привыкли к жизни, что почти перестали замечать, насколько странным является само её существование. Мы просыпаемся утром, едим, дышим, двигаемся, разговариваем, устаём, спим. Всё это кажется настолько естественным, что вопрос «почему мы живые?» звучит почти нелепо. Гораздо привычнее спрашивать, здоровы ли мы, достаточно ли хорошо работает организм, хватает ли ему энергии. Но если отступить на шаг и посмотреть на жизнь как на явление природы, возникает совсем другой вопрос: что позволяет организму оставаться живым, несмотря на постоянные изменения внутри него и вокруг него?

Камень может лежать на одном месте тысячи лет, почти не меняясь. Кристалл способен расти, если вокруг есть подходящие условия, но растёт он иначе, чем сохраняет себя живой организм: у кристалла нарастает готовая структура, а организм именно поддерживает себя работой. Огонь тоже растёт, распространяется, потребляет энергию и какое-то время сохраняет форму, но прекращается, когда заканчивается приток топлива и кислорода. Вирус занимает особое положение: вне клетки он не осуществляет самостоятельный обмен веществ и не поддерживает собственную систему жизненных процессов, а внутри клетки использует её ресурсы и механизмы для воспроизведения.

Прионы — заражающие белки, вызывающие некоторые тяжёлые заболевания нервной системы, — смещают границу ещё дальше: у них нет ни генетического материала, ни собственного обмена веществ, а действуют они, заставляя нормальные белки клетки-хозяина менять форму по своему образцу. Само их существование говорит о том, что одной лишь способности воспроизводить свою форму — пусть даже без участия ДНК — недостаточно, чтобы говорить о жизни: нужна ещё и та самая непрерывная самоподдерживающая работа, о которой пойдёт речь дальше.

Граница между живым и неживым оказывается гораздо интереснее школьного определения, согласно которому живое рождается, растёт, размножается и умирает. Эти признаки действительно описывают многие организмы, но они не объясняют самого главного. Жизнь должна постоянно поддерживать собственную организацию. Для этого организм обменивается веществом и энергией с окружающей средой, удаляет ненужное, восстанавливает повреждённое, регулирует внутренние процессы и реагирует на изменения условий.

Классическое «размножается» тоже описывает не всех живых существ без исключения: мул — гибрид лошади и осла — обычно бесплоден, но не перестаёт быть живым организмом ни на минуту своей жизни. Значит, дело не в том, что организм делает время от времени, а в том, что он делает непрерывно, пока жив.

Организм не может один раз создать себя, а затем существовать в готовом виде. Внутри него постоянно что-то расходуется и что-то восполняется: молекулы синтезируются и разрушаются, клетки получают питательные вещества и выводят продукты обмена, повреждённые структуры ремонтируются или удаляются. Даже когда человек находится в покое, внутри продолжается работа, поддерживающая состав и свойства внутренней среды.

Здесь проявляется одна из главных особенностей живого: его организация держится не на неподвижности, а на продолжающемся процессе.

Если представить живое существо как неподвижную конструкцию, этот принцип легко упустить. Но стоит посмотреть на организм во времени, и становится видно, что устойчивость достигается не сохранением каждого элемента в первоначальном состоянии. Она поддерживается непрерывностью процессов. Кровь движется, дыхание меняется, температура регулируется, вещества поступают и выводятся. Организм остаётся собой благодаря тому, что через него постоянно проходит поток.

Рассматривать организм отдельно от окружающего мира — значит упускать самое важное: перед нами не автономный механизм, а временно устойчивая организация, существующая благодаря обмену. Изменяется среда — меняются условия существования. Меняется потребность организма — перестраивается его работа. Даже внутреннее состояние, которое кажется нам стабильным, поддерживается постоянной регуляцией.

Это касается далеко не одного показателя. Артериальное давление, уровень глюкозы, состав внутренней среды, водно-солевой баланс — ни один из этих параметров не дан организму в готовом виде. Он всё время их поддерживает.

Граница между организмом и остальным миром тоже не так проста, как кажется. В кишечнике человека живут триллионы бактерий, многие из которых участвуют в пищеварении, работе иммунной системы и даже в производстве некоторых витаминов, — настолько тесно, что их совокупность иногда называют «вторым геномом». По некоторым оценкам, число таких клеток сопоставимо с числом собственных клеток человека, хотя их суммарная масса намного меньше. Значит ли это, что граница живого проходит по коже, или в неё стоит включать и это сообщество? Однозначного ответа наука пока не даёт, и сам этот вопрос — ещё одно свидетельство того, что определение жизни не сводится к простому перечислению признаков.

Для описания этого свойства существует понятие самоподдержания. В биологии и философии науки есть несколько подходов к нему. Один из наиболее известных связан с понятием автопоэзиса, предложенным Умберто Матураной и Франсиско Варелой. Они рассматривали живую систему как сеть процессов, которая производит и поддерживает компоненты, из которых сама состоит. Организм существует не просто потому, что в нём однажды собрались определённые части. Эти части постоянно создаются, преобразуются и заменяются внутри продолжающейся организации.

Понятие автопоэзиса оказалось влиятельным далеко за пределами биологии — его позже использовали при описании иммунной системы, экосистем и даже общественных структур, — но сами Матурана и Варела настаивали, что в строгом смысле оно применимо именно к живой клетке: только у неё производство собственных компонентов и поддержание границы неразрывно связаны в одном непрерывном процессе.

В этом смысле живое больше похоже на процесс, чем на вещь.

Но слово «процесс» тоже легко понять неправильно. Речь не о хаотическом движении, где всё меняется как попало. Организм сохраняет определённые отношения между своими частями. Клетки должны получать энергию, мембраны поддерживать определённые свойства, химические реакции происходить в совместимых условиях, органы взаимодействовать друг с другом. Если эти связи серьёзно нарушаются, система теряет способность выполнять свои функции.

Живое, значит, одновременно сохраняет и меняет себя: оно должно быть достаточно устойчивым, чтобы поддерживать свою организацию, и достаточно изменчивым, чтобы реагировать на окружающий мир. Полная неподвижность для него невозможна, как невозможна и полная потеря структуры.

Хороший пробный камень для той же идеи — пламя свечи. Оно тоже существует за счёт постоянного потока: воск испаряется, кислород поступает, идёт реакция горения, выделяются тепло и свет. Пламя даже способно в некотором смысле «размножаться», поджигая соседний фитиль. Но у него нет организации, которая производила бы и чинила себя: стоит прекратить подачу воска или кислорода, и пламя просто гаснет, не оставляя после себя ничего похожего на попытку сохраниться. Если задуть свечу и снова поднести к ней огонь, она загорится точно так же, как в первый раз, — прошлое пламя никак не влияет на то, что происходит дальше. У живой клетки, напротив, есть механизмы, которые распознают повреждение и стараются его исправить, опираясь на собственную историю. Разница не в том, что через систему проходит поток, а в том, что происходит с этим потоком внутри.

Человек ежедневно получает подтверждение этому на уровне собственного тела, хотя обычно этого не замечает. Мы едим, и пища становится частью сложной цепочки химических реакций. Кислород поступает в организм и участвует в производстве энергии. Продукты обмена выводятся. Повреждённые молекулы заменяются. В разных тканях клетки живут разное время и обновляются с разной скоростью.

Жизнь существует внутри этих процессов. Изменение окружающей среды требует реакции, изменение самого организма создаёт новые условия для дальнейшей работы, повреждение запускает восстановление, поступление пищи меняет внутреннюю среду и включает целую последовательность процессов. Физическая нагрузка увеличивает потребность тканей в энергии и кислороде, и организм перестраивает работу систем в ответ на неё.

При этом не всякое изменение означает развитие, рост или улучшение. Организм может увеличивать активность, снижать её, восстанавливаться, перестраиваться или стареть. Он может удалять повреждённые клетки, менять распределение ресурсов, временно снижать функции одних процессов, чтобы поддержать другие. Уже на этом уровне становится видно, что жизнь нельзя описать одной стрелкой, направленной только вперёд и вверх.

Но пока мы видим лишь общий принцип. Организм поддерживает себя через непрерывную работу, а эта работа разворачивается во времени.

У разных участков этой работы — свой, не всегда одинаковый ритм, и то, как из этого несовпадения складывается единое целое, определяет очень многое в устройстве живого.

Глава 2. Жизнь существует во времени

У живого организма есть свойство, которое мы замечаем главным образом тогда, когда оно начинает нарушаться: многие процессы происходят не когда угодно, а в определённое время. Сонливость приходит вечером, утром меняется уровень бодрствования, температура тела в течение суток немного колеблется, меняется активность гормональных систем, обмен веществ и готовность к физической нагрузке. Нам не приходится каждый раз принимать решение о том, что сейчас организму пора перейти из одного режима в другой. Значительная часть этой работы уже встроена в саму физиологию.

Причина становится понятнее, если посмотреть не на человека отдельно, а на среду, в которой возникла и развивалась жизнь. Земля вращается вокруг своей оси, поэтому смена дня и ночи повторяется с определённой закономерностью. В течение года меняется продолжительность светового дня и температура, меняются условия доступности пищи и воды, а вместе с ними для живых существ меняется сама среда существования. В природе есть приливы и отливы, сезонные циклы, периоды размножения, миграции и цветения. Живое развивалось не в мире, где условия оставались постоянными.

Насколько глубоко эта организация встроена в физиологию, показали эксперименты второй половины XX века: исследователь Юрген Ашофф на протяжении нескольких недель держал добровольцев в помещениях без окон, часов и какой-либо информации о времени суток. Ритмы сна, температуры и других процессов не исчезали — они продолжали действовать сами по себе, только их период оказывался немного длиннее суток. Это показывало, что суточная ритмичность — не выученная привычка и не что-то, навязанное извне, а собственное свойство организма, которое внешние сигналы лишь подстраивают под точные двадцать четыре часа. Похожие подходы позже легли в основу целой научной области — хронобиологии, изучающей, как именно живые системы организуют себя во времени.

Но одного факта повторения недостаточно. Для организма особенно важна предсказуемость изменения. Если свет появляется примерно в одно и то же время, температура регулярно меняется вслед за сезоном, а пища становится доступной в определённые периоды, организм получает возможность заранее перестраивать часть своих процессов. Ему не нужно ждать самого события, чтобы начать реагировать на него. Временная организация позволяет подготовиться к тому, что с большой вероятностью произойдёт дальше.

Именно поэтому в биологии существуют понятия временной организации и биологических часов. Они описывают не часы в бытовом смысле, а системы, благодаря которым физиологические процессы получают информацию о времени и могут согласовываться с повторяющимися изменениями среды. Одним из наиболее изученных примеров являются циркадные ритмы, связанные примерно с суточным циклом.

Циркадная система человека не просто отсчитывает двадцать четыре часа. Она помогает организму организовывать сон и бодрствование, изменения температуры тела, гормональную активность, обмен веществ и другие процессы в соответствии с суточным циклом. При этом внутренние часы не работают независимо от окружающего мира. Им необходимы сигналы среды, по которым организм может корректировать своё временное состояние.

Одним из главных таких сигналов является свет.

Свет поступает на сетчатку глаза и через специализированные клетки передаёт информацию о внешнем световом режиме в структуры мозга, связанные с циркадной регуляцией. Центральные часы, расположенные в супрахиазматическом ядре гипоталамуса, участвуют в координации множества суточных процессов. При этом временная организация не ограничивается одним участком мозга. В организме существуют периферические часы, работа которых связана с тканями и органами и взаимодействует с общей системой временной регуляции.

У этой системы есть и более тонкий, молекулярный уровень: почти в каждой клетке работает набор генов, продукты которых по очереди подавляют и снова запускают собственную выработку, создавая цикл длиной примерно в сутки. Открытие этого молекулярного механизма было отмечено Нобелевской премией в 2017 году. Именно эта клеточная «шестерёнка» и синхронизируется центральными часами мозга с внешним временем, а не наоборот.

В результате изменение светового режима способно отражаться далеко за пределами простого ощущения того, что стало светло или темно.

Ярче всего это заметно при перелёте через несколько часовых поясов. Внешнее время меняется быстрее, чем организм успевает перестроить все связанные с ним процессы. Человек уже находится в новом месте и смотрит на часы, которые показывают утро или вечер, а некоторые физиологические процессы ещё некоторое время ориентируются на прежний цикл. Возникает то, что мы называем джетлагом. В данном случае проблема не в том, что организм «не знает» новое время. Ему требуется время, чтобы перестроить внутреннюю временную организацию в соответствии с новым световым режимом.

Перестройка после смены часовых поясов идёт не одинаково в обе стороны: большинству людей легче сдвинуть свой ритм на более позднее время — например, при перелёте на запад, — чем на более раннее. Дело в том, что собственный, ничем не подгоняемый период циркадной системы у большинства людей чуть больше двадцати четырёх часов, и организму физически проще «растянуть» день, чем его укоротить. Этот же факт отчасти объясняет, почему многим людям в принципе легче лечь спать чуть позже обычного, чем заставить себя лечь раньше.

Похожее рассогласование может возникать и без путешествий. Ночной график работы, позднее использование яркого искусственного света, нерегулярный сон и другие изменения режима способны создавать условия, при которых социальное расписание и биологические процессы перестают полностью совпадать. Но степень такого рассогласования у разных людей различается, а сама циркадная система обладает способностью постепенно подстраиваться к изменившимся условиям.

Эта способность имеет большое значение. Если бы внутренние ритмы были абсолютно неподвижными, живому организму было бы трудно существовать в среде, которая сама меняется. В действительности биологические часы обладают определённой пластичностью. Они могут сдвигаться под воздействием светового режима и других внешних сигналов, хотя скорость и пределы такой перестройки зависят от конкретного процесса и условий.

Один из примеров такой подготовки — подъём уровня кортизола перед пробуждением: у большинства людей он начинает расти ещё до того, как человек открывает глаза, обычно за час-полтора до привычного времени подъёма. Организм не дожидается сигнала «пора вставать» — он заранее готовится к переходу в активное состояние, опираясь на устойчивость суточного расписания, а не на сам момент пробуждения.

Живое не просто следует за изменениями среды — оно использует их закономерность для организации собственной работы.

Так было задолго до появления человеческого расписания. Организмы существовали в мире смены света и темноты, сезонов, температуры и доступности ресурсов. Естественный отбор формировал системы, способные учитывать эти повторяющиеся изменения. У разных видов возникли разные способы временной организации, соответствующие их образу жизни и условиям существования.

При этом природные циклы не являются идеально точными. Время восхода и захода солнца меняется в течение года, температура колеблется, пища может становиться доступной раньше или позже, погода нарушает привычную последовательность событий. Поэтому живой организм должен уметь не только следовать ритму, но и корректировать его.

В этом отношении биологическая система отличается от механизма, который просто повторяет одну и ту же программу. Ей приходится соотносить внутренние процессы с реальными условиями среды, а они никогда не повторяются абсолютно одинаково.

Даже суточный цикл, который кажется нам самым очевидным, не является для организма точной копией вчерашнего дня. Человек может лечь спать позже обычного, проснуться раньше, провести ночь без сна, оказаться под ярким светом ночью или несколько дней находиться без естественного освещения. Внутренняя временная организация продолжит работать, но её состояние и взаимодействие с внешними сигналами изменятся.

Биологическое время, иными словами, — не простой счётчик, который каждое утро обнуляется заново.

У организма есть способность соотносить внутренние процессы с внешними изменениями, но для этого ему требуется сама возможность воспринимать эти изменения и время на перестройку. Свет, температура, питание, физическая активность и социальный режим могут становиться сигналами, по которым система корректирует своё состояние. В хронобиологии такие внешние факторы называют цайтгеберами (от нем. Zeitgeber) — «датчиками времени», или синхронизирующими сигналами.

Не каждый сигнал действует одинаково и не каждый имеет одинаковое значение. Для человека свет является одним из наиболее сильных факторов циркадной синхронизации, но временная организация организма складывается из взаимодействия множества условий.

Например, время приёма пищи оказывается особенно значимым сигналом для периферических часов печени и пищеварительной системы, а физическая активность и общение с другими людьми способны сдвигать субъективное ощущение времени, даже не затрагивая напрямую центральные часы мозга. У разных органов, иными словами, могут быть свои собственные ориентиры, и в обычной жизни они, как правило, согласованы друг с другом благодаря общему распорядку дня.

И здесь появляется важное отличие между внешним временем и временем живого организма. Мы можем изменить расписание одним решением: поставить будильник на другой час, перенести рабочую встречу, отправиться в другой часовой пояс. Но внутренние процессы не обязаны перестраиваться с той же скоростью. Некоторые изменения происходят быстро, другие требуют нескольких циклов, а для третьих необходимы более длительные изменения условий.

Это не делает организм несовершенным. Такая временная инерция является частью самой организации живого.

Мы привыкли воспринимать время как одинаковую для всех величину. Часы идут с одной скоростью для каждого человека, и поэтому легко решить, что и все внутренние процессы должны успевать за этим временем одинаково. Но биология устроена иначе. В организме одновременно происходят процессы, для которых важны секунды, часы, сутки, месяцы и годы.

Пока нам достаточно увидеть сам факт: жизнь разворачивается во времени, а окружающая среда постоянно подсказывает организму, где он находится в этом времени.

Глава 3. Жизнь далеко от равновесия

Если оставить систему без притока энергии и без обмена с окружающей средой, со временем различия внутри неё начинают сглаживаться. Температура выравнивается, концентрации веществ стремятся стать более однородными, направленные процессы постепенно затухают. Для изолированной системы такое движение к равновесию естественно. Живой организм существует в совершенно другом режиме.

Пример знаком каждому: чашка горячего чая, забытая на столе, постепенно остывает до комнатной температуры и на этом успокаивается — дальше её температура сама по себе уже не меняется, потому что достигнуто равновесие с окружающим воздухом. Направление здесь всегда одно: горячее и холодное стремятся сравняться, а не разойтись ещё дальше, и без нового источника тепла процесс не повернуть вспять.

Он постоянно получает энергию и вещество из внешней среды и отдаёт ей продукты своей деятельности. Мы вдыхаем кислород и выдыхаем углекислый газ, получаем пищу и воду, выделяем тепло и выводим продукты обмена. Растения используют энергию света, воду и углекислый газ, создавая органическое вещество и возвращая часть продуктов своего обмена в окружающую среду. Через живую систему непрерывно проходит поток, и без него она не смогла бы сохранять свою организацию.

Ещё в 1944 году физик Эрвин Шрёдингер в книге «Что такое жизнь?» сформулировал этот парадокс особенно точно: организм ухитряется избегать быстрого скатывания к равновесию — то есть к смерти, — питаясь, по его выражению, «отрицательной энтропией». Точная формулировка с тех пор не раз уточнялась, но сама идея сохранилась: живое поддерживает свою упорядоченность не вопреки законам термодинамики, а за счёт непрерывного обмена с окружающей средой. Примечательно, что эту книгу физика, а не биолога, позже называли одним из источников вдохновения для тех, кто занимался расшифровкой молекулярной природы наследственности.

На практике это означает, что организм невозможно рассматривать как изолированный объект. Даже когда человек лежит неподвижно и внешне почти ничего не происходит, внутри продолжается работа: сердце перекачивает кровь, лёгкие обеспечивают газообмен, клетки получают необходимые вещества, поддерживается температура, регулируется состав внутренней среды. Покой снаружи не означает остановки процессов внутри.

Позже эту же мысль развил физикохимик Илья Пригожин, предложивший понятие диссипативных структур — устойчивых, упорядоченных состояний, которые возникают именно в открытых системах, далёких от равновесия, и существуют только пока через них проходит поток энергии. За эту работу он получил Нобелевскую премию по химии. Живой организм — самый сложный из известных примеров такой структуры, но далеко не единственный: сама идея показывает, что порядок и устойчивость — вовсе не редкость, которую жизнь единолично привносит в неживую вселенную, а нечто, что физика допускает и вне жизни, при подходящих условиях.

В термодинамике организм относят к открытым системам. Он может поддерживать состояние, далёкое от равновесия, потому что постоянно обменивается с окружающей средой энергией и веществом. Для этого обмена не требуется, чтобы каждое внутреннее изменение было заметным. Многие параметры могут оставаться относительно стабильными именно потому, что их непрерывно поддерживают процессы регуляции.

Регуляция температуры тела — наглядный пример этой особенности. Организм постоянно теряет тепло, но одновременно производит его и регулирует его отдачу. При изменении температуры окружающей среды меняются кровоток, теплоотдача, мышечная активность и обмен веществ. Мы воспринимаем результат как сохранение температуры в определённом диапазоне, хотя внутри системы для этого всё время происходят изменения.

То же относится к концентрации веществ во внутренней среде. Клетки существуют благодаря различиям между внутренним и внешним пространством: отличаются концентрации ионов, электрические потенциалы, содержание различных веществ. Эти различия не возникают один раз и не сохраняются сами собой. Их приходится поддерживать, расходуя энергию.

Если работа, которая поддерживает такие различия, прекращается, они постепенно исчезают.

В этом и заключается важное отличие живого от изолированной системы. Равновесие стремится сгладить различия, тогда как организм постоянно создаёт условия, при которых необходимые различия могут сохраняться.

Здесь возникает связь между жизнью и вторым началом термодинамики. В изолированной системе энтропия в целом не уменьшается, однако открытая система может поддерживать локально упорядоченное состояние за счёт обмена с окружающей средой. Организм получает энергию, использует её для своей работы и выделяет тепло и другие продукты, увеличивая энтропию окружающей среды. Поэтому жизнь не нарушает термодинамические законы. Она существует внутри них.

Более простые примеры можно увидеть и в неживой природе. Если равномерно нагревать слой вязкой жидкости снизу, при определённой разнице температур в ней спонтанно возникают упорядоченные ячейки циркуляции — так называемые ячейки Бенара. Ураган — ещё один пример: устойчивая, узнаваемая структура, которая существует только за счёт постоянного притока тёплого влажного воздуха и разрушается, как только этот приток прекращается. Ни то, ни другое не является живым, но оба явления показывают: способность потока энергии рождать упорядоченность — не привилегия жизни, а общее свойство систем, далёких от равновесия. Разница появляется дальше — в том, что живая система умеет не только поддерживать такую упорядоченность, но и подстраивать её под меняющиеся условия, ремонтировать повреждения и передавать свою организацию дальше.

Иногда эту картину упрощают до противопоставления: энтропия означает хаос, а жизнь будто бы борется с хаосом. Такое объяснение слишком грубое: у энтропии в термодинамике нет ничего общего с бытовым беспорядком, и жизнь никак не нарушает законы природы. Существенно другое: живой организм способен поддерживать определённую организацию благодаря постоянному обмену с внешним миром.

Это можно представить через водоворот в реке. Его форма какое-то время остаётся узнаваемой, хотя вода внутри него постоянно движется и каждое мгновение сменяется новой. Если перекрыть поток, водоворот исчезнет. Он существует не как отдельный предмет, а как устойчивый рисунок движения.

Организм, конечно, несравнимо сложнее водоворота, но сам принцип здесь полезен: устойчивость может быть свойством продолжающегося процесса, а вовсе не неподвижной конструкции. Пока сохраняются условия, поддерживающие движение, может сохраняться и определённая форма.

Именно поэтому стабильность живого не следует понимать как отсутствие изменений. Температура тела остаётся в относительно узком диапазоне не потому, что внутри ничего не меняется, а потому, что организм постоянно компенсирует возникающие отклонения. Артериальное давление, кислотно-щелочное состояние, содержание глюкозы и другие параметры тоже поддерживаются работой множества процессов.

Если человек теряет воду, меняется объём жидкости в организме, концентрация растворённых веществ, работа почек и гормональная регуляция. Возникает жажда, изменяется распределение жидкости, организм старается сохранить наиболее важные для него параметры. Пока возможностей для такой регуляции хватает, внутреннее состояние остаётся в допустимых пределах.

При недостатке кислорода, пищи или энергии происходит то же самое в другом масштабе. Организм не может просто продолжать работать совершенно одинаково, если изменились условия, от которых зависит его существование. Меняется активность отдельных процессов, перераспределяются доступные ресурсы, возникают новые ограничения.

Важен здесь не абстрактный запас энергии сам по себе, а постоянный доступ к источникам, которые организм способен использовать. Полученная энергия преобразуется и направляется на поддержание работы системы. Когда приток становится недостаточным, постепенно сокращаются возможности сохранять прежнюю организацию.

На примере клеточной мембраны видно, насколько непрерывным является этот процесс. Она разделяет внутреннюю и внешнюю среду клетки, но сама эта граница поддерживается благодаря работе клеточных механизмов. Различия в концентрации ионов по обе стороны мембраны требуют постоянных затрат. Пока энергия доступна, система поддерживает их; когда её становится недостаточно, градиенты начинают разрушаться.

Масштаб этого потока может быть удивительным: по некоторым оценкам, взрослый человек в состоянии покоя за сутки синтезирует и расходует количество АТФ — универсального переносчика энергии в клетке — сопоставимое с собственным весом тела, хотя в каждый конкретный момент в организме присутствует лишь малая часть этого количества. Энергия не запасается впрок в готовом виде — она непрерывно производится и тут же используется, и при физической нагрузке этот оборот становится ещё больше.

То, что выглядит как устойчивое состояние, оказывается результатом продолжающейся работы.

При тяжёлом нарушении энергетического обеспечения этот принцип становится особенно очевидным. Когда клетки перестают получать достаточно энергии, постепенно нарушается поддержание электрохимических градиентов, меняется состав внутренней среды, прекращается нормальная работа многих зависимых от энергии процессов. Система теряет способность поддерживать прежнюю организацию.

В этом смысле прекращение жизни связано не только с остановкой отдельных функций. Постепенно исчезает сама способность поддерживать согласованное состояние.

Но одного потока энергии для жизни недостаточно. Внутри организма одновременно происходят тысячи процессов, и они должны быть связаны определённым образом. Продукты одних реакций становятся исходными веществами для других, изменение концентрации одного вещества влияет на следующие процессы, работа одной системы меняет условия для другой. Поток поддерживает жизнь только потому, что внутри организма он включён в определённую организацию.

Организм одновременно отделён от внешней среды и связан с ней обменом. Клеточная мембрана создаёт границу, через которую проходят вещества и сигналы. Дыхательная система связывает внутреннюю среду с атмосферой, пищеварительная получает вещества извне и преобразует их, кровообращение переносит кислород, питательные вещества и сигналы между тканями. Граница здесь не означает изоляцию. Она создаёт условия для обмена, сохраняя при этом различие между внутренним и внешним.

Жизнь существует далеко от равновесия не вопреки постоянному движению, а благодаря ему. Организм сохраняет определённую организацию, пока через него проходят энергия и вещество, пока поддерживаются необходимые различия и пока процессы внутри системы остаются согласованными.

Эта устойчивость имеет особое свойство: она никогда не бывает окончательно достигнутой. Организм не получает состояние, которое затем можно просто сохранять. Условия меняются, расходуются ресурсы, возникают новые требования, и система снова должна поддерживать себя.

Жизнь сохраняет форму благодаря потоку, а не благодаря неподвижности.

Но если поток постоянно проходит через организм, возникает следующий вопрос: что происходит с самим телом? Ведь вещества, из которых мы состоим, тоже не могут оставаться неизменными. Если организация сохраняется, а поток продолжается, то материал организма должен каким-то образом постоянно меняться.

Глава 4. Мы постоянно становимся другими

Если организм существует благодаря постоянному обмену с окружающей средой, возникает простой вопрос: что происходит с веществом, из которого он состоит? Тело кажется нам достаточно постоянным. Меняется вес, растут волосы, заживает рана, но само ощущение остаётся прежним: это моё тело, то же самое, которое было вчера и будет завтра. Между тем его материальная составляющая всё время находится в движении.

В клетках постоянно синтезируются и разрушаются молекулы, белки имеют собственную продолжительность жизни, повреждённые структуры удаляются, новые создаются. Клетки разных тканей тоже существуют по-разному: одни делятся быстро, другие обновляются медленнее, а некоторые клеточные популяции сохраняются очень долго. Поэтому невозможно назвать один срок, за который обновляется всё тело. У организма нет единого календаря замены самого себя.

Клетки кишечного эпителия, например, обновляются быстро, поскольку постоянно подвергаются воздействию содержимого кишечника. Клетки крови тоже регулярно заменяются: старые удаляются, а костный мозг производит новые. Печень обладает значительной способностью к восстановлению после повреждения. В нервной системе многие клетки сохраняются десятилетиями. Эти различия не являются случайностью. Скорость обновления связана с функцией ткани, условиями её существования и тем, насколько интенсивно она подвергается повреждению и нагрузке.

Отсюда и распространённый миф о том, что «тело обновляется полностью каждые семь лет». Приведённые примеры показывают, что это не так: одни ткани обновляются за недели, а нейроны коры больших полушарий, хрусталик глаза и эмаль зубов у взрослого человека практически не заменяются на протяжении всей жизни. Единого срока полного обновления не существует именно потому, что у разных частей тела нет единого расписания.

Но обновление организма не сводится к замене одной клетки другой. Даже внутри клетки постоянно меняются её составляющие. Белки синтезируются, используются, модифицируются и разрушаются. Мембранные компоненты обновляются, повреждённые структуры удаляются, а необходимые вещества снова поступают в клеточный обмен. У разных молекул своя скорость оборота, поэтому даже одна клетка представляет собой постоянно меняющуюся систему.

Для поддержания этого порядка существуют сложные механизмы контроля. Клетка распознаёт неправильно свернутые или повреждённые белки и направляет их на разрушение. В этом участвует убиквитин-протеасомная система. Другой путь связан с аутофагией, при которой клетка перерабатывает собственные повреждённые или ненужные компоненты. Полученные вещества могут использоваться повторно.

У этой картины обновления есть и предел, хотя действует он не одинаково для всех типов клеток. У большинства клеток тела каждое деление слегка укорачивает защитные участки на концах хромосом — теломеры, — и когда они становятся слишком короткими, клетка перестаёт делиться или погибает; это явление называют пределом Хейфлика. Но есть и исключения: у половых клеток, у части стволовых клеток и у раковых клеток работает особый фермент — теломераза, — который умеет достраивать теломеры заново и обходить этот предел. Значит, у клеточного обновления есть свой счётчик, но не один и тот же для всех клеток организма.

Такая работа не включается только во время болезни или после травмы. Она идёт постоянно, пока клетка остаётся живой.

На уровне ткани происходят похожие процессы. Одни клетки погибают, другие появляются, а сама ткань продолжает выполнять свою функцию. Для этого важно не только количество клеток, но и то, как они расположены, какие связи поддерживают между собой и как взаимодействуют с окружающей тканью. Поэтому обновление может происходить внутри относительно стабильной структуры.

Источником такого обновления служат стволовые клетки — особые клетки, которые сохраняют способность делиться и превращаться в клетки нужного типа. В одних тканях, например в костном мозге и кишечнике, таких клеток много, и они активно работают всю жизнь; в других, включая большую часть нервной системы взрослого человека, возможности обновления из стволовых клеток крайне ограничены. Поэтому и способность ткани восстанавливаться после повреждения так сильно различается от органа к органу: порез на коже заживает за считаные дни, а повреждение спинного мозга может не восстановиться никогда.

Особенно хорошо это становится заметно после повреждения. Ткань не просто получает новые клетки взамен разрушенных. Меняются кровоток и проницаемость сосудов, возникает воспалительная реакция, удаляются повреждённые структуры, активируются клетки, участвующие в восстановлении, затем формируется новая ткань и постепенно перестраивается её организация. Скорость этого процесса зависит от типа ткани, характера повреждения, возраста, кровоснабжения, питания и других условий.

Восстановление имеет собственное время.

Это важно учитывать, когда мы говорим о теле как о постоянно меняющейся системе. Некоторые процессы занимают часы, другие дни или недели, а определённые структурные изменения могут продолжаться значительно дольше. Организм не перестраивается целиком за один момент. Разные его части находятся на разных этапах обновления одновременно.

Мы смотрим на себя в зеркало и видим относительно устойчивую форму, хотя внутри неё постоянно меняется материал: часть молекул уже не та, что была вчера, какие-то клетки заменились, какие-то структуры были отремонтированы, какие-то процессы изменили свою активность. При этом мы не просыпаемся каждое утро с ощущением, что стали другим человеком.

Значит, наша непрерывность связана не с сохранением одного и того же набора молекул.

Философы задавались похожим вопросом задолго до появления клеточной биологии. Классический парадокс корабля Тесея спрашивает: если в корабле постепенно заменить все доски одну за другой, останется ли это тем же кораблём? Применительно к живому организму подсказку даёт сама биология: корабль — вещь, а не процесс, и поэтому вопрос о его тождестве действительно ставит в тупик. Организм же не собран один раз из деталей, которые потом по одной меняют, — он с самого начала существует как продолжающийся процесс, и именно непрерывность этого процесса, а не сохранение материала, обеспечивает его тождество самому себе.

Она связана с организацией.

Клетка может заменить часть своих белков и при этом продолжить выполнять ту же функцию. В ткани клетки могут погибать и заменяться новыми, а сама ткань сохраняет характерную структуру. Организм проходит через постоянные изменения состава, но поддерживает определённые отношения между своими компонентами.

Именно эти отношения позволяют нам воспринимать тело как непрерывное.

Здесь важно различать две вещи: материальную составляющую и организацию. Материал постепенно проходит через систему, а организация должна сохраняться достаточно долго, чтобы система продолжала работать. Она тоже может изменяться, но обычно это происходит не одномоментно. Организм развивается, стареет, восстанавливается после повреждений, адаптируется к нагрузкам, и на каждом этапе его структура немного отличается от прежней.

Сегодняшний организм — не точная копия вчерашнего, а его продолжение с изменившимися деталями.

При этом между ними существует непрерывность. Она поддерживается множеством процессов, которые связывают прошлое состояние с настоящим. Новые клетки включаются в уже существующие ткани, новые молекулы участвуют в продолжающихся биохимических цепочках, изменившиеся структуры становятся основой для следующих изменений.

Эта непрерывность особенно интересна, если посмотреть на неё во времени. Человек остаётся собой не потому, что его тело остановилось в определённом состоянии. Он остаётся собой в процессе постоянного обновления.

Меняется материал, сохраняется определённая организация, а вместе с ней продолжается работа организма.

Это относится и к более крупным изменениям. Под влиянием физической нагрузки мышечная ткань постепенно перестраивается. При изменении питания меняется обмен веществ. После болезни организм некоторое время восстанавливает нарушенные функции. С возрастом меняются свойства тканей, скорость регенерации и характер обменных процессов. В каждом случае новое состояние возникает из предыдущего, а не появляется отдельно от него.

Изменение организма — не последовательность полностью самостоятельных состояний: каждое следующее вырастает из того, что было до него.

И здесь возникает ещё один важный момент: разные процессы внутри одного тела не только обновляются, но и делают это с разной скоростью. Белок может существовать несколько часов, другая молекулярная структура значительно дольше. Клетки кишечника меняются быстрее многих клеток нервной системы, костная ткань постоянно перестраивается, хотя внешне кажется неподвижной. Одновременно в организме происходят процессы, рассчитанные на секунды, часы, дни, месяцы и годы.

У тела нет единого темпа.

Эта разница во времени становится важной для всего, что происходит дальше. Организму приходится поддерживать целостность системы, внутри которой одни процессы уже завершили свой цикл, другие только начались, а третьи продолжаются ещё долго. Обновление поэтому не является одной общей программой. Это множество процессов, которые идут одновременно и должны оставаться совместимыми друг с другом.

Мы привыкли связывать устойчивость с сохранением чего-то прежнего. В живом всё устроено сложнее. Чтобы ткань оставалась тканью, часть её клеток должна исчезать и заменяться. Чтобы клетка сохраняла функцию, её молекулярный состав должен постоянно поддерживаться. Чтобы организм продолжал существовать, его внутренние процессы должны идти дальше.

Сохранение себя требует постоянного изменения собственной материальной основы.

Здесь и проходит различие между живым организмом и вещью: у вещи форма держится сама по себе, почти без изменения состава, а живому для этого нужны работа, обмен, обновление и время.

Тело, которое мы видим сегодня, уже отличается от тела вчерашнего дня. Но оно не начинается заново каждое утро. Его настоящее состояние связано с предыдущим, а следующее будет связано с нынешним.

Мы всё время становимся немного другими, продолжая оставаться собой.

Живое сохраняет себя, меняясь.

И теперь появляется следующий вопрос. Если разные части организма обновляются с разной скоростью и каждый процесс имеет собственное время, каким образом они успевают работать согласованно? Что позволяет сердцу, дыханию, обмену веществ, нервной системе и множеству других процессов не просто существовать одновременно, а подстраиваться друг под друга?

Для этого недостаточно одного обновления.

Нужен ритм.

ЧАСТЬ II. РИТМ ЖИЗНИ

Глава 5. Ритм — это не часы

Когда мы слышим слово «ритм», чаще всего представляем повторение: удар метронома, тиканье часов, движение маятника. В таких механизмах ценится регулярность. Один интервал должен быть похож на другой, и чем меньше отклонение, тем точнее работает устройство.

С живым организмом всё иначе. Сердце сокращается снова и снова, дыхание повторяется, сменяются периоды сна и бодрствования, однако ни один цикл не оказывается точной копией предыдущего. Мы просто не замечаем большинства этих различий, потому что они невелики и не мешают обычной работе организма.

Хорошо это видно на сердце. В покое его частота может казаться почти постоянной, но интервалы между последовательными сокращениями немного различаются. На них влияют дыхание, положение тела, физическая активность, эмоциональное состояние и работа автономной нервной системы. Во время вдоха сердечный ритм обычно немного ускоряется, на выдохе замедляется. Когда человек встаёт, начинает идти или бежать, сердцу приходится менять работу в соответствии с новой нагрузкой.

У самого сердца есть собственный водитель ритма — синоатриальный узел, небольшая группа клеток в правом предсердии, которая сама способна генерировать электрический импульс и задавать базовую частоту сокращений. Если полностью отключить сердце от нервной системы, оно продолжит сокращаться в собственном темпе. Но в реальности этот узел почти никогда не работает в одиночестве: его сигнал постоянно корректируется вегетативной нервной системой, гормонами и множеством других влияний. Базовый ритм и его подстройка — не одно и то же, и именно эта разница делает сердечный ритм не просто счётчиком времени, а рабочим инструментом регуляции.

Если записать последовательность интервалов между сокращениями, получится не ровная линия, а меняющийся рисунок.

Такая вариабельность долго воспринималась как нечто второстепенное. Казалось естественным считать хорошим тот ритм, который максимально близок к равномерному. Но организму нужна совсем другая точность. Сердце должно достаточно быстро реагировать на изменение потребностей тела и так же изменять свою работу, когда эти потребности снижаются.

Во время физической нагрузки мышцам требуется больше кислорода и питательных веществ, увеличивается потребность в кровотоке, и сердечно-сосудистая система перестраивается. После прекращения нагрузки потребность постепенно уменьшается, и работа сердца снова меняется. Если бы оно продолжало сокращаться с одной и той же частотой независимо от происходящего, такая «идеальная регулярность» скорее мешала бы организму, чем помогала ему.

Поэтому в физиологии важно различать ритмичность и строгую регулярность. Повторяемость процесса создаёт его временную структуру, но небольшая изменчивость остаётся частью нормальной работы.

Живой ритм поэтому существует внутри постоянно меняющихся условий. Организм получает информацию о том, что происходит, и меняет свою работу в ответ. Иногда такая коррекция почти незаметна, иногда становится очень выраженной.

В этом заключается одно из принципиальных отличий биологического ритма от часов. Часы созданы для того, чтобы измерять время, и их работа стремится к постоянству. Организм использует ритмы для собственной регуляции, поэтому изменение интервала или амплитуды может быть не погрешностью, а частью реакции.

Представим человека, который лежит спокойно и затем резко встаёт. В первые моменты после подъёма меняется распределение крови под действием силы тяжести. Организм должен быстро отреагировать, чтобы сохранить достаточное кровоснабжение мозга. Сердечный ритм и сосудистый тонус меняются, а затем постепенно устанавливается новое состояние.

За этой быстрой реакцией стоит конкретный механизм — барорефлекс. Особые рецепторы в стенках крупных сосудов, прежде всего в области сонной артерии и дуги аорты, постоянно отслеживают давление крови. Как только давление в верхней части тела падает из-за резкой перемены позы, эти рецепторы посылают сигнал, и нервная система почти мгновенно повышает частоту сердечных сокращений и тонус сосудов, компенсируя перепад. Без такой коррекции резкий подъём мог бы на несколько секунд оставить мозг без достаточного притока крови — отсюда знакомое многим лёгкое головокружение, если встать слишком быстро.

Именно здесь особенно заметно, что ритм связан с переходом между состояниями. Организм не просто повторяет один цикл за другим. Он непрерывно соотносит текущую работу системы с тем, что происходит в данный момент.

По этой причине сама по себе вариабельность физиологического показателя ещё ничего не говорит о состоянии человека. Например, вариабельность сердечного ритма, или HRV, отражает изменения интервалов между последовательными сердечными сокращениями. На неё влияет множество факторов, и её нельзя интерпретировать отдельно от контекста, в котором показатель был получен.

Кардиологи не были первыми, кто заметил клиническое значение этой изменчивости, — эта заслуга принадлежит акушерам. При наблюдении за сердечным ритмом плода во время родов выяснилось, что не сама частота сердцебиения, а именно потеря его естественной изменчивости — слишком ровный, «зафиксированный» ритм — может быть тревожным признаком, указывающим на недостаток кислорода. Уменьшение вариабельности оказалось информативнее её присутствия: ровность там, где ожидалась живая изменчивость, говорила о проблеме больше, чем сама по себе частота ударов.

Важны не только величина изменений, но и их структура, условия измерения и то, как система ведёт себя во времени. Один и тот же показатель может иметь разное значение в зависимости от возраста, физической нагрузки, сна, положения тела и текущего состояния организма.

Свести живой ритм к одной-единственной цифре — значит почти всегда обеднить получившуюся картину.

Есть и более смелая гипотеза на этот счёт: кардиолог Ари Голдбергер и его коллеги предположили, что здоровая физиология вообще отличается особой сложностью колебаний — не хаосом и не строгой регулярностью, а чем-то посередине, — и что старение и болезнь часто проявляются как потеря именно этой сложности, даже если средняя частота остаётся в норме. Идея активно обсуждается и не является общепринятым фактом, но она хорошо объясняет то, что мы уже увидели на примере сердца: избыточная регулярность иногда как раз говорит о том, что система потеряла часть своей гибкости, а не о том, что всё в порядке. С этой же путаницей в последние годы столкнулись и без медицинского образования: фитнес-браслеты и умные часы показывают вариабельность сердечного ритма как «показатель восстановления», и низкое число легко принять за отдельный диагноз, забыв, что сама по себе цифра ничего не говорит без контекста сна, нагрузки и общего состояния.

Ритмичность нужна организму для координации процессов во времени, а изменчивость позволяет этой организации оставаться гибкой. Сердце сохраняет свою функцию, хотя интервалы между сокращениями немного меняются. Дыхание продолжает обеспечивать газообмен, хотя его рисунок постоянно подстраивается под ситуацию.

В этом сочетании и проявляется особенность живого ритма. Он достаточно устойчив, чтобы сохранять функцию, и достаточно изменчив, чтобы реагировать на происходящее.

При этом ритм не существует отдельно от состояния организма. После физической нагрузки сердечные сокращения какое-то время остаются более частыми, а затем постепенно возвращаются к уровню покоя. Сам процесс восстановления тоже имеет временную структуру. В зависимости от нагрузки, тренированности и состояния человека она будет различаться.

Мы можем наблюдать похожее в течение сна. Организм не проводит всю ночь в одном физиологическом режиме. Активность нервной системы, дыхание, движения глаз, мышечный тонус и другие показатели меняются в соответствии с фазами сна. Внешне человек просто спит, но внутри происходят последовательные переходы между состояниями.

Поэтому ритм нельзя отделить от времени и от изменения состояния.

Пока мы рассмотрели один процесс и увидели, что даже он не повторяется абсолютно одинаково. Сердце имеет собственную динамику, дыхание — свою. Каждый из этих процессов может изменяться в зависимости от ситуации.

Но человек не состоит из одного ритма.

Одновременно работают сердечно-сосудистая система, дыхание, нервная система, гормональная регуляция, обмен веществ и множество других процессов. У каждого есть собственная временная организация, и они не могут существовать совершенно независимо друг от друга.

Дальше в этой книге снова и снова будет возникать один и тот же принцип: то, что выглядит как отклонение от идеальной регулярности, часто оказывается частью нормальной работы живой системы, а не её сбоем. Именно с этой мыслью стоит переходить к следующему шагу — от одного ритма к тому, как внутри одного организма одновременно уживаются множество разных ритмов сразу.

Глава 6. Внутри нас нет одного ритма

Когда мы говорим о биологическом ритме, легко представить организм как систему с единым внутренним расписанием: утром мы просыпаемся, вечером засыпаем, в течение дня меняется активность, а ночью организм возвращается к исходному состоянию. Такая картина удобна, но она создаёт иллюзию простоты. На самом деле в один и тот же момент внутри нас происходят процессы, которые живут в совершенно разных временных масштабах.

Сердце сокращается каждую секунду, дыхание меняет свой рисунок за несколько секунд, нервные сигналы возникают ещё быстрее. Некоторые гормональные процессы разворачиваются в течение минут или часов. Другие подчиняются суточным циклам. Есть изменения, для которых нужны месяцы и годы: рост, половое созревание, перестройка тканей, старение. Всё это происходит в одном организме одновременно.

Самый известный из длительных ритмов — циркадный, связанный примерно с двадцатичетырёхчасовым циклом. Он участвует в организации сна и бодрствования, колебаний температуры тела, гормональной активности, обмена веществ и других физиологических процессов. Но сутки — лишь один из временных масштабов, в которых существует организм.

Циркадная система сама по себе устроена не как одни часы. В мозге находится центральный координатор суточных ритмов — супрахиазматическое ядро гипоталамуса. Оно получает информацию о световом режиме через сетчатку глаза и помогает организму соотносить внутренние процессы со сменой дня и ночи.

Однако временная организация не заканчивается в мозге.

У различных тканей существуют собственные молекулярные часы. Их называют периферическими часами. Они обнаружены, в частности, в печени, мышечной и жировой ткани и участвуют в организации локальных процессов. Их работа связана с центральной системой, но на неё также влияют местные условия, например время питания и физической активности.

Это разделение имеет практическое значение. Если человек ложится спать поздно, но продолжает есть в обычное дневное время, центральные и периферические часы получают противоречивые сигналы: глаза видят один режим освещения, а печень и другие органы пищеварения — другой. Нечто похожее происходит при сменной работе или частых поздних приёмах пищи: внутренние часы разных органов постепенно расходятся друг с другом, хотя каждый из них по отдельности продолжает исправно идти.

Организм, соответственно, получает информацию о времени сразу из нескольких источников.

Свет сообщает о смене дня и ночи. Питание связано с метаболическими процессами. Физическая активность меняет состояние мышц и энергетический обмен. Температура и социальный режим тоже могут становиться временными сигналами. Все эти факторы действуют не изолированно, а включаются в общую систему временной организации.

Представим обычный день. Утром меняется световой режим, человек просыпается и начинает двигаться. После еды активируются процессы, связанные с пищеварением и обменом веществ. Во время физической нагрузки меняется работа сердечно-сосудистой и дыхательной систем. Вечером уменьшается освещённость, меняется активность нервной системы, организм постепенно переходит к состоянию, связанному со сном.

Всё это происходит в пределах одних суток, но само «суточное состояние» складывается из множества процессов.

Даже не зная этих названий, почти каждый уже сталкивался с ними на собственном опыте: с внезапным спадом энергии среди рабочего дня, с ежемесячными колебаниями самочувствия, с той необъяснимой сонливостью, что наваливается зимой раньше обычного. У каждого из этих ощущений есть свой временной масштаб и своё название.

Помимо циркадных существуют более быстрые и более медленные ритмы. Ультрадианными называют ритмы с периодом меньше суток. К ним относятся, например, некоторые колебания гормональной секреции. Инфрадианные ритмы имеют период больше суток и могут быть связаны с сезонными или репродуктивными процессами.

Хороший пример такого ультрадианного ритма — то, как выделяются в кровь многие гормоны. Гормон роста, кортизол и ряд других веществ поступают в кровоток не ровным потоком, а отдельными импульсами, повторяющимися каждые один-два часа. Между импульсами концентрация гормона в крови заметно снижается, а затем снова повышается. Если измерить уровень такого гормона всего один раз, результат может сильно зависеть от того, в какой момент этого короткого цикла было взято измерение, — ещё один повод не доверять единичному числу больше, чем оно заслуживает.

Самый известный инфрадианный ритм человеческого организма — менструальный цикл, который в среднем занимает около месяца и складывается из последовательных гормональных фаз, влияющих не только на репродуктивную систему, но и на температуру тела, обмен веществ и самочувствие. Это ещё один масштаб времени, который никак не совпадает ни с сутками, ни с более быстрыми ритмами, рассмотренными выше, но точно так же остаётся частью нормальной физиологии, а не отклонением от неё.

Ещё медленнее работают сезонные, или циркануальные, ритмы, отсчитывающие время месяцами. У многих животных они регулируют размножение, накопление жира или подготовку к зиме и во многом опираются на длину светового дня: чем короче становятся сутки, тем дольше по ночам вырабатывается гормон мелатонин, и это служит организму сигналом о смене сезона. У человека этот механизм выражен гораздо слабее, но полностью не исчезает — с этим отчасти связаны сезонные колебания сна, аппетита и настроения, которые многие замечают за собой, даже если не связывают их с работой той же гормональной системы, что отвечает за суточный ритм сна и бодрствования.

Есть и более смелая, до конца не подтверждённая гипотеза о существовании похожего девяностоминутного цикла и во время бодрствования — так называемого базового цикла активности и покоя, предложенного исследователем Натаниэлом Клейтманом. Идея в том, что уровень внимания и работоспособности на протяжении дня колеблется волнами, а не остаётся ровным, и это может объяснять, почему сосредоточенная работа обычно идёт волнами, а не одним долгим равномерным усилием. Прямых доказательств для такого цикла у бодрствующего человека меньше, чем для его аналога во сне, поэтому эту идею стоит воспринимать скорее как рабочую гипотезу, чем как установленный факт.

Эти названия нужны не ради классификации. Они помогают увидеть, насколько неоднородным является время внутри организма.

Сами эти термины — циркадный, ультрадианный, инфрадианный — предложил в середине XX века исследователь Франц Хальберг, один из основателей науки, которую он же назвал хронобиологией. Ему важно было показать, что речь идёт не о случайных колебаниях, а о системе организации времени внутри живого организма — с собственной терминологией, такой же строгой, как терминология анатомии или биохимии.

Возьмём температуру тела. Она меняется в течение суток, но одновременно зависит от физической активности, состояния здоровья, температуры окружающей среды и других условий. Суточный рисунок при этом не исчезает. На него накладываются более быстрые изменения.

С сердцем происходит нечто похожее. Его работа меняется от дыхания, положения тела, нагрузки и состояния нервной системы. В течение суток на сердечно-сосудистую систему тоже действует циркадная организация. Поэтому показатель, который мы называем частотой сердечных сокращений, в каждый конкретный момент отражает сразу несколько процессов.

Так устроено и с обменом веществ. На него влияет время суток, но также имеет значение, когда человек ел, двигался, отдыхал и спал. Один и тот же организм утром и вечером может находиться в разных метаболических условиях, хотя между этими состояниями прошло всего несколько часов.

В результате внутри человека нет единой временной шкалы, по которой можно было бы расположить всё происходящее.

Есть процессы, которые меняются почти мгновенно, и есть процессы, которые продолжаются годами. Между ними находится множество промежуточных масштабов. Они не заменяют друг друга и не существуют последовательно. В каждый момент организм удерживает их все одновременно.

Если выстроить все эти масштабы в один ряд, разброс окажется огромным: нервный импульс распространяется за тысячные доли секунды, гормональный импульс — за часы, менструальный цикл — за недели, сезонные изменения — за месяцы, а обновление тканей, о котором шла речь в главе 4, может занимать годы. Ни один из этих масштабов не отменяет остальные и не является более «настоящим» — просто задача, которую решает каждый процесс, требует своего собственного времени.

Именно поэтому состояние организма нельзя полностью описать одним показателем или одним ритмом. Частота пульса может быть нормальной, но человек может быть не выспавшимся. Циркадный цикл может быть относительно устойчивым, хотя восстановление после физической нагрузки ещё продолжается. Метаболические процессы могут реагировать на недавний приём пищи, пока другие системы уже находятся в другом состоянии.

Каждый показатель показывает только часть общей картины.

При этом было бы неточно считать эти процессы полностью независимыми друг от друга. Но что именно удерживает их вместе, — вопрос, который заслуживает отдельного разговора, а не одной фразы о том, что «всё связано».

Мы часто говорим: «организм работает». Но за этим простым выражением скрывается огромное количество процессов, которые не запускаются одновременно и не заканчиваются одновременно. Они имеют собственные циклы, собственные периоды и собственную чувствительность к внешним сигналам.

Человек может проснуться после полноценного сна, но его мышцы всё ещё восстанавливаются после вчерашней нагрузки. После еды метаболические процессы будут некоторое время работать иначе, чем до неё. В течение суток меняется гормональный фон, а внутри этих суточных изменений происходят более быстрые колебания.

Один организм. Много времён.

И чем внимательнее мы смотрим на эту систему, тем яснее становится, что слово «ритм» само по себе ещё не объясняет происходящего. Важна не только длительность цикла, но и то, как один процесс соотносится по времени с другим.

Потому что в живом организме разные ритмы должны существовать одновременно, не разрушая общую работу системы.

Глава 7. Тело не умеет спешить

Мы умеем менять планы почти мгновенно. Можно закончить одну задачу и через минуту заняться другой, выйти из одного разговора и сразу включиться в следующий. Для сознания такой переход может занимать совсем немного времени. С телом всё сложнее.

Представим человека, который несколько часов работал за компьютером, а потом вышел на пробежку. Субъективно переход происходит в тот момент, когда он встаёт и начинает двигаться. Физиологически он начинается раньше и продолжается дольше. Меняется работа сердца и сосудов, увеличивается потребность мышц в кислороде и энергии, перестраивается дыхание, меняется теплоотдача. Одни реакции запускаются почти сразу, другим требуется больше времени.

То же происходит после окончания нагрузки. Человек уже остановился, но сердечный ритм остаётся повышенным, дыхание постепенно возвращается к исходному уровню, продолжаются процессы восстановления. Внешнее событие уже закончилось, а организм ещё какое-то время живёт в его последствиях.

Для живой системы это естественно. Разные процессы обладают разной скоростью реакции, и невозможно заставить их одновременно перейти из одного состояния в другое.

При резком изменении условий эта разница становится особенно заметной. Нервная система способна передать сигнал за доли секунды, поэтому рука отдёргивается от горячей поверхности практически мгновенно. Восстановление повреждённой ткани устроено иначе. Здесь необходимо изменить клеточную активность, синтезировать нужные молекулы, перестроить тканевые структуры. Такой процесс уже измеряется часами, днями и иногда более длительными периодами.

Заживление раны — хороший пример того, что этот процесс тоже устроен не как один шаг, а как последовательность стадий с разной продолжительностью. Сначала останавливается кровотечение и формируется временный барьер, затем в течение нескольких дней в повреждённую область приходят клетки, которые борются с инфекцией и запускают восстановление, потом начинается формирование новой ткани. Но даже когда рана внешне уже закрылась, перестройка новых волокон соединительной ткани может продолжаться месяцами, постепенно делая рубец прочнее. Внешне заметный результат и внутреннее завершение процесса — снова два разных момента времени.

Эти различия связаны с самой природой происходящих процессов. Быстрый нервный ответ и постепенная перестройка ткани решают разные задачи, поэтому ожидать от них одинаковой скорости было бы странно.

Хороший пример даёт физическая нагрузка. Сердце и дыхание начинают реагировать практически сразу после начала упражнения, поскольку мышцам быстро требуется больше кислорода и энергии. Но увеличение выносливости возникает не во время одной тренировки. Для этого организм должен пройти через повторяющиеся циклы нагрузки и восстановления, постепенно изменяя работу тех систем, которые обеспечивают физическую работоспособность.

У этой перестройки тоже есть собственная внутренняя очерёдность. Одни изменения — например, то, как эффективно сердце перекачивает кровь за одно сокращение, — начинают заметно меняться уже через несколько недель регулярных тренировок. Другие, такие как рост числа митохондрий в мышечных клетках или плотность капилляров, обеспечивающих доставку кислорода к тканям, формируются медленнее и требуют месяцев. Поэтому ощутимое улучшение выносливости обычно складывается не из одного изменения, а из нескольких процессов, которые доходят до заметного результата не одновременно.

Сегодняшняя нагрузка может стать причиной изменений, которые проявятся только через некоторое время.

С восстановлением происходит то же самое. После прекращения упражнения физиологическая нагрузка уменьшается, но возвращение к исходному состоянию занимает определённый период. Его продолжительность зависит от интенсивности работы, тренированности, сна, питания, состояния тканей и других условий.

Поэтому слово «восстановление» само по себе немного обманывает. Оно создаёт впечатление, будто организм сначала покидает нормальное состояние, а затем просто возвращается обратно. В действительности после нагрузки происходит последовательность изменений, и состояние системы постепенно становится другим.

Похожий эффект даёт смена часового пояса, о которой уже шла речь: световой режим меняется сразу, а часть внутренних процессов ещё некоторое время живёт по прежнему циклу. Поэтому можно оказаться в новом часовом поясе и чувствовать сонливость тогда, когда по местному времени нужно бодрствовать.

Сознание уже знает новое время, а физиологическая система ещё перестраивается.

Такая разница объясняет, почему нельзя отождествлять время на часах со временем организма. Часы фиксируют внешний параметр. Организму приходится менять состояние самого себя, а для этого нужны последовательные физиологические процессы.

То же касается изменений, которые происходят медленнее и не так заметны. После начала регулярных тренировок сила и выносливость увеличиваются постепенно. После изменения питания обмен веществ некоторое время приспосабливается к новым условиям. После болезни самочувствие может улучшиться раньше, чем полностью восстановятся все функции.

В каждом случае есть промежуток между событием и окончанием перестройки.

Этот промежуток легко принять за отсутствие результата. Человек уже изменил поведение, но ещё не чувствует соответствующих изменений в теле. Он уже перестал испытывать прежнюю нагрузку, но организм продолжает на неё отвечать. Он уже решил ложиться раньше, но некоторое время всё ещё просыпается в прежнем режиме.

Так возникает одна из распространённых ошибок в отношении собственного тела: мы оцениваем физиологический процесс по скорости принятия решения.

Если решение можно принять сегодня, кажется естественным ожидать, что тело тоже изменится сегодня. Но решение меняет намерение, а физиологическая перестройка происходит через множество последовательных процессов.

Особенно хорошо это видно при длительных нагрузках. Если организм регулярно сталкивается с одним и тем же требованием, ему приходится снова и снова реагировать на него. Между отдельными эпизодами остаётся время для восстановления и перестройки. При достаточном времени система может постепенно перейти к новому состоянию, которое лучше соответствует повторяющимся условиям.

Если же новое требование возникает снова до завершения предыдущего перехода, ситуация становится другой. В таком случае речь уже идёт не об одном воздействии, а о нескольких процессах, наложенных друг на друга. Тогда важна уже не столько сила изменения, сколько его продолжительность и частота.

Однако даже при благоприятных условиях организм не перестраивается целиком одновременно. Разные системы получают разные сигналы и реагируют с разной скоростью. Что-то меняется быстро, что-то продолжает перестраиваться ещё долго после того, как исходное воздействие закончилось.

Переход между состояниями сильно отличается от щелчка переключателя.

Скорее это постепенное смещение, в котором одни процессы уже изменились, а другие ещё продолжаются.

Это имеет значение и для человеческого опыта. Мы можем понять, что прежний образ жизни нам больше не подходит, принять решение изменить режим, отношения, нагрузку или привычки. Но тело не обязано сразу следовать за этим решением. Мышечное напряжение, сон, уровень бодрствования, двигательные привычки и другие физиологические реакции могут ещё некоторое время оставаться связанными с прежними условиями.

В этом нет противоречия между намерением и телом. Просто они существуют в разных временных масштабах.

Здесь снова уместно вспомнить гусеницу из пролога этой книги: она не становится бабочкой раньше срока, сколько бы мы ни считали её слишком медленной. Между этими двумя формами есть стадия, которая снаружи выглядит как полная неподвижность, — куколка. Изнутри в это время происходит едва ли не самая интенсивная перестройка за всю жизнь насекомого: старые ткани разбираются, из них строятся новые структуры, меняется само устройство тела. Более короткого пути между этими двумя формами не существует. Есть только время, в течение которого перестройка либо происходит, либо не происходит.

Нам иногда не хватает не часов в сутках, а времени на переход.

Эта мысль особенно важна там, где мы требуем от себя мгновенного результата. Если организм долго жил в определённых условиях, одно изменение поведения не стирает накопленную физиологическую историю. Новое состояние формируется постепенно, по мере того как повторяются новые сигналы и исчезает необходимость поддерживать старые.

Изменению требуется и решение, и время, в течение которого новое состояние успевает стать для организма достаточно устойчивым.

При этом время перехода нельзя считать одинаковым для всех. Один человек быстро адаптируется к изменению режима сна, другому потребуется больше времени. После одинаковой физической нагрузки восстановление тоже может идти с разной скоростью. На это влияют исходное состояние организма, возраст, тренированность, сон, питание, характер нагрузки и условия, в которых происходит восстановление.

Значит, вопрос «сколько времени нужно телу?» не имеет одного универсального ответа. Сначала нужно понять, что именно должно измениться.

Если требуется быстро изменить уже существующую функцию, реакция может быть почти мгновенной. Если необходимо перестроить саму систему, процесс займёт значительно больше времени.

Это и есть граница между реакцией и изменением.

Организм способен быстро отреагировать на событие, используя уже существующие механизмы. Но если условия сохраняются и прежнего способа работы становится недостаточно, возникает необходимость более глубокой перестройки. Она требует времени и постепенно меняет состояние системы.

Мы редко замечаем эту разницу, пока не начинаем требовать от тела того, чего оно физиологически ещё не успело сделать. Тогда естественный переход легко принять за сопротивление, лень или недостаток силы воли.

Хотя иногда организму просто нужно продолжить свою работу.

Разные процессы имеют разную скорость, и это мы уже увидели. Но возникает следующий вопрос: как они вообще могут оставаться частью одной системы, если их время настолько различается? Сердце меняет работу за секунды, восстановление тканей занимает гораздо больше времени, а суточные процессы продолжаются изо дня в день.

Организму каким-то образом приходится удерживать их вместе.

И для этого одной скорости недостаточно. Нужна согласованность.

Глава 8. Гармония не означает одинаковость

Если разные процессы внутри организма имеют собственное время, это ещё не мешает им влиять друг на друга. Сердце реагирует на дыхание, дыхание меняется при физической нагрузке, гормональные сигналы воздействуют на обмен веществ. Нервная система получает информацию от внутренних органов и внешней среды и участвует в изменении работы многих из них. Благодаря таким связям организм может одновременно поддерживать процессы, которые сами по себе устроены по-разному.

Для этого им не нужно двигаться в одном ритме.

Хороший пример — дыхание и сердечная деятельность. Во время вдоха частота сердечных сокращений у здорового человека обычно немного увеличивается, а во время выдоха снижается. Это явление называют дыхательной синусовой аритмией. Оно связано с взаимодействием дыхательного цикла и автономной регуляции сердечной деятельности.

Эту связь между дыханием и сердечным ритмом можно почувствовать не только в лаборатории. При медленном, глубоком дыхании — приблизительно шесть циклов в минуту — колебания сердечного ритма, связанные с дыханием, становятся особенно выраженными. На этом принципе строятся некоторые дыхательные практики и методы биологической обратной связи, которые используют, чтобы научиться произвольно усиливать эту согласованность между дыханием и сердцем.

Сила этой связи тоже не постоянна. Дыхательная синусовая аритмия выражена сильнее всего в покое и во сне, когда преобладает влияние блуждающего нерва. Во время физической нагрузки или стресса, когда активируется противоположная, симпатическая часть вегетативной нервной системы, она заметно ослабевает. Это не поломка, а часть того же принципа: степень согласованности между процессами сама подстраивается под то, что организму требуется в данный момент.

Дыхание при этом сохраняет собственный цикл, а сердце продолжает работать в своей временной последовательности. Их связь проявляется в том, что изменение одного процесса отражается на другом.

Подобные отношения существуют и между другими функциями. Во время физической нагрузки меняется работа мышц, сердечно-сосудистой и дыхательной систем, изменяется обмен веществ. Изменение положения тела влияет на распределение крови и требует соответствующей реакции кровообращения. Приём пищи становится сигналом для целого ряда метаболических процессов. Свет влияет на циркадную систему и через неё — на работу других функций.

В каждом случае один процесс становится частью условий, в которых работает другой.

Для описания подобных взаимодействий используется понятие синхронизации. В самом общем смысле речь идёт о временной связи между колебательными процессами, при которой изменение одного влияет на фазу или другие характеристики другого. Такая связь может быть слабой или сильной, устойчивой или изменчивой.

Само явление синхронизации было замечено задолго до того, как учёные начали изучать физиологию с этой точки зрения. В 1665 году голландский физик Христиан Гюйгенс заметил, что двое маятниковых часов, повешенные на одну и ту же стену, через некоторое время начинают качаться в противофазе, даже если сначала были запущены независимо друг от друга. Причиной оказались едва заметные механические колебания, передающиеся через стену от одного механизма к другому. Это наблюдение считается одним из первых зафиксированных случаев синхронизации независимых колебательных систем — задолго до того, как стало понятно, что то же самое происходит и внутри живого организма.

Позже для описания подобных явлений появился математический аппарат — модели связанных осцилляторов, среди которых особенно известна модель, предложенная физиком Ёсики Курамото в 1970-х годах. Она показывает, как множество слабо влияющих друг на друга колеблющихся элементов может постепенно перейти от независимого поведения к согласованному, даже если у каждого из них исходно был свой собственный темп. Эта математика была разработана для физики, но её потом стали применять и для описания биологических ритмов — от синхронизации нейронов до координации сердечного и дыхательного циклов, о которой шла речь выше.

В живом организме полное совпадение ритмов встречается далеко не всегда и не является обязательным условием нормальной работы. Сердечный ритм не должен совпадать с дыхательным, а суточный цикл гормональной секреции не обязан повторять изменения других физиологических показателей. Важнее то, как процессы соотносятся друг с другом в конкретных условиях.

Это соотношение может меняться.

Во время покоя дыхание и сердечная деятельность связаны одним образом. При физической нагрузке меняется частота обоих процессов и характер их взаимодействия. При переходе ко сну изменяется работа нервной системы, а вслед за ней перестраиваются многие физиологические функции. Организм остаётся связанным целым, хотя отношения между отдельными процессами уже другие.

В некоторых случаях такая связь особенно заметна в показателях вариабельности сердечного ритма. Интервалы между сокращениями сердца меняются под влиянием дыхания и автономной нервной регуляции. Когда человек меняет состояние, характер этих изменений тоже может перестраиваться. Сам факт такой связи показывает, что сердечная деятельность зависит не от одного источника управления.

Проще всего это увидеть на простом бытовом примере. Когда мы идём, движения ног должны быть достаточно согласованными, иначе походка нарушается. Но движение каждой ноги не является точной копией движения другой. Меняется длина шага, скорость, положение тела, поверхность, по которой человек идёт. Координация сохраняется именно потому, что движения могут немного изменяться.

У самой ходьбы координация обеспечивается не только сознательным контролем. В спинном мозге есть особые нейронные цепи — их называют генераторами ритмической активности, — способные самостоятельно, без постоянных команд от головного мозга, задавать базовый ритм чередования шагов. Это подтверждают эксперименты на животных, у которых сохранялась способность к ритмичным шагательным движениям даже при повреждении связи спинного мозга с головным. Мозг в норме включается, чтобы скорректировать этот базовый ритм под конкретную задачу — обойти препятствие, изменить скорость, сохранить равновесие, — но не обязан порождать каждый шаг заново. У человека похожий рефлекс отчасти проявляется даже у новорождённых: если поддерживать тело ребёнка вертикально над твёрдой поверхностью, он на короткое время демонстрирует шагоподобные движения ног, хотя сознательно ходить научится только через много месяцев. Это ещё один намёк на то, что базовый ритм шага не обязательно нужно осваивать с нуля.

В физиологии происходят гораздо более сложные процессы, но принцип похож: совместная работа не требует полного совпадения.

Важную роль здесь играют обратные связи. Изменение одного параметра становится сигналом для других процессов, а их ответ в свою очередь меняет исходное состояние. Например, при изменении положения тела перераспределяется кровь, меняется давление в сосудах, рецепторы фиксируют это изменение, после чего нервная система корректирует работу сердца и сосудистый тонус. Когда состояние стабилизируется, характер сигналов меняется, и регулирующий ответ ослабевает.

Такое взаимодействие происходит постоянно, хотя мы почти никогда его не замечаем.

Обратная связь может работать с разной скоростью. Некоторые реакции занимают секунды, другие разворачиваются значительно дольше. Поэтому процессы могут оставаться связанными даже тогда, когда их собственные временные масштабы различаются.

И здесь слово «гармония» приобретает совсем другой смысл. Речь идёт не о состоянии, где всё происходит одновременно, ровно и предсказуемо. Скорее гармония живого организма связана со способностью постоянно подстраивать отношения между процессами.

Понятная бытовая параллель — обычный разговор. Хороший диалог не требует, чтобы собеседники говорили одновременно или одними и теми же словами: он держится на том, что каждый вовремя откликается на реплику другого — кто-то отвечает короче, кто-то длиннее, кто-то делает паузу, чтобы дать договорить, — и именно эта постоянная подстройка друг под друга, а не совпадение реплик, создаёт ощущение слаженного разговора. Внутри организма работает похожий принцип: слаженность рождается из постоянного отклика одного процесса на другой, а не из их одновременности.

Иногда это происходит почти незаметно. Иногда изменения становятся значительными. Но сама возможность менять характер взаимодействия остаётся частью нормальной физиологии.

Каждое состояние требует своей координации.

При этом разные системы продолжают сохранять собственную специфику. Сердце выполняет свою работу, дыхательная система — свою, нервная система — свою. Их взаимодействие не стирает различий между ними.

Именно это позволяет организму одновременно отвечать на быстрые изменения и поддерживать более длительные процессы. Одни реакции могут происходить быстро, другие продолжаются ещё долго, но между ними сохраняется связь.

Мы уже видели, что внутри организма нет одного ритма и нет единой скорости, с которой меняется всё тело. Теперь становится понятно и другое: различия сами по себе не создают хаоса. Процессы могут оставаться разными и при этом быть связанными во времени.

Но этого всё ещё недостаточно для полного ответа.

Мы пока рассмотрели отдельные связи между процессами. А организм — это не несколько пар взаимодействующих ритмов. Внутри него одновременно работают тысячи процессов, каждый из которых влияет на другие и сам изменяется под их воздействием.

Что возникает, когда таких связей становится очень много?

Как из взаимодействия множества процессов складывается состояние, которое мы воспринимаем как работу организма в целом?

Этот вопрос выводит нас за пределы отдельных ритмов и их координации. Теперь нужно посмотреть на саму сеть взаимодействий — на то, как множество процессов вместе формируют целостную динамику живого организма.