Odruchy – gdy nie ma czasu do namysłuCzas czytania: 8 min

Od redakcji „Evolution News & Science Today”: Lekarze należą do grupy osób szczególnie zainteresowanych argumentacją na rzecz projektu – być może dlatego że w odróżnieniu od biologów ewolucyjnych lepiej zdają sobie sprawę z wyzwań związanych z utrzymywaniem funkcjonalności złożonego systemu, jakim jest ludzkie ciało. Mając to na uwadze, z przyjemnością przedstawiamy cykl tekstów zatytułowany „The Designed Body” [Zaprojektowane ciało]. Wszystkie artykuły opublikowane w tym cyklu można znaleźć na stronie „Evolution News & Science Today”. Doktor Glicksman praktykuje medycynę paliatywną w hospicjum.

Dzięki naszym mięśniom kontrolowanym przez układ nerwowy możemy oddychać, połykać, poruszać się i używać przedmiotów. Nerwy obwodowe przesyłają do rdzenia kręgowego i mózgowia informacje czuciowe o tym, co się dzieje na zewnątrz i wewnątrz ciała, stamtąd odsyłając instrukcje i polecenia dla mięśni. W kilku poprzednich artykułach omówiłem funkcjonujące niczym konwerter receptory czuciowe, dzięki którym zjawiska fizyczne mogę być odbierane w postaci informacji przydatnych organizmowi do przetrwania.

Wykrywający ruch ciała aparat przedsionkowy i wykrywający dźwięk ślimak znajdują się w uchu wewnętrznym. Światło wykrywa położona w tylnej części oka siatkówka. Nacisk, delikatny dotyk, ruch, drgania, ciepło, zimno i ból wykrywają receptory czuciowe w skórze, które informują ciało o tym, co się dzieje wokół niego. Inne receptory sprawują pieczę nad tym, co się dzieje wewnątrz licznych narządów ciała.

Aby realizować swoje zadania, ciało wykorzystuje znajdujące się w stawach, ścięgnach i mięśniach proprioceptory, które pozwalają na kontrolowanie układu mięśniowo-szkieletowego. Ogólnie rzecz biorąc, wykonywanie celowych ruchów jest dobrowolne. Jednak aby utrzymać określoną pozycję i uniknąć poważnych urazów, czasem ciało musi działać szybko – i wtedy reaguje odruchowo. Przyjrzyjmy się, w jaki sposób niektóre automatyczne odruchy zapobiegają uszkodzeniom narządów i pomagają utrzymywać pozycję ciała, umożliwiając podejmowanie świadomych działań. Trzeba mieć na uwadze, że zajmujących się tematem powstania życia biologów ewolucyjnych nie interesuje, w jaki sposób życie zdołało przetrwać mimo ograniczeń ze strony praw przyrody. Skupiają się jedynie na formie, którą przyjęło życie. Zresztą sami zadajmy sobie pytanie, co jest bardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem powstania życia – przypadek i prawa przyrody czy inteligentny projekt?

Odruch jest mimowolną, uprzednio zaprogramowaną, automatyczną odpowiedzią ruchową na bodziec, do której dochodzi bez świadomej decyzji. Angażuje on rdzeń kręgowy i pień mózgu, chroniąc ciało przed urazami i utrzymując jego pozycję, gdy umysł skupia się na czymś innym. Na przykład nawet najlżejsze dotknięcie rogówki wywołuje natychmiastowe mrugnięcie. Świecenie jasnym światłem w oczy sprawia, że źrenice od razu się zwężają. Bez tych automatycznych i szybkich odruchów oczy byłyby w niebezpieczeństwie, ponieważ nasze mózgi nie potrafiłyby ocenić sytuacji i wdrożyć planu unikania uszkodzeń na tyle szybko, by zapobiec poważnym urazom.

Do najprostszych reakcji odruchowych należy odruch prostowania – angażujący tylko jeden nerw czuciowy, przekazujący wiadomość do jednego neuronu ruchowego. Klasycznym przykładem tego odruchu jest odruch kolanowy: stukanie w ścięgno zgiętego kolana wywołuje jego nagłe wyprostowanie¹. Stukanie w ścięgno rzepki powoduje rozciąganie wrzecion mięśniowych mięśnia czworogłowego. W rezultacie nerw czuciowy przesyła impulsy nerwowe do rdzenia kręgowego. Jeśli impulsy są dość silne, by pobudzić nerw ruchowy, to mięśniowi czworogłowemu przekazywane jest polecenie, by się skurczył, równocześnie prostując kolano.

Odruchy prostowania są ważne dla utrzymania prawidłowej postawy i pozycji ciała. Stanie z wyprostowanymi kolanami przez dłuższy czas ostatecznie doprowadza do zmęczenia mięśni czworogłowych, narażając ciało na upadek. Wynikający z tego rozkurcz wrzecion mięśniowych aktywuje odruch kolanowy i pobudza mięsień czworogłowy do intensywniejszego skurczu, co stabilizuje kolano i zapobiega upadkowi. Ta reakcja korygująca postawę zachodzi w całym ciele, ponieważ do odruchu prostowania dochodzi we wszystkich mięśniach, nieważne, czy są to mięśnie głowy, szyi, rąk, nóg, czy kręgosłupa.

Jednak utrzymanie pozycji ciała z wykorzystaniem odruchu prostowania nie byłoby możliwe, gdyby nie hamowanie odruchu. Niemal każdy ruch danej kości w stawie jest zależny od współpracy dwóch komplementarnych mięśni, realizujących odwrotne zadania. Mięsień czworogłowy uda prostuje kolano, a mięsień dwugłowy uda je zgina. Odruch kolanowy wysyła sygnał nerwowy inicjujący skurcz mięśnia czworogłowego uda z jednoczesnym rozkurczem mięśnia dwugłowego. Bez hamowania odruchu komplementarne mięśnie byłyby ze sobą w ciągłym stanie walki, a ich skoordynowane działanie byłoby niemożliwe.

Innymi ważnymi, choć bardziej złożonymi odruchami, których ciało używa do obrony przed urazami w trakcie utrzymywania swojej pozycji, są odruch cofania (zginania) i odruch skrzyżowanego wyprostu. Gdy nadepniesz na coś gorącego lub ostrego, przekaz bólowy szybko dociera do rdzenia kręgowego, gdzie pobudza grupę mięśni zginaczy do skurczu, abyś natychmiast cofnął stopę. Kiedy jednak podniesiesz jedną z nóg z podłoża, będziesz narażony na upadek. Dlatego już ułamek sekundy później odruch skrzyżowanego wyprostu powoduje wyprostowanie twojej drugiej nogi i przesunięcie ku niej środka ciężkości, abyś utrzymał równowagę. Nie musisz się zastanawiać nad sekwencją tych ruchów – twoje ciało zrobi to za ciebie.

W życiu, również biologicznym, liczby mają konsekwencje. Kiedy stoisz, twoje pośladki znajdują się około metra nad ziemią. Jeśli zmęczysz mięśnie czworogłowe obu nóg lub jeśli nagle podniesiesz jedną z nóg w reakcji na ból, natychmiast przypomnisz sobie o grawitacji. Grawitacja powoduje, że wszystkie ciała fizyczne spadają z przyspieszeniem równym 10 m/s², można więc łatwo obliczyć, jak długo zajęłoby twoim spadającym z wysokości metra pośladkom uderzenie ziemi (0,45 sekundy). To oznacza, że twój układ nerwowy musi reagować wystarczająco szybko, by zapobiec upadkowi – w mniej niż pół sekundy.

Prędkość przesyłania impulsów przez nerw jest większa w grubszych nerwach izolowanych substancją tłuszczową nazywaną mieliną, a mniejsza w nerwach cieńszych i bezmielinowych. Nerwy czuciowe i ruchowe zaangażowane w wyżej wymienione odruchy są zwykle grube i otoczone mieliną, a prędkość przesyłania przez nie impulsów wynosi około 100 metrów na sekundę (około 360 kilometrów na godzinę). Ponieważ odległość od podudzia do rdzenia kręgowego wynosi około jednego metra, impuls nerwowy jest w stanie dotrzeć do rdzenia nerwem czuciowym i wrócić nerwem ruchowym w zaledwie 0,02 sekundy (dwa razy po 0,01 sekundy), co umożliwia przeprowadzenie reakcji odruchowej wystarczająco szybko, by utrzymać cię na nogach. Układ nerwowo-szkieletowy ma więc mnóstwo czasu na wprowadzenie zmian koniecznych do zapobieżenia upadkowi (0,45 sekundy).

Inaczej jest z prędkością przesyłania impulsów przez cieńsze, bezmielinowe nerwy, które przekazują ciału informacje o bólu z prędkością zaledwie jednego metra na sekundę. To oznacza, że gdyby nerwy czuciowe i ruchowe biorące udział w tych odruchach były jak włókna nerwowe przewodzące ból, przekazywanie impulsu nerwowego z nogi do rdzenia kręgowego i z powrotem trwałoby co najmniej dwie sekundy. A to zbyt wolno, by zapobiec upadkowi (0,45 sekundy). Właśnie dlatego możesz bardzo szybko zareagować na uraz, zapobiegając dalszym uszkodzeniom tkanek, chociaż silny ból zaczynasz odczuwać dopiero kilka sekund później.

System odruchów wykorzystywanych przez ciało do obrony przed urazami i utrzymywania swojej pozycji cechuje nieredukowalna złożoność, widoczna w różnorodności zaangażowanych w ten system komórek nerwowych i mięśniowych. Świadczy również o naturalnej zdolności do przetrwania, przejawiającej się tym, że prędkość przesyłania impulsów przez nerwy czuciowe i ruchowe biorące udział w tych odruchach jest wystarczająca do stawienia czoła grawitacji. Mimo całej złożoności odruchów naszych praprzodków, bez tej cechy nie byliby oni zdolni do utrzymywania swojej pozycji ani przetrwania.

Co prawda biologowie ewolucyjni analizują cechy morfologiczne systemów odruchów, by określić ich pochodzenie, ale rzadko odnoszą się do pytania: dlaczego odruchy funkcjonują zgodnie z prawami przyrody? Następnym razem omówimy, co jest potrzebne ciału do utrzymania równowagi.

Howard Glicksman

Oryginał: When You Don’t Have Time to Think: Reflexes, „Evolution News & Science Today” 2016, August 19 [dostęp 17 XI 2023].

Przekład z języka angielskiego: Weronika Kokot

Źródło zdjęcia: Pixabay

Ostatnia aktualizacja strony: 17.11.2023

Literatura: