Внутренняя рыба - Нил Шубин

Внутри черепа имеется ряд полостей, в которых заключены разные органы. Самая большая из них, разумеется, занята мозгом. В других полостях располагаются внутренние структуры уха и носа, а также глазные яблоки. Чтобы разобраться в анатомии головы, необходимо научиться представлять себе все эти полости и органы в объеме, в трех измерениях.

К костям и органам головы прикреплены мышцы, позволяющие нам жевать и говорить, а также двигать глазами и всей головой. К этим мышцам ведут двенадцать пар нервов, каждый из которых проходит определенным путем от мозга к тому или иному участку головы. Это и есть пресловутые черепно-мозговые нервы, внушающие ужас студентам.

Плиты, блоки и прутья: тема черепа, и одна из вариаций на эту тему — череп человека. Для каждой косточки нашего черепа можно проследить историю ее происхождения из одной такой плиты, блока или прута.

Чтобы понять основы строения головы, нужно увидеть в черепно-мозговых нервах нечто большее, чем просто беспорядочный клубок. На самом деле многие из этих нервов довольно просты. Самые простые из черепно-мозговых нервов выполняют единственную функцию и ведут к единственной мышце или органу. Нерв, ведущий к внутренним структурам носа, так называемый обонятельный, выполняет только одну работу — переносит информацию в мозг от тканей, выстилающих носовую полость. Другие нервы, ведущие к нашим глазам и ушам, в этом смысле тоже не слишком сложны: зрительный нерв отвечает за зрение, слуховой (преддверно-улитковый) — за слух. Нервы еще четырех пар обслуживают исключительно мышцы, например, позволяя нам вращать глазами в орбитах или двигать головой.

Но есть четыре пары черепно-мозговых нервов, которые уже не один десяток лет приводят студентов-медиков в отчаяние. И неспроста: у этих четырех нервов функции очень сложные, и для выполнения своей работы они проходят сквозь наши головы весьма причудливым путем. Здесь нужно особо отметить тройничный и лицевой нервы. Оба они выходят из мозга и разделяются, образуя умопомрачительные системы ответвлений. Каждый из этих нервов во многом похож на кабель, по которому идет множество проводов: телевидение, Интернет, телефон. По этим нервам тоже идет разная информация, обеспечивая работу как органов чувств, так и мышц. Отдельные чувствительные и двигательные волокна могут быть связаны с разными участками мозга, но сплетаются в единый кабель (который мы и называем нервом), а затем вновь расплетаются, разветвляясь и достигая самых разных частей головы.

Ответвления тройничного нерва выполняют две основные функции: они управляют мышцами и переносят в мозг информацию о том, что чувствуют нервные окончания, расположенные в коже на большей части лица. Мышцы, контролируемые тройничным нервом, включают те, которые мы используем при жевании, а также миниатюрные мышцы в глубине нашего уха. Кроме того, тройничный нерв играет важнейшую роль в обеспечении чувствительности лица. От пощечины лицо у нас сильно болит. За вычетом ощущений, связанных с эмоциями, боль от пощечины связана именно с работой тройничного нерва, который переносит информацию к мозгу от нервных окончаний, расположенных на лице. Другие ответвления тройничного нерва хорошо знакомы стоматологам. Разные ветви этого нерва ведут к корням разных зубов. Небольшой укол обезболивающего в район, где проходит одно из этих ответвлений, позволяет отключать чувствительность того или иного участка зубного ряда.

Лицевой нерв тоже управляет мышцами и переносит информацию о чувствах. Свое название он получил за то, что является главным нервом, управляющим мимическими мышцами — теми, которые определяют мимику, то есть выражение лица. Мы задействуем эти мышцы, когда улыбаемся, хмуримся, поднимаем и опускаем брови, раздуваем ноздри и так далее. У этих мышц очаровательные названия, связанные с их функциями. Одна из важнейших мышц, работающих, когда мы хмуримся, — она опускает вниз уголки рта — называется depressor anguli oris. Другое эффектное название относится к мышце, с помощью которой мы заинтересованно поднимаем брови: corrugator supercilii. Когда мы раздуваем ноздри, мы используем мышцу nasalis. Каждая из этих мышц, как и все остальные мимические мышцы, контролируется ветвями лицевого нерва. Невольная кривая улыбка или полуопущенное веко могут свидетельствовать о том, что с лицевым нервом в одной половине головы что-то не в порядке.

Вам, наверное, уже ясно, почему я так допоздна засиделся, пытаясь выучить эти нервы. Все, что с ними связано, казалось совершенной бессмыслицей. Например, и от тройничного, и от лицевого нервов отходят маленькие ответвления, ведущие к мышцам, расположенным в глубине наших ушей. Почему два разных нерва, которые иннервируют совершенно разные участки лица и челюсти, посылают ответвления к мышцам уха, лежащим по соседству друг с другом? Еще больше сбивает с толку то, что тройничный и лицевой нервы едва не перекрещиваются, посылая ветви в разные участки нашего лица и челюстей. Почему? Зачем? Функции этих нервов кажутся избыточными, пути — бесцельно запутанными, в их строении не видно ни логики, ни смысла, и совсем уже непонятно, почему те или иные их участки соответствуют тем или иным плитам, блокам и прутьям, из которых состоит наш череп.

Размышления об этих нервах напоминают мне о первых днях, проведенных мною в Чикаго в 2001 году. Мне предоставили место под лабораторию в здании, построенном лет сто назад, и лабораторию нужно было оборудовать новой электрической проводкой, водопроводом, кондиционерами, вытяжными шкафами и прочим. Я помню день, когда рабочие впервые вскрыли стены, обнажив внутренности здания. Когда они увидели проведенные внутри стен системы электропроводки и водоснабжения, они отреагировали точно так же, как я, впервые вскрыв человеческую голову и увидев тройничный и лицевой нервы со всеми их ответвлениями. Провода, кабели и трубы внутри стен были переплетены, образуя непонятную мешанину. Ни один человек в здравом уме не спроектировал бы здание подобным образом, чтобы кабели и трубы так переплетались внутри стен, образуя причудливые петли и изгибы.

Вот в этом-то и вся соль. Здание моей лаборатории было построено в 1896 году, и состояние систем его водоснабжения и энергоснабжения отражало последствия неоднократных переделок, до неузнаваемости изменивших первоначальный проект. Разобраться в проводах и трубах этого здания можно было, лишь разобравшись в истории всех капитальных ремонтов, в ходе которых его переоборудовали для новых и новых поколений ученых. Строение нашей головы тоже имеет долгую историю, и только разобравшись в этой истории, можно понять, почему именно так устроены сложные черепно-мозговые нервы, такие как тройничный и лицевой.

Для каждого из нас эта история начинается с оплодотворенной яйцеклетки.

Суть в эмбрионах

В самом начале головы ни у кого из нас нет. Новый организм возникает, когда сперматозоид и яйцеклетка сливаются, образуя новую клетку — оплодотворенную яйцеклетку (зиготу). В течение первых трех недель от момента зачатия мы проходим ряд стадий от одной клетки до сферы из клеток, затем до структуры, напоминающей по форме тарелку фрисби, а затем до некого подобия трубки, в составе которой уже есть несколько разных типов тканей. В промежутке между двадцать третьим и двадцать восьмым днем после зачатия передний конец этой трубки утолщается и образует складку, загибаясь на брюшную сторону тела, тем самым придавая эмбриону характерную скрюченную позу. На этом этапе развития голова эмбриона напоминает по форме крупную каплю. В основании этой капли находится ключ к разгадке многих фундаментальных особенностей строения нашей головы.

Вокруг той области, которая станет нашим горлом, развиваются четыре небольших утолщения. Где-то после первых трех недель развития возникают первые два, а следующие два появляются дня на четыре позже. Снаружи каждое такое утолщение выглядит скромно — как простое вздутие, отделенное от следующего такого же вздутия небольшой бороздкой. Но, проследив то, что происходит внутри этих вздутий и бороздок, можно увидеть порядок и красоту в строении нашей головы — в том числе и в строении тройничного и лицевого нервов.

Эти утолщения называют дугами. Некоторые из клеток, расположенных внутри этих дуг, дадут начало костной ткани, некоторые — мышцам и кровеносным сосудам. В каждой дуге находится сложная смесь клеток. Одни из этих клеток возникли в результате деления прямо на месте, другие мигрировали издалека, чтобы войти в состав дуги. Если проследить, какие структуры взрослого организма возникнут из тех или иных клеток дуги, в устройстве нашей головы все встанет на свои места.

В конечном итоге из тканей первой дуги сформируются верхняя и нижняя челюсти, две крошечных слуховых косточки (молоточек и наковальня) и все сосуды и мышцы, которые их обслуживают. Из второй дуги сформируется третья слуховая косточка — стремечко, небольшая кость горла и большинство мышц, управляющих выражением лица. Из третьей дуги разовьются кости, мышцы и нервы, расположенные глубже в горле, — мы используем их, когда глотаем. Наконец, из четвертой дуги возникнут самые глубокие структуры горла, в том числе части гортани, а также мышцы и сосуды, окружающие гортань и помогающие ее работе.