В статье описана динамика тела при функционировании краниосакрального механизма. Показано, что патологии позвоночника и пульсации II порядка могут провоцировать мозговую гипертонию, быть причиной снижения физической и умственной работоспособности.
краниосакральный механизм, внутричерепное давление, ликвородинамика
По литературным данным, у среднестатистического человека движение ликвора на срезе большого отверстия затылочной кости составляет 1-3×10-6 м3/c (m3/c) [1]. Ликвор циркулирует в едином краниосакральном пространстве в соотношении 2:1: объем полости черепа равен (80-120) х10-6 м3; объем спинальной полости - (40-60) х10-6м3. Однако, реальная спинальная полость значительно меньше, т.к. при вычитании объёма паутинных трабекул, спинномозговых нервов и зубчатых связок, она ее объем составляет примерно (5 - 10)х 10-6 м3. Поэтому исходное соотношение становится равным: (12-16): 1.
Если ликвор образуется со скоростью ~0,6х10-6 метра за минуту (м/мин), то ликворная полость объемом 120х 10-6 м3 должна заполниться примерно за 200 минут. Этот период времени соответствует полному обмену ликворной жидкости в черепе [1, 2, 3].
Если пульсация ликвора происходит за период флексии и экстензии, равный 12 сек (время цикла краниосакрального механизма), то при пульсе 60 ударов в минуту цикла краниосакрального механизма составит 5 циклов в минуту, или 0,083 Гц.
Описывая физические процессы, расход жидкости (Q) пропорционален произведению линейной скорости на площадь поперечного сечения (м/с×м2 = м3/с), что также обозначается как объемная скорость течения.
Если для спинальной полости (СП) расход Q равен приблизительно (~) 2x10-6 м3/c, тогда при экстензии, равной 6 секунд (сек), объём СП заполнится за ~1 цикл.
Если для черепной краниальной полости (ЧКП) расход Q~2×10-6 м3/c, а экстензия также равна 6 сек, то объем заполнится за 10 циклов.
В целом в живом организме человека экспериментально существуют следующие пульсации (частоты) разного порядка [3, 4] в покое:
Сердца 50÷75 ударов в минуту (уд/мин) частота (f), f =0,8÷1,25 Гц;
I порядка дыхания 14÷16 ц/мин f =0,23÷0,27 Гц:
II порядка (поверхностный краниальный ритм) - 8÷12 ц/мин f =0,13÷0,2 Гц:
III порядка (основной) средний краниальный ритм - 3÷6 ц/мин f =0,05÷0,01 Гц;
IV порядка глубокий краниальный ритм - 1,7 ц/мин f =0,028 Гц;
Вышеприведенные частоты измеряются в рамках сердечного цикла и зависят от него в покое частота сердечных сокращений (ЧСС) равна 0,8÷1,25 Гц.
Ранние исследования
До появления современных методов: доплерографии, реоэнцефалографии, УЗИ, КТ и МРТ, в течении предыдущих 100 лет исследования велись сначала инвазивно на животных, а впоследствии неинвазивно на человеке, когда появились соответствующие датчики давления. Эти работы [7, 10] были направлены на исследование зависимости пульсации ликвора (P=P(v)) от введенного объема реагента, похожего на ликворную жидкость. P=P(V) описывает функциональную зависимость объема от давления или изменение одного параметра ведет к изменению другого.
Исследование зависимости P=P(v) выявили два участка почти линейной (компенсаторной) и нелинейной (экспоненциальной) зависимости, когда происходило резкое повышение внутричерепного давления (ВЧД) вплоть до травматизации самой краниоспинальной полости (КСП).
Рис. 1. Общая зависимость между внутричерепным давлением и объемом P=P(V) в черепе человека [7]: при низком давлении отношение dP/dV (упругость) мало, а при высоком давлении отношение велико.
Была построена масса аппроксимаций функциональной зависимости P=P(V), но общий результат показал лишь вышеприведенную тенденцию. Это было обусловлено, во-первых, недостаточным количеством статистического материала и, во-вторых, при моделировании процесса не была найдена общая функция.
С другой стороны, под нагрузкой в силу сложностей при обследовании не изучено изменение P=P(V); устойчивые результаты исследования были получены только в состоянии покоя. Если же логарифмировать график, то тангенс (tg) угла наклона будет показывать степень компенсаторных свойств физиологии краниосакральной системы. Кроме того, используя МРТ [5, 7], неинвазивное исследование показало в рамках сердечного цикла четкую последовательность формирования пульсаций притока артериальной крови (1), ликвора (2) и венозного оттока (3) (рис. 2).
Рис. 2. Экспериментальная зависимость гемоликвородинамики краниосакральной системы полученные методом МРТ. По горизонтали время, которое обозначается t в размерности 1000 мс, где 1с = 1000 мс. По вертикали Flow(ml/min). Общий артериальный приток (закрашенные кружки), венозный отток (незаштрихованные кружки) и объемная скорость черепно-спинномозговой жидкости (ромбы) во время сердечного цикла. Видно, что артериальный приток больше, чем венозный отток во время систолы [7].
Вместо зависимости P=P(v) современные исследователи перешли на зависимость Q=Q(t) - функциональную зависимость расхода жидкости от времени (t), что эффективнее описывает физические процессы [1, 5, 7].
Материалы и методы
В изучении работоспособности (двигательной мощности) существует 2 основных параметра, методы исследования которых изучены спортивной медициной [12]:
1. Анатомия (генетические размеры тела, его внутренние органы (наследственность) и одаренность (скорость передачи информации мозгом, абсолютный слух, память, координация, сила и сократимость мышечного волокна, эластичность соединительной ткани и т.п.)) [12]
Первый – нерегулируемый наследственный фактор, который практически неизменный, если не применять хирургическое вмешательство.
2. Технология обучения и методы тренировок (система специальной подготовки по управлению потенциалом организма, в частности исследования гидродинамики и его жидкостей (давления, объемы, линейная скорость, расход артериальной и венозной крови, СМЖ, лимфы и их частоты пульсации))
Второй – регулируемый фактор (медикаментозно, психотерапией и обучением любой двигательной детальности (профессии)). По этому параметру, как правило, и развивается патология. По пульсу (ЧСС) организм имеет почти 3,5-кратный запас, а по пульсовому давлению почти 3-х кратный запас прочности [11].
Понятно, что эти пиковые нагрузки организм может выдержать только кратковременно (единицы минут). Для оздоровительной работоспособности характерен 2-2,6 кратный запас, а для работоспособности тренированного человека 3-кратный запас (по пульсу) [14]. Кроме этого тренированный человек способен выдерживать пиковые нагрузки большее время [12]. Все современные кардиотренажеры, как правило, имеют таблицы по оздоровительным режимам ЧСС.
Если в покое сравнивать II и III порядок частот, то виден двукратный запас, поэтому III порядок с точки зрения работоспособности более выгоден, т.к. медленнее заполняется резервная краниоспинальная полость для стабилизации ВЧД. Патологии вышеприведенных параметров тоже имеют два типа нарушений: по 1-му параметру патологии связаны с внутриутробным развитием плода и наследственностью, а по 2-му параметру с нарушением биомеханики КСМ и изменением в тканях тела. Их можно свести к 2 типам:
- 1 тип: механическое блокирование, движения одной из костей (элемента) краниосакрального механизма, которое пальпаторно диагностирует остеопат.
- 2 тип: образование дефекта ткани, то есть уменьшение объемов КСП за счет опухолей стенозов, грыж и деформаций, которое определяется методом КТ и МРТ.
В первом случае, это будет приводить к увеличению частоты пульсации, а во втором случае - к увеличению скорости движения ликвора и уменьшению времени заполнения объема полостей.
В живых биологических системах одним из механизмов жизнедеятельности является колебательный, проще говоря, частота. Частота это научный параметр, которому соответствует более древний музыкальный ритм. На примере человека можно назвать 3 важных частоты:
- пульс (частота сердечных сокращений);
- дыхательный ритм;
- колебания спинномозговой жидкости.
Реальные частоты пульсации жидкости тела и дыхание в покое равны 0-1,2 Гц, а при максимальных нагрузках до 3,5 Гц [1, 2]. Эти три параметра удивительным образом взаимосвязаны в соотношении: 5÷7, 4, 1. И, что любопытно, в музыке построение композиций тоже стремится к тому же I, IV, V с добавлением VI и VII. Таки образом мы видим, что музыкальная композиция напрямую связана с ритмами человека (частотами). В реальных цифрах, эта зависимость обратно пропорциональна и кратна постоянным коэффициентам. И как показывает опыт все талантливые произведения и шедевры остаются в сознании человека, вызывая катарсис, в том числе на основе этой связи. Поэтому на концертах или при индивидуальном прослушивании человек через музыку может подстраивать свои частоты к норме, т.е. без двигательной активности их тренировать.
Интересные результаты в тренировке работоспособности дают прослушивание и сам танец в стиле rock'n’roll. Рассмотрим 1 вариант произведений, написанных в ритме 120 уд/мин. Если рассмотреть 1 такт, то четверть будет равна 0,5 с.
H — высота, a = 9,8 м/с2 — ускорение свободного падения. Прослушивание музыки происходит как правило без лишних движений, поэтому начальная скорость в уравнении равна нулю, и опущена.
Т.е. звук произведения будет воздействовать на центр масс человека, высота которого и соответствует 1,2-1,3 м. Таким образом, пульсация музыкального произведения синхронизируется с пульсацией центра масс и одновременно с оздоровительным режимом кардионагрузки.
Для ритма 180 уд/мин четверть будет примерно 0,33 с, тогда
,
что соответствует высоте коленного сустава. А rock’n’roll и танцуется, когда активно работает (сгибается, разгибается) колено. Эти воздействия также позволяют в пассивном режиме тренировать сердце и наслаждаться музыкой.
Сам краниосакральный механизм (КСМ) позволяет двигаться ликвору в краниоспинальной полости, тем самым контролируя постоянство ВЧД. Этот механизм включает биомеханику структур, представленных на рис. 3.
Рис. 3. Краниосакральный механизм (схема).
Кроме этого, в позвоночнике происходит пульсация (податливость) твердой мозговой оболочки (ТМО) и спинного мозга. На эту биомеханику синхронно накладывается координация вторичных дыхательных мышц и движения ребер. Несмотря на то, что частота дыхания и частота краниосакрального механизма не совпадают, весь комплекс дыхательной системы и мускулатуры повторяет схему пульсации.
В черепе размеры механической пульсации ~1 мм, за счет движения в швах, а пульсация ТМО спинного мозга позвоночника за счет движения затылочной кости и крестца имеет смещение ~1 см, внутри позвоночного канала [1].
Рассмотрим эту технологию у пациента лежа в покое: при вдохе происходит растягивание и опускание поясницы, что соответствует флексии крестца, затем в конце вдоха происходит поднятие грудной клетки, растягивание шеи и опускание подбородка на грудь, и начало экстензии крестца. При выдохе крестец продолжает экстензию, поясница приподнимается и сжимается. В конце выдоха опускается грудная клетка, шея сохраняет растяжение, а подбородок поднимается, крестец уходит во флексию. Если взглянуть на пациента сбоку, то механика тела пациента будет напоминать волну, т.е. пульсацию в ритме дыхания.
Это описание пальпаторно остеопат может почувствовать, расположив ладони под затылочную кость и крестец, а движение грудной клетки увидеть глазами. Кроме этого пациенту рекомендуется эту механику тренировать самостоятельно с учетом собственных ощущений своего тела. Сам КСМ является природным самомассажем всех тканей тела.
Результаты и их обсуждение
Механика показывает, что фазы движения КСМ опережают дыхательный ритм. Это связано с особенностью конструкции грудной клетки, которая просто не успевает за биомеханикой КСМ, другими словами, такова организация связочно-мышечных соединений [6]. В восточных практиках этот механизм без научного обоснования давно известен, когда частота дыхания снижается и синхронизируется с КСМ II или III порядка частот.
Рассмотрим как гидродинамика ликвора функционирует в этой схеме, где она привязана к пульсу (ЧСС).
Артериальная кровь поступает в череп, вызывая пульсацию мозговых артерий, которая стимулирует формирование ликвора. Он из боковых желудочков через Сильвиев водопровод перемещается в краниальную полость [4], а далее в спинальную полость. Одновременно артериальная кровь питает все структуры мозга необходимыми веществами и доставляет кислород. Таким образом, во флексии КСМ происходит образование ликвора из артериальной крови, а на экстензии КСМ переток в краниальную полость и отток в спинальную. Параллельная часть ликвора всасывается в венозные синусы и венозное спинальное субарахноидальное пространство и спинномозговые нервы. Также в фазу диастолы из головного мозга венозная кровь оттекает в венозные синусы, и далее во внутренние яремные вены. Эта общая схема пульсаций краниоспинальной системы, которая привязана к вышеприведенной биомеханике. Дополнительно происходит возврат части ликвора в краниальную полость за счёт удара спинно-мозговой жидкости на уровне L2 в конец дурального мешка, а также физиологии изгибов позвоночника [1] при изменении числа Дина (число Дина — критерий подобия в гидродинамике, выражающий отношение поперечного потока жидкости, возникающего из-за кривизны канала, к продольному течению). Также обратный ток происходит во флексии крестца и укорочении спинальной полости. Общее всасывание и удаление ликвора из КСП происходит через совместную венозную систему черепа и позвоночника.
Для пульсации II порядка пусть время цикла равно 6 сек, то есть флексия и экстензия равны по 3 сек. При пульсе 60 ударов/мин f=10 циклов в минуту (цик/мин.), что эквивалентно 0,17 Гц. Тогда при расходе порядка 2x10-6 м3/c объем спинальной полости, равный 6x10-6 м3, заполнится за 1 цикл. Для позвоночных же патологий объем спинальной полости будет еще меньше, предположим 4x10-6 м3, тогда время цикла равно 4 сек, а f=15 цик/мин., что эквивалентно 0,25 Гц. Таким образом, произойдет увеличение частоты пульсации, а, соответственно, снижение компенсаторных возможностей краниосакральной системы.
По аналогии, если рассмотреть частоты III порядка, то за счёт двухкратного запаса этот режим пульсации более предпочтителен. В положении «сидя» и «стоя» эти пульсирующие частоты будут увеличиваться за счет увеличения скорости движения ликвора, поэтому при повышенной работоспособности пульсация второго порядка при быстрых сдвигах ВЧД будет не успевать его компенсировать, что, возможно, приведет к мозговой гипертонии. Она также будет возникать при мозговых поражениях, когда снижается отток венозной крови [8]. Снижение расхода ликвора в черепе ведет к снижению общей работоспособности, как физической, так и умственной [9]. При физическом спаде, снижается скорость движения ликвора, замедляется наработка спортивной формы. А при умственном спаде необходимо большее время для отдыха мозга. В результате происходит перестройка краниосакральной системы в сторону возрастания частоты пульсаций и укорачивании времени цикла, т.е. времени флексии и экстензии КСМ. Организм будет вынужден тратить больше энергии, т.е. фактически при средней работоспособности терпеть пиковые нагрузки и увеличение времени восстановления (отдыха).
Выводы
Система саморегуляции имеет большой коэффициент полезного действия при функционировании краниосакрального механизма на уровне механики и гидродинамики. Вместе с частотами пульса и дыхания эта более тонкая регуляция объясняет более высокий уровень здоровья человека. Таким образом, если пальпация 1 цикла КСМ равна 5-7,5 сек. (флексия + экстензия), остеопат будет ощущать пульсацию II порядка, если 10-20 сек., то пульсацию III порядка, а более 35 сек. - пульсацию IV порядка (“длинную волну”).
Предполагается, что возможна нормализация многих патологических состояний при восстановлении работы краниосакрального механизма. Например, если рассматривать анемию, когда недостаточно кислорода поступает к мышцам и тканям, то необходимо учитывать произошедшее ранее нарушение ликвовородинамики, что привело к снижению проводимости спинномозговых нервов и снижению ударного объема сердца. Ее патология связана с нарушением биомеханики самого КСМ, который пальпируется остеопатом, и уменьшением объемов КСП за счет опухоли стенозов, грыж, которые определяются методами КТ и МРТ [8, 13].
Патологии КСМ связанны с нарушениями биомеханики, которую пальпирует остеопат. А уменьшение объемов КСП приводит к уменьшению выработки ликвора, ведущей к снижению компенсаторных возможностей ВЧД, в том числе за счет опухолей, стенозов, грыж и деформации тканей определяемых методом КТ и МРТ [8, 13]. Снижение биомеханики КСМ также связанно со снижением амплитуды дыхательного цикла (то есть увеличение его частоты) при малоподвижном образе жизни или подавленности эмоций. С другой стороны, при создании более точной аппаратуры исследования можно будет получить результаты под нагрузкой, по аналогии со спортом, где уже изучены физические параметры: максимальное потребление кислорода, газообмен СО2, зависимость силы мышц от мощности нагрузки, пульса и давления крови. Таким образом, изучение параметров ликвородинамики помогут расширить знания о здоровье и одаренности человека.
1. Loth F. et al. Hydrodynamic modeling of cerebrospinal fluid motion within of spinal cavity. 2001. Vol 123 P. 73-75.
2. Егорова И.А. Краниальная остеопатия, СПб. 2006. С. 16-20, 42.
3. Керн М. Мудрость тела, СПб. 2006. С. 30-37.
4. Кравченко Т.И. и др. Остеопатия. СПб. 2014. Tом 1. C. 334-335.
5. Ambarki K. et al, A new lumped-parameter model of cerebrospinal hydrodynamics during the cardiac cycle in healthy volunteers, IEEE transactions on biomedical engineering, 2007, Vol. 54, № 3.
6. Москаленко Ю.Е. и др. Медленноволновые колебания в краниосакральном пространстве: гемо-ликвородинамическая концепция происхождения, Физиологический журнал России им. С.И Сеченова, 2008, Том 94 № 4. С. 441-447.
7. Alperin N. et al. From cerebrospinal fluid pulsation to noninvasive intracranial compliance and pressure measured by MRI flow stadies, 2006, 2. P. 122-124.
8. Loth F. et al. Hydrodynamics of cerebrospinal fluid in spinal canal with Chiari malformation and syringomyelia, 2004, Proceeding of IMECE04 2004 ASME International Mechanical Engineering congress November 13-20, Anaheim, California, USA.
9. Москаленко Ю.Е. и др. Функциональное единство систем внутричерепной гемоликвородинамики, биомеханических свойств черепа и когнитивной деятельности мозга. Жур. Региональное кровообращение и микроциркуляция. 2010, С. 43-46.
10. Sklar F.H. et.al. The pressure-volume function of brain elasticity J. Neurosurg 1977. Vol. 47 P. 670-679.
11. Солодков А.С., Сологуб Е.Б. Физиология спортивной деятельности СПб. 1999. С. - 70.
12. Иваницкий М.Ф. Анатомия человека ФиС 1985, С. 509-516.
13. Martin B.A., et al, Hydrodynamic and Longitudial Impedance Analysis of Cerebrospinal Fluid Dynamics at the Craniovertebral Junction in Type 1 Chiari Malformation. PLOS ONE 2013, Vol. 8 P. 1-9.
14. Купер К. Аэробика для хорошего самочувствия ФиС, 1989. - С. 105-177.
