Тело и зрелое поведение. Фундаментальные основы тревожности, сексуальности и способности к обучению. Паттерны движения в условиях воздействия силы тяжести - [34]

Мы видели, что уменьшение момента инерции вокруг центральной оси до минимально возможного значения требует от анатомии человека наилучшего возможного вертикального выравнивания головы и туловища, и что это поднимает центр тяжести настолько высоко, насколько это совместимо со структурой.

Ближайшей аналогией человеческого тела является система трех перевернутых вверх тормашками пирамид, где вершина верхней пирамиды балансирует на основании пирамиды, расположенной ниже. Тазовые кости и ноги образуют нижнюю пирамиду. В центре ее горизонтального основания находится вершина второй пирамиды (поясничные позвонки), основанием которой служат плечи. Третьей перевернутой пирамидой является голова, балансирующая на позвонках шейного отдела позвоночника в центре основания, образованного плечами. Следующая аппроксимация простая. Можно представить, что каждая пирамида – это тяжелый грузик, балансирующий на длинной легкой тростинке. Таким образом, мы получаем систему трех перевернутых маятников, балансирующих друг на друге. Такого приблизительного схематичного представления на данный момент будет достаточно для изучения динамических свойств структуры. Позже необходимо будет предоставить больше деталей относительно сочленения тазовой кости с головками (седалищными костями) бедренных костей ног.

Когда система трех маятников настолько выровнена, что центр тяжести каждого из них располагается вертикально над его точкой опоры, система находится в равновесии. Существует три вида равновесия – стабильное, нейтральное и нестабильное. Стабильное равновесие достигается тогда, когда центр тяжести находится в самом низком из возможных положений. В нашей системе центр тяжести располагается максимально высоко, и поэтому мы пребываем в нестабильном равновесии. Именно этот шаткий нестабильный баланс определяет все правила механического поведения человеческого тела.

И стабильный, и нестабильный балансы обладают следующими качествами и характеристиками:

(1) Легкость изменения. Движение по горизонтали в любом направлении из положения равновесия требует небольших затрат энергии.

(2) Легкость восстановления. Восстановление равновесия в случае его нарушения требует таких же небольших затрат энергии, как было упомянуто в прошлом пункте.

(3) В стабильном равновесии исходное горизонтальное смещение не может произойти до тех пор, пока в систему не поступит энергия. Поскольку потенциальная энергия минимальна, а центр тяжести находится в самом нижнем из возможных положений, не произойдет никакого изменения, пока энергия не поступит снаружи.

(4) В нестабильном равновесии центр тяжести расположен настолько высоко, насколько возможно, а потенциальная энергия максимальна. Для изменения положения не требуется никакой энергии из других источников. Смещение происходит за счет накопленной потенциальной энергии.

Когда центр тяжести человеческого тела удерживается в максимально высоком положении, оно способно двигаться в любом направлении, практически не расходуя энергию, и даже этот минимум происходит из его потенциальной энергии. Впоследствии потенциальная энергия восстанавливается, чтобы все движения начинались из конфигурации с максимальной потенциальной энергией.

Таким образом, тело в положении стоя постоянно готово к транслирующему[4] движению по первому требованию. В этом отношении оно более совершенно, чем тело любого другого животного, которое может двигаться быстрее, но лишь в одном конкретном направлении, и при этом не обладает такой всесторонней свободой движения, которая свойственна человеку.

Фактически так выглядит общий принцип организации жизни, согласно которому все механизмы, которые можно по первому зову призвать к функционированию, и где необходима быстрота реакции, обычно поддерживаются в конфигурации максимальной потенциальной энергии.

Как мы уже видели, мышечные волокна, то есть буквально каждый элемент двигательной части, запускаются в действие с незначительными затратами энергии и при их сокращении выделяется лишь незначительное количество тепла. Поглощение тепла, кислорода и полная реакция, восстанавливающая потенциальную энергию до ее исходного значения, происходят после того, как закончилось сокращение. То же самое верно и для нерва, где основная часть энергии участвует в реполяризации нерва, а не в деполяризации, которое является активным действием.

Требуемая скорость такова, что при нормальной температуре потребовалось бы слишком много времени, чтобы получить требуемое движение, если энергия в каждом звене механизма должна была бы преобразовываться из одной в другую. Таким образом, реакция в мышцах не обычная химическая реакция; гликоген имеет две конфигурации молекул, одна из которых требует большего количества энергии, чем другая. Обычно более распространена конфигурация с высокой потенциальной энергией; потенциал действия, создаваемый нервом, запускает смещение молекул из нестабильной конфигурации с высокой энергией в стабильную конфигурацию с меньшим содержанием энергии.

Лишь в периоды отдыха механизм перезапускается химическими реакциями. Это занимает намного больше времени, чем сам период действия, и только тогда количество тепла, кислорода и СО