Отрывок из книги «Автостопом по мозгу. Когда вся вселенная у тебя в голове»

В издательстве «Бомбора» вышла книга Елены Беловой «Автостопом по мозгу. Когда вся вселенная у тебя в голове». Новинка продолжает цикл книг о медицине и том, как устроен наш организм. На этот раз автор отвечает на самые распространенные вопросы о работе мозга. Публикуем отрывок о том, что происходит, когда человек пьет кофе.

Первый раз я попробовала кофе в 13 лет. Дело было на летней школьной практике: на утреннее дежурство я встала сонной и невыспавшейся, и мой напарник предложил выпить кофе, чтобы взбодриться. Оказалось, что кофе — редкостная дрянь: от удивления и неожиданности я проснулась c первого же глотка. Бодрящий эффект оказался сногсшибательным, хоть я и представляла себе вкус несколько иначе. После этого случая я еще долго думала, что кофе бодрит именно благодаря своим органолептическим качествам — кто не проснется, если во рту вдруг оказалось нечто кисло-горькое? Уже студенткой я полюбила кофе, без которого не обходилась ни одна сессия, и узнала, почему он бодрит, даже когда привыкаешь к его вкусу и не видишь в нем ничего ужасного.

Теперь для меня, как и для многих людей, утро начинается с кофе — он заряжает энергией и поднимает настроение, помогает проснуться или справиться с усталостью и напряжением в середине тяжелого дня. В мире, где работоспособность и эффективность становятся для людей новой религией, энергия очень важна. Некоторые оценивают приложенные усилия и степень напряженности работы перед дедлайном объемами выпитого кофе: «Неделя бессонных ночей, десять литров выпитого кофе, пять килограммов шоколада, и вот наконец наш проект готов!»

В чем же секрет кофе и почему миллионы людей во всем мире не могут представить себе продуктивный рабочий день без него?

Откуда взялся кофе

Прежде всего кофе — это зерна нескольких видов растения рода Coffea. Почти весь потребляемый кофе принадлежит к двум видам — Coffea arabica (сорт арабика) и Coffea canephora (сорт робуста). Кофе пьют ради кофеина, который содержится в зернах: в мягкой на вкус арабике его меньше (около 1–1,5%), а горькие и терпкие зерна робусты содержат примерно вдвое больше кофеина и идут на приготовление более крепкого кофе.

Зачем растениям кофеин? Вряд ли для того, чтобы нам лучше просыпалось по утрам, — у них в жизни явно другие задачи. Как и многие другие растительные вещества, кофеин нужен растениям для отпугивания вредителей, чтобы их не съели.

То, что для человека источник бодрости и хорошего настроения, для насекомых — гадость и отрава.

Кофеин не только придает листьям и семенам горький вкус, но и сокращает продолжительность сна и делает насекомых подвижнее.

Можно сказать, что эффект небольших доз кофеина для насекомых не так уж отличается от воздействия на людей, только людям это нравится, а насекомым нет.

Хотя напиток готовится из обжаренных семян растения, больше всего кофеина содержится в молодых растущих листьях, которые сильнее могут пострадать от паразитов. В листьях чая кофеина тоже больше, чем в кофейных зернах, но для чая требуется меньше заварки. Тем не менее очень крепкий чай иногда не уступает кофе по содержанию кофеина. Еще кофеин можно обнаружить в какао, гуаране, парагвайском падубе, из которого готовят мате, и множестве других растений и продуктов на их основе, например в коле и шоколаде.

В письменных источниках кофе впервые упоминается как лекарство: в XI веке Авиценна в своем «Каноне медицины» описывает его как средство для очищения кожи и придания телу более приятного запаха. Однако вскоре люди полюбили кофе и перестали относиться к нему как к лекарству.

К XV веку кофейные дома распространяются по Аравийскому полуострову, а в XVII–XVIII веках кофе становится повседневным напитком в Европе. О том, что кофе обладает бодрящим эффектом, было известно еще персидским дервишам; но о том, что такое бодрость и от чего она зависит, люди задумались намного позднее.

От чего зависит бодрость

Можно сказать, что бодрость отражает запас энергии, «заряженность» на новые действия. Наоборот, усталость и вялость мы чувствуем, когда уже потратили массу усилий — не важно, физических или умственных — или же недостаточно восстановились после напряженной работы накануне. В некоторых компьютерных играх в жанре RPG1 показатель запаса сил (англ. stamina) влияет на игровую динамику — его вместе со здоровьем и другими ресурсами показывают прямо на экране. В реальной жизни у нас нет табло с индикаторами, но обычно мы довольно точно оцениваем уровень бодрости — во всяком случае, чувствуем, когда ее не хватает.

На первый взгляд, бодрость отражает соотношение между напряженной деятельностью и сном или отдыхом. Но из этого правила бывают исключения: иногда случается так, что восемь или даже десять часов сна не помогают справиться с вялостью и упадком сил. С другой стороны, бывает и так, что после длинного и тяжелого, насыщенного впечатлениями дня мы обнаруживаем, что все еще бодры и готовы к новым свершениям.

У человеческой бодрости есть одно любопытное свойство: переживание ярких эмоций, как положительных, так и отрицательных, может давать энергию и бодрить даже в условиях недосыпания.

Внезапный испуг, даже если тревога оказалась ложной, снимает сон как рукой. О вялости не идет речи, когда мы злимся, расстроены или сильно обижены. А яркие положительные эмоции и вовсе нас окрыляют, энергия бьет ключом, ее хватает и на обычную жизнь, и на дополнительные активности — так бывает, когда мы влюблены, искренне увлечены новым занятием или общаемся с интересными собеседниками и старыми друзьями.

Эмоции подзаряжают человека, а их недостаток может вести к апатии. Действительно, если вокруг ничего не происходит, а каждый новый день похож на предыдущий, бодрости и заряду позитива это не способствует. Можно сказать, что бодрость — это аванс энергии на что-то ценное и приятное для человека, а если ничего такого не предвидится, лучше сэкономить ресурсы и поспать. Скука — одно из лучших снотворных, особенно если не на что отвлечься или нет ничего мало-мальски интересного, чем можно занять внимание.

Помимо этого, вялость и апатия могут быть признаком ослабленного иммунитета и плохого питания: если человеку нездоровится или в его диете не хватает витаминов и микроэлементов, это тоже может заметно снижать запас жизненных сил. В любом случае, если человек постоянно чувствует вялость без видимой причины, это тревожный признак и повод обратиться к врачу.

Каким же образом кофеин влияет на бодрость? Он не относится к числу важных микроэлементов и не особенно питателен — это не сахар, который обеспечивает организм энергией напрямую. Кофеин — небольшая и не очень сложная молекула, без которой мы прекрасно можем обойтись, но, чтобы взбодриться, нам достаточно 100–150 мг кофеина. Это химическая заглушка, действующая на наш внутренний индикатор бодрости в обход сна и отдыха, питания, иммунитета и эмоциональных стимулов.

Как устроен индикатор заряда нашей внутренней батареи

А что думает обо всем этом наука? Ученые тоже задумывались над тем, что такое бодрость и что на нее влияет. Почему по утрам мы просыпаемся бодрыми и отдохнувшими, а под вечер нас клонит в сон? В конце XIX века появилась гуморальная теория сна, предлагавшая объяснение этому явлению. Наверное, в организме есть фактор сна какое-то вещество, вызывающее усталость и сонливость, которое тело вырабатывает в течение дня. Когда спим, тело постепенно разрушает или выводит фактор сна, поэтому с утра мы чувствуем себя бодрыми и отдохнувшими.

В начале XX века сразу две группы ученых во Франции и Японии смогли доказать существование такого вещества, накапливающегося в мозге. Если собак лишить сна, а затем взять у них спинномозговую жидкость и ввести отдохнувшим животным, они засыпают. Усталость можно передавать от одного организма к другому! В то время было невозможно установить, что представляет собой фактор сна из спинномозговой жидкости, но у него определенно имелся материальный носитель. Неизвестное вещество назвали гипнотоксином. Потребовалось еще почти полвека, чтобы выяснить, что фактором сна выступает аденозин.

Школьный курс общей биологии рассказывает, что аденозин, как и кофеин, относится к пуриновым алкалоидам и участвует сразу в нескольких жизненно важных процессах. Во-первых, аденозин входит в состав ДНК — проще говоря, это одна из букв нашего генетического кода. Во-вторых, он составляет основу энергетической валюты клетки аденозинтрифосфата (АТФ). В-третьих, входит в состав циклической формы аденозинмонофосфата — цАМФ, который регулирует то, как протекают важные сигнальные каскады внутри клеток, влияющие на обмен веществ, включая расходование сахаров и жиров, и деление клеток. Аденозин — молекулярная основа для всех трех веществ — «генетического» аденинового остатка, «энергетической» АТФ и «сигнальной» цАМФ.

Неудивительно, что уровень аденозина и его производных так важно контролировать. Для нейронов энергия критически важна. Как известно, мозг — самый энергозатратный орган нашего организма.

Нейроны постоянно активны, и их переговоры друг с другом требуют уймы энергии. Логично предположить, что нервная система постоянно следит, все ли в порядке и каким запасом энергии она сейчас располагает. Вслед за напряженной работой обязательно должен следовать период покоя, чтобы восстановить ресурсы и работоспособность. Как мозг определяет, что пора отдыхать? По тому, сколько потрачено энергии — точнее, молекул АТФ.

АТФ — универсальная энергетическая валюта для всех живых существ. Любой процесс, требующий энергии, можно выразить в числе молекул АТФ, необходимых для его протекания. Например, чтобы выкачать из клетки три иона натрия и закачать внутрь два иона калия, необходимо расщепить одну молекулу АТФ. При этом нейроны непрерывно расходуют АТФ — перекачивают ионы, чтобы восстановить заряд на мембране после каждого нервного импульса; можно сказать, что на этом процессе вырабатывается все электричество в мозге. С другой стороны, любое питательное вещество можно оценить по тому, сколько АТФ из него можно получить: например, одну молекулу глюкозы можно расщепить до углекислого газа и воды, получив таким образом около 36 молекул АТФ (и перекачать с ее помощью 108 ионов натрия и 72 иона калия).

Как следует из названия, АТФ — АденозинТриФосфат — состоит из аденозина и трех фосфатов: они «пришиты» к аденозину один за другим. Связи между фосфатами называют макроэргическими: это означает, что каждая из них позволяет запасти довольно много энергии. Когда такая связь разрывается, энергия высвобождается и может быть использована для нужд клетки.

Можно сказать, что АТФ — это что-то вроде платежной карты с тремя фосфатами на счету. Большинство транзакций внутри клетки «стоят» один фосфат, он отщепляется от АТФ с образованием АденозинДиФосфата — АДФ. Некоторые процессы очень дорогие: они стоят два фосфата, которые отщепляются от АТФ с образованием аденозинмонофосфата — АМФ.

Если АТФ — это энергетическая валюта, то сам аденозин представляет собой что-то вроде пустой платежной карты, которую необходимо пополнить, перед тем как использовать для оплаты нужных клетке транзакций. Когда аденозин накапливается в клетках и межклеточном пространстве, это сигнализирует о том, что организм заметно потратился, и ему нужно восполнить запасы энергии — как следует отдохнуть.

Уровень аденозина в нервной системе и есть тот самый индикатор энергии (точнее, ее дефицита), который мы субъективно воспринимаем как заряд бодрости.