Что хрустит, когда вы хрустите пальцами?

Хруст

Потяните палец, отогните его назад, и сустав поддастся с резким хрустом. Примерно от четверти до почти половины людей делают это нарочно, а учёные с 1940-х годов спорят, откуда берётся этот звук. В 2015 году группа исследователей в Канаде поместила палец мужчины в МРТ-сканер, потянула его тросом и сняла, что происходит внутри сустава в момент хруста. Увиденное противоречило объяснению из большинства учебников, а три года спустя набор уравнений поставил этот вывод под сомнение.

А предупреждение, которое вы, вероятно, слышали в детстве, что от этого бывает артрит, проверил врач, который пятьдесят лет хрустел пальцами только на одной руке.

Внутри сустава пальца

Чаще всего хрустят суставы в том месте, где пальцы соединяются с кистью. В каждом из них закруглённый конец кости кисти упирается в неглубокую впадину у основания пальца. Обе поверхности покрыты гладким хрящом, а весь сустав заключён в капсулу. Внутри капсулы находится тонкий слой синовиальной жидкости, скользкой жидкости, благодаря которой сустав двигается.

В этой жидкости растворён газ, примерно как в закрытой банке газировки растворён углекислый газ. Если развести две кости, пространство внутри капсулы должно увеличиться. Жидкость не может растянуться, чтобы его заполнить, поэтому её давление падает. Если давление падает достаточно сильно, газ выходит из жидкости, как пузырьки, появляющиеся, когда открываешь банку.

С этим согласны почти все исследователи: внутри сустава образуется газовая полость. Спор идёт о том, в какой именно момент возникает звук.

Ответ рентгена

Первая тщательная попытка ответить на этот вопрос была сделана в 1947 году. Двое исследователей, Ростон и Уилер Хейнс, тянули пальцы и делали серию рентгеновских снимков, пока сустав поддавался. Они описали одну и ту же последовательность событий перед хрустом. Сначала суставные поверхности остаются прижатыми друг к другу, и лёгкое натяжение почти не сдвигает их.

Когда натяжение усиливается, поверхности сопротивляются, и сопротивляются, пока вдруг резко не разойдутся. Именно в момент этого рывка и слышен хруст. После этого на рентгеновских снимках было видно светлое пространство внутри сустава, которое они сочли газовой полостью. Дальше шло то, что знает каждый, кто хрустит пальцами: тот же сустав не хрустит снова сразу же.

Ждать приходилось около двадцати минут. Ростон и Уилер Хейнс заключили, что звук возникает в момент образования газовой полости. Это объяснение продержалось двадцать четыре года.

Лопающийся пузырь

В 1971 году Ансуорт, Доусон и Райт повторили рентгеновский эксперимент. Они увидели ту же последовательность, но пришли к другому выводу. Звук, утверждали они, возникает не тогда, когда пузырь образуется, а когда он схлопывается. За этой идеей стояло много физики.

В 1917 году лорд Рэлей описал, как схлопывающийся в жидкости пузырь внезапно высвобождает энергию. К концу 1960-х инженеры обнаружили, что такие схлопывания могут разъедать металл корабельных гребных винтов. Инженеры называют это кавитацией: пузыри образуются и схлопываются в жидкости. Хруст пальцев как крошечная версия того же явления казался вполне логичным.

Группа 1971 года также выяснила, что газ в суставе примерно на восемьдесят процентов состоит из углекислого газа. И их идея объясняла двадцатиминутное ожидание: газу нужно время, чтобы снова раствориться в жидкости. Больше сорока лет схлопывание пузыря было ответом из учебников. Но никто ни разу напрямую не видел, как пузырь схлопывается внутри хрустящего сустава.

Рентген был слишком медленным и размытым, чтобы показать, что делает пузырь в момент звука.

Съёмка внутри сустава

В 2015 году Грег Кавчук из Университета Альберты попробовал другую камеру. Его соавтор, хиропрактик Джером Фрайер, умел хрустеть суставами пальцев по команде. Фрайер лёг в МРТ-сканер, его палец был зафиксирован в трубке и привязан к тросу. С другой стороны магнита кто-то медленно тянул трос, пока сустав не хрустнет.

Сканер делал около трёх снимков в секунду, этого хватало для грубого фильма о том, что происходит внутри сустава. Так они проверили десять разных суставов. Вот что они увидели. Сначала концы двух костей остаются вместе, пока трос тянет.

Затем меньше чем за треть секунды они резко расходятся, и между ними появляется тёмное пространство. Это тёмное пространство и есть газ. И вот что важно: после хруста тёмное пространство не исчезло. Пока палец оставался натянутым, полость никуда не девалась.

Она исчезла со снимка, только когда палец отпустили и кости снова сошлись. Для исследователей полость, сохранившаяся после звука, была доводом против идеи схлопывания. Поэтому группа Кавчука заявила, что хруст возникает при образовании полости, как и говорили Ростон и Уилер Хейнс в 1947 году. Две влажные поверхности слипаются, а потом расходятся так внезапно, что жидкость между ними разрывается и образует полость.

Заголовки объявили, что загадка решена.

Уравнения возражают

Не совсем. Простое открытие полости не объясняло, почему хруст такой громкий. В 2018 году два инженера, Чандран Суджа из Стэнфорда и Баракат из исследовательской лаборатории под Парижем, попытались рассчитать звук исходя из физики. Они составили уравнения для расходящегося сустава пальца и для пузыря в жидкости внутри него.

Ещё они записали настоящий хруст у трёх добровольцев микрофоном, стоявшим меньше чем в сантиметре от сустава. В их модели почти всё изменение давления происходит за сотую долю секунды. Их уравнения начинаются сразу после того, как давление упало и образовался пузырь. Затем давление снова начинает расти, сжимает пузырь, и пузырь начинает схлопываться.

Это схлопывание давало звук около 83 децибел на расстоянии одного сантиметра с основной частотой около 130 герц. Это было близко к прежним измерениям, а основной импульс походил на их собственные записи. Но в модели пузырь так и не схлопывался полностью. Он сжимался лишь частично, и оставался пузырь поменьше.

Этот оставшийся пузырь мог быть тем самым тёмным пространством, которое МРТ продолжала показывать после хруста. Так что статья 2018 года утверждает, что источником звука может быть частичное схлопывание. МРТ делала около трёх снимков в секунду, слишком медленно, чтобы увидеть эти быстрые изменения пузыря. По словам авторов статьи, нужно не меньше 1200 снимков в секунду, в сотни раз быстрее, чем та МРТ.

Сразу после хруста

Что происходит после хруста, проверить проще. В 2017 году группа под руководством Роберта Бутина обследовала с помощью УЗИ 400 суставов пальцев у 40 взрослых, и 30 из них хрустели пальцами каждый день. Когда сустав хрустел, на экране внутри него внезапно появлялось яркое пятно. Когда врач двигал эти суставы сразу после хруста, их общий объём движений был примерно на восемь градусов больше.

Ни один сустав не опух ни до, ни после. Значит, сразу после хруста суставы двигались свободнее, хотя само по себе это ничего не говорит о долгосрочном вреде.

Предупреждение

И тут мы подходим к предупреждению. Дональд Ангер, врач из Калифорнии, слышал его в детстве от матери, нескольких тёток, а позже от тёщи. Поэтому он поставил эксперимент на себе. Пятьдесят лет он хрустел пальцами левой руки как минимум дважды в день, а пальцы правой руки хрустели лишь изредка, для контроля.

По его подсчётам, это не меньше 36 500 хрустов на одной стороне. В 1998 году он сообщил о результате в письме в журнал Arthritis & Rheumatism. Артрита не было ни на одной руке, и никакой разницы между ними он не нашёл. В 2009 году это письмо принесло ему Шнобелевскую премию по медицине, награду за исследования, которые сначала смешат, а потом заставляют задуматься.

Конечно, один человек с двумя руками ничего не доказывает. Но более крупные исследования в основном приходят к тому же. Опрос пожилых пациентов 1975 года не выявил связи между хрустом пальцами и износом этих суставов. В 2011 году в исследовании 215 человек в возрасте от 50 до 89 лет рентгеновские снимки их кистей сравнили с привычкой хрустеть пальцами.

Артрит обнаружился примерно у 18 процентов тех, кто хрустел пальцами, и у 22 процентов остальных, разница слишком мала, чтобы иметь статистическое значение. Даже у тех, кто часто хрустел пальцами десятилетиями, риск не был выше. Одно исследование всё же вызвало опасения. В 1990 году опрос 300 пациентов в возрасте 45 лет и старше не выявил повышенной частоты артрита, но у тех, кто хрустел пальцами, чаще были отёчные кисти и слабее хватка.

Более поздние исследования не обнаружили таких проблем с отёками или хваткой. УЗИ-исследование 2017 года не нашло разницы в силе хвата между теми, кто хрустит пальцами, и теми, кто нет, и никаких отёков. Ещё одно исследование 2017 года сравнило 35 человек, привычно хрустящих пальцами, с 35 людьми, которые этого не делали, и обнаружило похожую силу хвата, но более толстый хрящ в суставах у первых. Что означает этот более толстый хрящ, если вообще что-то означает, пока неизвестно.

Есть также отчёт 1999 года о двух травмах, связанных с хрустом пальцами.

Так что же это за звук?

Так что же это за звук? Мы знаем, что, когда две поверхности расходятся, в жидкости сустава образуется газовая полость. Возникает ли хруст при открытии полости или при её частичном закрытии, до сих пор спорят. Что касается артрита, исследования пока не нашли его связи с хрустом пальцами.

Если вы хрустнули пальцем, пока смотрели это видео, то, скорее всего, придётся подождать минут двадцать, прежде чем тот же сустав хрустнет снова.