Зевоту часто объясняют тем, что организм таким образом резко насыщает кровь кислородом при его недостатке или, напротив, при избытке углекислого газа. Мы проверили, подтверждается ли эта причинно-следственная связь научными данными.
О связи зевоты с нехваткой кислорода или избытком углекислого газа, а также с целым рядом потенциально опасных состояний можно прочитать на спортивных сайтах, в прессе, на образовательных онлайн-платформах (где, в частности, утверждается, что о связи зевоты и дефицита кислорода мы должны знать из школьного курса биологии). Частую зевоту называют одним из признаков гипоксии на сайтах клиник и в СМИ, а также в многочисленных роликах в соцсетях.
Зевота — это непроизвольный рефлекс. Рот медленно и широко открывается, происходит глубокий вдох, затем кратковременная задержка дыхания и, наконец, более резкий выдох. Часто зевота сопровождается характерным потягиванием тела, по-научному называющимся пандикуляцией.
Зевота — один из древнейших с эволюционной точки зрения поведенческих актов. Она встречается почти у всех классов позвоночных, включая млекопитающих, птиц, рептилий, земноводных и даже рыб. По разным оценкам, здоровый взрослый человек зевает до 28 раз в сутки, в среднем около девяти раз в день. Патологическим (избыточным) зеванием считается серия из более чем трёх зевков за 15 минут, происходящая несколько раз в день, а при некоторых неврологических состояниях — свыше 100 раз в сутки.
Кислородную теорию зевоты ещё в 1987 году проверила команда психологов из Мэрилендского университета в округе Балтимор (США). На протяжении получаса 18 студентов-добровольцев дышали разными газовыми смесями. При этом экспериментаторы просили их во время исследования думать о зевании, зевать тогда, когда захочется, и отмечать каждый зевок. В первый раз им предложили дышать обычным сжатым воздухом через специальную маску, закрывающую рот и нос, чтобы адаптироваться к процедуре. Этот этап стал контрольным для последующих изменений. Каждая следующая сессия происходила через день — испытуемым предлагали чистый кислород, потом 3% углекислого газа с 21% кислорода, а затем 5% углекислого газа и 21% кислорода. Никакой разницы в количестве зеваний обнаружено не было — чистый кислород не сокращал частоту зевков, а повышенная концентрация углекислого газа не повышала их. Хотя все смеси, как и ожидалось, увеличивали частоту дыхания, частота вдохов и частота зевков изменялись независимо друг от друга.
Во второй части исследования эта же команда учёных использовала другую методологию. У тех же испытуемых вначале замерили частоту дыхательных движений в покое. При этом их сознательно просили думать о зевании, а затем им предложили позаниматься на степпере, чтобы увеличить частоту дыхания вдвое и, соответственно, резко повысить потребность организма в кислороде и выработку CO2.
Если бы зевоту провоцировало изменение газообмена, интенсивная физическая нагрузка должна была бы или активизировать её, или подавить. Однако при удвоении частоты дыхания количество зевков никак не изменилось. На основании этих экспериментов авторы сделали вывод, что гипотеза о зависимости частоты зеваний от уровня CO2 или O2 несостоятельна, так как манипуляции с газовым составом крови и уровнем физической нагрузки, достоверно меняющие частоту дыхательных движений, никак не изменяют количество зевков в определённый период времени.
Вместе с этим авторы отметили ранее описанную связь зевоты с уже упомянутой пандикуляцией: у пациентов с полным параличом левой или правой половины тела во время зевания отмечаются потягивания и с парализованной стороны. Более того, лекарственные препараты, среди побочных действий которых есть зевота, также часто вызывают пандикуляцию.
В 2012 году группа американских учёных, исследуя большой набор физиологических данных (дыхание, расширение грудной клетки, частоту сердечных сокращений, пульс, электрическую проводимость кожи и т. д.), отметили, что после зевания частота вдохов сокращалась. Если бы зевание должно было компенсировать недостаток кислорода, такое замедление было бы крайне нелогичным. Они также пришли к выводу, что, зевая, мы не регулируем уровень кислорода и углекислого газа.
Специалисты из Гарвардской медицинской школы отмечают, что теоретически глубокое зевание могло бы насытить кровь кислородом, однако эксперименты эту гипотезу опровергают. Эксперты из Клиники Кливленда также указывают, что теория о кислородной причине зевоты не подтверждается экспериментально. Более того, они обращают внимание на тот факт, что плод в утробе матери примерно с 11-й недели тоже зевает, хотя и получает весь необходимый кислород через пуповинную кровь от плаценты матери, а его лёгкие не участвуют в газообмене вплоть до рождения. Эндрю Гэллап, эволюционный биолог из Политехнического института Университета штата Нью-Йорк, отмечает, что зевота наблюдается и у морских млекопитающих, когда животное погружено в воду и потреблять кислород не может.
Современная наука полагает, что главная причина физиологически обусловленной зевоты — это не снабжение мозга кислородом, а его охлаждение. Эту гипотезу вначале подтвердили в эксперименте на животных. В 2010 году учёные из Университета Олбани (США) имплантировали крысам в кору головного мозга термодатчики, чтобы непрерывно измерять температуру мозга до, во время и после зевания. Специалисты выявили чёткую временную закономерность: именно во время повышения температуры мозга происходили зевки и потягивания, а после них температура возвращалась к исходному уровню.
Авторы пришли к выводу, что зевота и пандикуляция — это инструмент поддержания теплового гомеостаза мозга, то есть зевота — это не следствие, а физиологический ответ на локальный перегрев мозговой ткани. Это объяснение хорошо согласуется с пиками зевоты, наступающими вскоре после пробуждения и перед сном. В первом случае температура мозга повышается с самой низкой точки, и зевота регулирует её пики. Во втором — температура находится на пике и с помощью зевания постепенно начинает снижаться до уровня, нужного для сна.
Данная гипотеза была подтверждена с помощью экспериментов с участием не только животных, но и людей. В рамках исследования учёные попросили 44 студентов-добровольцев дышать определённым образом: участники первой группы вдыхали и выдыхали строго через нос, второй — через рот, третьей — через рот, но с зажимом на носу, а испытуемые в четвёртой группе могли дышать как угодно.
Учёные предполагали, что носовое дыхание эффективнее, чем ротовое, охлаждает кровь, поступающую к мозгу через сосудистые сплетения, которые окружают носовую полость. Таким образом, у людей, которые уже охлаждают мозг через нос, потребность зевать должна снижаться. Всем добровольцам включали видеофрагменты с изображением зевоты, смеха или нейтральным поведением человека в кадре. Демонстрация зевания должна была простимулировать такую же реакцию у участников. Выяснилось, что заразительная зевота почти отсутствовала в группе с носовым дыханием, а чаще всего проявлялась в группе с ротовым дыханием.
Второй эксперимент предполагал уже не естественное, а искусственное охлаждение. Учёные попросили 33 студентов сделать компресс на лоб — приложить полотенце в пластиковом пакете. Оно могло быть сухим (комнатной температуры), смоченным в холодной (+4 °C) или горячей (+46 °C) воде. После того как участники продержали компресс 2 мин., им включали те же самые видеофрагменты с зеванием, смехом или нейтральным поведением. Во время просмотра видео они продолжали прикладывать компресс. Участники из групп, использовавших горячий или сухой компресс, зевнули в сумме 18 раз, а группа холодного компресса — только один. Учёные сделали вывод, что охлаждение лба и, соответственно, уменьшение температуры крови, направляющейся к мозгу, снижает саму потребность в зевке, что хорошо согласуется с терморегуляционной гипотезой.
Наконец, есть и третье подтверждение — полевой эксперимент, проведённый в два этапа в городе Тусоне (Аризона, США): в феврале (при температуре воздуха около +22 °C) и июне (+37 °C). Экспериментаторы подходили к пешеходам и просили принять участие в опросе о заразительной зевоте. Этот опрос и стал тем стимулом, который должен был провоцировать зевоту у людей. Добровольцы рассматривали изображения зевающих людей, рассказывали экспериментатору, как часто они сами зевают и когда обычно это делают. Помимо этого, они отмечали, сколько времени спали той ночью и сколько времени уже находятся на улице. Всё это время учёные фиксировали, как часто участники зевают. Выяснилось, что зимой в ответ на стимул зевнули 45% участников, а летом — только 23,8%. Эту разницу специалисты объяснили «тепловым окном» — зевота служит для охлаждения мозга только тогда, когда температура вдыхаемого воздуха ниже температуры тела. При температуре воздуха, равной или превышающей температуру тела, вдох уже не охлаждает мозг и зевота не включается.
Косвенно терморегуляционную составляющую зевоты подтверждает и обнаруженная биологом Эндрю Гэллапом корреляция: чем больше и сложнее по своему устройству мозг млекопитающего или птицы, тем более продолжительным будет зевок у этого вида.
Помимо физиологической зевоты, существует социальная (заразительная) зевота — позыв зевнуть при виде, звуке или даже мысли о чужом зевке. Этот эффект проявляется у людей и некоторых социальных животных, таких как шимпанзе и львы, что говорит о его связи с эмпатией и социальной синхронизацией поведения в группе. Именно заразительная зевота помогает учёным исследовать физиологическое зевание, так как позволяет его стимулировать в контролируемых условиях (показывая видео или обсуждая привычки зевать).
Таким образом, экспериментальные данные опровергают гипотезу о том, что, зевая, люди восполняют недостаток кислорода или компенсируют избыток углекислого газа. Многочисленные наблюдения показывают, что физиологическая зевота напрямую связана с температурой мозга и служит для его охлаждения.
