Руки после воды становятся. Кожа и вода: эффект сморщивания

Некоторые части человеческой кожи, на которых не растут волосы, обладают уникальной реакцией на контакт с водой. В отличие от остального тела, кожа на пальцах рук и ног, ладонях и ступнях сморщивается после намокания. Обычно для этого бывает достаточно пяти минут.

Но почему эти участки кожи морщатся? Некоторые считают, что это биохимическая реакция, осмотический процесс, в котором вода вытягивает химические вещества из кожи, и в результате кожа высыхает.

Но уже сотню лет назад учёные знали, что эта реакция не объясняется простым рефлексом или результатом осмоса.

Хирурги обнаружили, что если перерезать определённые нервы в пальцах, эффект сморщенной кожи исчезает. Следовательно, этот эффект связан с работающей нервной системой. В результате этот эффект даже предлагали использовать как тест на работоспособность симпатической нервной системы в пациентах, не реагирующих на другие воздействия.

Так что по этому вопросу научное сообщество достигло консенсуса. Но причина, по которой в ходе эволюции возник эффект сморщивания кожи при намокании, и связан ли он с каким-либо механизмом адаптации, остаётся предметом дискуссий.

Нейробиолог Марк Чангизи [Mark Changizi ] из 2AI Labs уверен, что этот эффект - адаптация. Вспомним про рисунок на поверхности шин. В сухую погоду гладкие шины лучше сцепляются с асфальтом, поэтому у гоночных автомобилей шины гладкие, без рисунка. Но при езде в дождь шины с рисунком становятся безопаснее.

В 2011 году Чангизи с коллегами обнаружили доказательства того, что сморщенные пальцы действительно работают схожим с шинами образом, уводя воду от пальцев рук и ног в мокрых условиях, и позволяя приматам - конкретно, людям и макакам - сохранять надёжную хватку.

Иначе говоря, морщинки, появляющиеся от воздействия воды, можно считать крохотными системами для отвода жидкости. Река состоит из вливающихся в неё ручейков, а участки земли между ручьями не связаны друг с другом.

Чтобы проверить, похожа ли сморщенная кожа на пальцах на ветвящуюся речную систему, Чангизи с командой изучили 28 фотографий человеческих пальцев. Они обнаружили, что рисунок сморщенных пальцев является инвертированной копией речных систем - в нём поднятые участки связаны между собой, а между ними расположены не связанные канальцы.

При этом подъёмы расположены не абы как; их рисунок вполне осмыслен. Реки накапливают воду, а канальцы на пальцах должны её отводить. «Нажатие кончиком пальца на мокрую поверхность отводит жидкость из-под него через канальцы, и после этого весь палец получает контакт с поверхностью»,- описали эффект исследователи.

Кроме того, морщинки не появляются в течение первых пяти минут после намокания, поэтому случайный контакт с водой проходит бесследно. Такая реакция возникает лишь под дождём или во время росы. Кроме того, от пресной воды морщинки появляются быстрее, чем от морской - возможно, это отголоски тех условий, в которых такой механизм впервые возник у приматов.

Даже если этот механизм возник и не напрямую для усиления хватки, он может сохраняться именно по этой причине. Исследование от 2013 года , проведённое британскими неврологами, обнаружило доказательства, что сморщенные пальцы помогают людям работать с мокрыми объектами.

В эксперименте 20 человек должны были переместить 45 объектов разного размера - камешки и грузила - из одного контейнера в другой. В некоторых случаях они были сухими, при этом кожа у разных испытуемых была как гладкой, так и сморщенной. В других случаях объекты были мокрыми. Было обнаружено, что сморщенными пальцами переносить мокрые объекты проще, а для сухих объектов не было никакой разницы.

Однако похожее исследование, проведённое в 2014 году немецкими исследователями, обнаружило обратный эффект. 40 людей переносило 52 шарика и кубика различных размеров и весов между контейнерами. Учёные не обнаружили разницы в способности управляться с этими объектами вне зависимости от того, были ли пальцы испытуемых сморщены или нет, а объекты - сухими или мокрыми.

Точно так же группа тайваньских исследователей провела эксперименты при помощи добровольца. Они измеряли трение между гладкой поверхностью и его гладкими или сморщенными пальцами. Также они проверяли возможность испытуемого свести концы пружины вместе. Они обнаружили, что в каждом из тестов результаты были хуже при работе сморщенными пальцами.

Конечно, если эффект сморщивания появился в результате адаптации, он испытывался в более естественных условиях, чем лабораторные.

Чангини считает, что этот эффект полезен для поддержания веса всего тела, а не для манипуляций с мелкими предметами. «Если уж и проводить тесты там, где эффект имеет значение, то для этого нужно хвататься за деревья или тяжёлые предметы, а не за шарики,- говорит он. - [При переносе шариков между контейнерами] гидропланирование вам не грозит». Нужно ассоциировать этот эффект с передвижением, а не с ловкостью.

Получается, что идеальный эксперимент, с его слов - это нанять любителей паркура , показывающих свои трюки как с гладкой, так и со сморщенной кожей, поочерёдно в сухих и влажных условиях. «Только как-то нужно обеспечить их безопасность»,- добавляет он.

Как ни забавно это звучит, но сморщиванием пальцев и разгадкой того, что кроется за этой особенностью, занимается серьезная наука.

Если Вы хоть раз проводили много времени в бассейне, в море или, в расслабляющей горячей ванне, Вы, наверняка, знакомы с феноменом сморщенных пальцев. Хотите - верьте, хотите - нет, но ученые бьются над разгадкой этого феномена уже десятилетия, пытаясь выяснить, почему же, пальцы на руках, а иногда и на ногах сморщиваются после долгого пребывания в воде.

Кожа пропитывается водой?

Одна из самых распространенных теорий состоит в том, что кожа сильно пропитывается водой. Согласно данным Библиотеки Конгресса (национальной библиотеки США ), эпидермис или внешний слой кожи, состоит из мертвых клеток кератина, которые впитывают влагу, при погружении в воду на длительное время. Впитывание влаги приводит к тому, что клетки набухают и внешний слой кожи расширяется, но поскольку они соединены с нижними слоями кожной ткани, не обладающей способностью расширяться, внешний слой кожи сморщивается, компенсируя этим свою увеличившуюся площадь поверхности. Происходит что-то вроде того, когда Вы пытаетесь надеть огромную простыню на двуспальный матрас – лишний материал за неимением места, неравномерно сбивается в кучи на поверхности.

Однако этот феномен затрагивает только пальцы рук и ног - почему же все Ваше тело не сморщивается?
Ученые говорят, это потому, что наши руки и стопы обладают самым толстым эпидермисом на теле и, соответственно, в них больше клеток кератина, впитывающих воду. Кстати, Ваши ногти также содержат кератин, именно поэтому после ванны, или после того как Вы помоете посуду они становятся мягче обычного.

Для чего нужно сморщивание?

Проблема вышеупомянутой гипотезы в том, что она не учитывает тот факт, что пальцы рук и ног не сморщиваются, если их нервные окончания были повреждены, в результате травмы , или, например, в результате осложнений при сахарном диабете . Это может объясняться другой теорией, которая предполагает, что сморщивающийся эффект - это не результат насыщения кожи водой, а скорее, это реакция центральной нервной системы – «классическая механическая проблема », как назвал ее в одном из своих интервью инженер биомеханик Колумбийского Университета, доктор философии Кси Чен .

Теория механики основывается на концепции вазоконстрикции - сужении кровеносных сосудов. В сущности, когда пальцы погружены в горячую или холодную воду, нервные окончания подают сигналы, которые заставляют кровеносные сосуды сжиматься и ткань под кожей стягиваться. Это, в свою очередь, заставляет внешний слой кожи собираться в складки, в результате чего кожа морщится.

Однако недавно проведенные исследования предлагают, что существует еще одна версия сморщивания пальцев. Нейробиолог Марк Чангизи и его команда из 2AI Labs , города Бойсе, Айдахо работают над тем, чтобы доказать свою теорию. Согласно их теории, сморщивание пальцев не является результатом дерматологических причуд, скорее, это генетический эквивалент дождевых протекторов – функциональных канавок на автомобильных шинах и на обуви, способствующих лучшей силе сцепления в мокрую погоду. Чангизи верит, что эти, так называемые «протекторы» на руках и ногах были вложены в ДНК на протяжении веков для улучшения способности сцепления конечностей с различными поверхностями у наших предков.

«Наши морщащиеся пальцы - это важнейшая особенность, которая досталась нам в наследство от наших предков приматов », - написал Чангизи в своей статье. «В тот момент, когда у наших предков приматов на пальцах появились ногти вместо когтей, «протекторы» стали их необходимой заменой ».

В поддержку этой теории, Чангизи и его команда проанализировали 28 фотографий с образцами сморщенных пальцев. На всех 28-ми образцах морщинки формировали вертикальные каналы, служащие для отвода воды с кончиков пальцев.

«Для того чтобы рукой ухватиться за влажную поверхность без опасности аквапланирования, необходим способ эффективного удаления воды между кожей и поверхностью, за которую пытаешься уцепиться », - объяснил он. «Как известно, лучший способ для быстрого перемещения воды, это каналы ».

Необходимо провести больше исследований, чтобы доказать гипотезу Чангизи , но он уже работает над следующими изучениями. В списке следующих задач - проверить достоверность того, что сморщивание способствует лучшему сцеплению, а также проверить, если у млекопитающих во влажном климате, более вероятно сморщивание пальцев, чем у млекопитающих в сухих местообитаниях.

Если теория подтвердится, то мы можем использовать свойство сморщенных пальцев для улучшения существующих технологий изготовления протекторов для автомобильных шин и обуви.

«Это далеко не досадное недоразумение природы », - написал Марк Чангизи , «сморщивание пальцев - это еще одно завещание совершенства биологии ».

Всем известно, что после принятия ванны кончики пальцев морщатся. Почему?

Кратким ответом может служить следующий: этот вид морщин возникает из-за деформации верхнего слоя кожи и исчезновения защищающих ее естественных масел. По словам доктора Марианны О"Донохью, профессора дерматологии Чикагского университета Раш, когда мы погружаемся в ванну, "верхний слой кожи впитывает много воды. Нижний слой не способен увеличиваться, поэтому верхний вынужден сморщиваться, образуя складки. К счастью, этот эффект обратим".

Но вы можете задать и другой вопрос: почему мы морщимся, как старый высохший плод, а не разбухаем, как губка? Дело в том, что без масла, защищающего нашу кожу, ладони рук и ступни ног обезвоживались бы, погружаясь в воду, а не наоборот. Происходит это так.

Примерно 75% нашего тела составляет вода. Этот процент варьируется в зависимости от количества жира, который содержится в тканях организма. Обезвоживание происходит, когда защитные масла смываются с поверхности кожи. Вода начинает просачиваться из клеток наружу. Эти клетки обладают полупроницаемыми мембранами, а это значит, что они легко отдают воду, но не способны так же легко ее впитывать. Если кожа теряет масло, после 15 минут пребывания в воде клеточные мембраны открываются наружу, вода покидает клетки и образуются морщины.

Кончики пальцев и ладони морщатся быстрее, чем тыльная сторона рук, поскольку в ней находятся дополнительные сальные железы. Эти железы постоянно пополняют запасы защитного масла, делая это почти с той же скоростью, с которой его смывает вода7.

Нас с детства интересовало, почему кожа морщится от воды. Временами нам нравилось после ванны рассматривать свои пальцы. Родители отвечали просто - пальцы впитали воду, вот и стали такими. И мы им верили. Но оказывается, что не все так однозначно. Ведь почему-то не сморщиваются другие части кожи? Было бы логично, что и они должны впитывать воду. Но этого не происходит. В данной статье мы постараемся разобраться в причинах такого поведения нашей кожи.

Итак, каковы причины данных изменений в наших пальцах после длительного нахождения в воде? Причиной всему является эволюция. Оказывается, что данное приспособление оказалось очень полезно древнему человеку. В некоторых случаях только оно позволяло ему выжить или хотя бы просто несколько улучшить качество жизни.

Данную теорию предложил Том Смалдерс. Это человек, занимающийся эволюционной биологией. Так что данная тема ему не чужда. Он говорит, что никакого впитывания воды кожей не происходит. Вернее, оно бывает. Но причиной сморщенных пальцев является не это. Просто когда мы долго держим пальцы во влажной среде, сосуды на их концах сужаются. Это и приводит такому эффекту.

Как это помогало выжить?

Роль этой особенности оказалась неоценимой. Человеку в древности приходилось очень много иметь дела с мокрыми предметами. И благодаря такой сморщенной коже можно обеспечить более мощный хват. Например, человек поймал рыбу. Она очень скользкая. Но благодаря такой адаптации ее можно держать в руке. Вообще оно помогает в многих случаях:

• Когда приходится рыться в мокрой траве. Там можно найти немало вкусных плодов или, например, срывать съедобные грибы.
• Охота. Когда человек охотится, ему нужно держать орудие. И данное приспособление помогает во время дождя сделать удачный бросок. И попасть в добычу удается значительно легче.

Вот такая польза. Так что это свойство помогает и нам сейчас. Пример очень простой. Когда мы в ванной, нам нужно взять мыло. Оно же скользкое. И шершавая кожа помогает решить данную проблему. Оно не выскальзывает из рук, и мы можем нормально помыться. Так что назвать данную особенность концов наших пальцев рудиментарной никак нельзя.

Почему пальцы не сморщены постоянно?

Почему кожа морщится от воды, а не находится в данном состоянии вечно? Эта адаптация крайне важна. Здесь мнения ученых расходятся. Но наиболее вероятным является только одно из них. Дело в том, что при сморщивании пальцев значительно хуже питаются нейроны, а рецепторы, находящиеся на концах, прячутся за складками кожи. Следовательно, существенно падает тактильная чувствительность, которая в норме помогает нам в огромном количестве жизненных ситуаций. Вот только некоторые из них:

• Ощущение температуры.
• Понимание текстуры объектов.
• Понимание их остроты.

Так что если данная адаптация была бы постоянной, а не только реализовывалась под действием воды, то слепые люди не могли бы, например, читать. Это только некоторые из сфер. Данная адаптация имеет исключительно положительный оттенок.

Полностью ли был данный вопрос исследован?

А пока мы ждем новых комментариев со стороны ученых. Но в ближайшее время они не последуют, так как есть вопросы более важные, чем почему кожа морщится от воды. Временами ученые совершают интересные открытия попутно. Цели не устанавливаются, но при этом мы узнаем что-то новое. Скорее всего, ответ на данный вопрос ученые также нашли случайно.

Так что еще есть куда стремиться. Важно понимать, что хоть сейчас в науке доминирует данное мнение, оно может измениться. Раньше же люди считали, что просто вода впитывалась пальцами.

Использование преимуществ, которые имеют сморщенные пальцы, в науке и производстве

Выявленная особенность уже помогла в науке и при производстве обычных вещей. Впрочем, вряд ли именно информация о том, почему руки от воды морщатся, подтолкнула к данным разработкам, но у них тот же принцип. Что лежит в основе отсутствия скольжения? Правильно, Она была открыта физиками очень давно. И ее применение найдено в огромном количестве производимых товаров:

• Шины. Их задачей как раз и является обеспечение плотного соприкосновения машины с мокрой поверхностью. Если посмотреть на их поверхность, то она очень напоминает сморщенность наших пальцев. Разве нет?
• Подошва обуви. Естественно, далеко не каждая обувь делается похожей на сморщенные от воды пальцы. Но если речь идет о зимнем варианте, то принцип тот же самый. Также это касается тапочек для бассейна. Там пол мокрый, поэтому нужно обеспечивать максимальное сцепление подошвы с его поверхностью. Поэтому морщится кожа на пальцах ног. Там задача также очень проста - не поскользнуться. Естественно, данная задача голыми ступнями выполняется не настолько хорошо. Но это уже что-то.

Мы разобрали самые простые примеры, которые лежат на поверхности при анализе принципа действия рассмотренного явления. На самом деле существует огромное количество других сфер его применения.

Выводы

Мы разобрались, почему морщится кожа рук и ног при контакте с водой. Оказывается, что миф, в который мы все верили, просто рассыпается при ближайшем рассмотрении. Но данная версия того, почему кожа морщится от воды, значительно более логична. Посмотрим, что скажут нам ученые. А пока давайте заниматься полезными вещами. Любопытство любопытством, но знать правду все же нужно. Иначе никогда не будет у вас абонемента в бассейн, и вы не испытаете данного эффекта на себе.