Введение
В ноябре 1999 г. мир оглушила новость об авиакатастрофе, в которой погибли чемпион США по гольфу Пейн Стюарт и еще четверо гольфистов. Взлетев из Орландо, Флорида, и поднявшись на высоту 11 300 м, их «Лир Джет» потерял связь с диспетчерами. Испугавшись, что самолет может упасть на населенные районы, власти США подняли в воздух два истребителя ВВС – чтобы в случае крайней необходимости сбить самолет. По сообщению пилотов истребителей, на борту самолета не наблюдалось признаков жизни и окна обледенели изнутри – явное свидетельство разгерметизации и того, что температура в салоне сравнялась с температурой за бортом. Самолет продолжал лететь на автопилоте, пока не кончилось горючее и он не рухнул на землю в Южной Дакоте – с погибшими задолго до того от нехватки кислорода пассажирами. Это не первая трагедия подобного рода и вряд ли последняя, поскольку на такой высоте кислорода для дыхания недостаточно и разгерметизация приводит к трагическим последствиям.
Эта печальная история в очередной раз демонстрирует, как часто люди ходят по краю, не всегда, впрочем, отдавая себе в этом отчет. Мы летаем по всему миру на опасной для жизни высоте, плаваем по ледяным морям, на отдыхе ныряем с аквалангом, рискуя заработать кессонную болезнь, или селимся в таком климате, где зимой можно не дожить до утра, оставшись на ночь без теплого крова. Не стоит думать, что экстремальные условия – удел немногочисленных искателей приключений. С развитием технического прогресса мы тоже имеем все шансы испытать их на себе. Однако без надлежащей защиты и мер предосторожности шутки с экстремальными условиями плохи. Ежегодно жертвами холода, жары или горной болезни становятся тысячи самых обыкновенных людей.
Впрочем, вопреки (а возможно, и благодаря) опасности экстремальные условия всегда манили человека. На глазах 800 млн человек в 59 странах Нил Армстронг ступил на поверхность Луны. Мы не перестаем восхищаться подвигами полярников, альпинистов и других покорителей неведомых земель. Мы заочно переживаем опасность вместе с ними, и чем сложнее им было ускользнуть от смерти, тем больше это будоражит наше воображение. Даже трагический исход вызывает мрачное упоение. Душераздирающая история об альпинисте, который погиб на склоне, отрезанный непогодой, но сумел по сотовому телефону передать последнее «прости» жене, трогает куда больше, чем гибель сотен людей от наводнения или землетрясения.
Морозные зимы, ледяная вода и испепеляющая жара сопровождали человека с древнейших времен, однако с появлением в конце XIX – начале XX в. воздушных шаров, аэропланов, подводных лодок, глубоководных погружений, развитием полярных и высокогорных исследований возникли новые опасности, борьба с которыми потребовала более глубокого изучения физиологии человека. Для представителей многих профессий (например, водолазов-глубоководников или астронавтов) риск – неотъемлемая часть работы. Другие подвергают свою жизнь опасности ради удовольствия. Мужчины – а теперь все чаще и женщины – ищут новые способы испытать себя. Нам не хватает опасности и смертельного риска в повседневной жизни, и мы добираем это на стороне, ища приключений. Вместо того чтобы валяться на пляже, многие отправляются за адреналином на горные склоны, куда не ступала нога человека, в походы по высокогорьям Анд, ныряют с аквалангом, прыгают с «тарзанкой» и летают на парапланах. То, что в наше время эти экстремальные занятия относительно безопасны, – общая заслуга физиологов, интересовавшихся возможностями человеческого организма, и смельчаков, рвавшихся расширить границы этих возможностей.
В этой книге мы рассмотрим физиологические реакции организма на экстремальные условия и попытаемся определить границы выживаемости. Вы узнаете, что случится с человеком, очутившимся в морозильной камере, провалившимся под лед или заблудившимся в пустыне. Отчего так происходит, что опытный альпинист может взойти на Эверест без кислородного оборудования, однако при разгерметизации самолета на той же высоте все пассажиры через несколько секунд потеряют сознание. Почему астронавту, вернувшемуся на Землю, трудно удержаться на ногах, и по какой причине водолазы-глубоководники страдают болезнями костей. Эти и другие загадки заставили физиологов немало поломать голову – как в буквальном, так и в переносном смысле.
Как сказал древнегреческий философ Гераклит, «война есть отец всего и царь всего». Его наблюдение как нельзя более справедливо для физиологии экстремальных условий, в которые нередко попадают военные. Относительно недавно отгремели войны на морозных Балканах, в палящем зное кувейтской пустыни и на высокогорных перевалах между Индией и Пакистаном. Многие данные о воздействии жары, холода, высоты и давления на человеческий организм были получены случайно или целенаправленно в ходе военных операций. Не стоит забывать и о том, что в космос человека привела, в первую очередь, «холодная война», а не исследования чисто научного характера.
Заслуга спорта – гуманной, в отличие от войны, формы соперничества между разными странами – в развитии интереса к работе человеческого организма тоже велика. За последние годы физиология спорта стала отдельной научной дисциплиной. Физкультурой в той или иной форме занимается каждый, хотя бы в виде редкой пробежки за отходящим автобусом. Однако даже при регулярных тренировках скорость нашего бега ограничена, а интенсивная нагрузка чревата побочными эффектами. Этот своеобразный, но тоже достаточно экстремальный вид человеческой деятельности рассматривается в главе 5.
Научные исследования физиологии человека базируются на контролируемом эксперименте. Поскольку потенциальная опасность и пределы выживаемости не всегда достаточно хорошо изучены, на начальных стадиях часто используются животные – чтобы определить характер возможной угрозы и наметить безопасные для человека пределы. Однако на конечной стадии человека заменить уже некем, поэтому физиологи часто экспериментировали – и экспериментируют – на себе. Некоторые привлекали для участия даже собственных детей. По признанию знаменитого ученого Джона Холдейна, он служил отцу подопытным кроликом с четырех лет (впрочем, это не отвратило его от науки, и он пошел по стопам отца, сделав блестящую научную карьеру в области физиологии).
Ученые неслучайно экспериментируют на себе и своих коллегах. Прочувствовать самому всегда легче, нежели пытаться понять из чужого описания. Кроме того (особенно раньше), эксперименты были опасными и непредсказуемыми, поэтому многие ученые шли на риск, предпочитая не подвергать опасности добровольцев. Да и на поиски добровольца тоже требовалось время. Профессия физиолога требовала особого мужества, а также сноровки и научной любознательности. Сидеть в тесной стальной камере, заполненной чистым кислородом под возрастающим давлением, понимая, что вот-вот начнутся судороги, которые могут оставить тебя калекой на всю жизнь, но не зная, когда именно они начнутся, – занятие не из приятных. Однако, как мы увидим в главе 2, эти эксперименты помогли обезопасить работу водолазов-глубоководников.
Люди могут по-разному реагировать на физиологический стресс, и по их поведению в привычной обстановке невозможно предугадать, как они поведут себя в экстремальных условиях: горная болезнь может сразить сурового спецназовца и не тронуть хрупкую напарницу. Поэтому приходится привлекать для участия в экспериментах как можно больше добровольцев – пусть для научного понимания физиологических процессов это не столь существенно, зато важно с точки зрения прикладных аспектов. К сожалению, опыты не всегда проводились только на добровольцах. В ряде печальных случаев участниками эксперимента люди становились и против воли. Фашисты ставили опыты на заключенных Дахау, русские (предположительно) – на военнопленных, японцы – на маньчжурах, а правительства западных стран вплоть до недавнего времени использовали осужденных преступников. Последних теоретически можно считать и добровольцами, однако выбор между приведением приговора в исполнение и освобождением при условии участия в потенциально опасном эксперименте нельзя считать свободным. Кроме того, участников иногда просто не информировали в должной степени о возможных рисках. И не во всех подобных экспериментах тестировалось влияние химических препаратов или радиации – некоторые были посвящены реакциям человека на экстремальные условия. Поэтому, как мы еще увидим, не все так гладко с физиологическими исследованиями: у них есть и обратная сторона.
Без экспериментов над людьми по-прежнему не обойтись, поскольку постоянно приходится испытывать новые типы гидрокостюмов для погружения в холодную воду, и космические скафандры тоже нуждаются в доработке. Однако теперь безопасность участников находится под строжайшим контролем и допустимые пределы воздействия, полученные как случайно, так и путем эксперимента, тщательно документируются.
Физиология как наука обладает несомненным прикладным значением, однако многими учеными (возможно, даже большинством) движет, в первую очередь, любопытство, киплинговская «шестерка слуг» – «Как и Почему, Кто, Что, Когда и Где». В итоге жизнь физиолога, как и любого естествоиспытателя, состоит из ликования и отчаяния – ликования, когда подтверждается выношенная гипотеза, и отчаяния, когда по техническим причинам проваливается эксперимент и животрепещущий вопрос остается без ответа. Первого, надо сказать, всегда не хватает, а второго чересчур много. Однако разгадать научную загадку, сложить головоломку, обнаружить неизвестный прежде факт – это невероятно захватывающе. Восторг открытия – ни с чем не сравнимое ощущение. Только ради него можно пережить бесконечные часы ожидания результатов.
Восторги кабинетных ученых способны оценить немногие, однако триумф покорителя горной вершины или гордость победителя марафона понятны почти всем. Некоторым физиологам повезло испытать радость как интеллектуальной, так и физической победы. Те, кто пытается разобраться в функционировании человеческого организма, часто сами отправляются в экстремальные условия – в горы, в морские глубины, полярные льды и даже в космос. Добытые ими знания бесценны, поскольку, как расскажет эта книга, физиология – не просто сухая наука, она может пригодиться и в повседневной жизни. В битве за выживание на грани возможного нам не обойтись без знания физиологии – «логики жизни».