Люди на пределе: какие нагрузки способен выдержать человеческий организм

Человек — это средних размеров животное, мягкое и чувствительное к боли. Попробуйте ударить по дереву, и вы рискуете сломать руку. Погрузитесь в воду с головой минут на 10, и вы почти наверняка задохнетесь. Выйдите зимой на улицу без обуви, и получите обморожение.

Согласно «правилу троек», выдержать отсутствие пищи можно около трех недель, воды — три дня, кислорода — три минуты. Однако нет правил без исключений, и во многих обстоятельствах человеческий организм проявляет настоящие сверхспособности к адаптации. Они позволяют переносить самые экстремальные испытания, какие только встречаются на Земле.

Жара и холод

Жара заставляет организм направлять кровь ближе к поверхности тела, где она охлаждается за счет испарения пота. Механизм работает весьма эффективно, и лишь в крайних случаях температура тела может подняться выше 40 °C, что приведет к развитию теплового удара. Это особенно опасно для сердца, которое перегревается и не справляется с интенсивным прокачиванием крови.

При влажности всего в 10% человек способен выжить и при температуре воздуха более 100 °C, но при высокой влажности испарение пота затруднено, и гипертермия может начаться очень быстро. Разогрев тела выше 42–43 °C в течение часа ведет к денатурации и разрушению клеточных белков: биохимия человеческого организма не приспособлена к этим температурам.

Оказавшись на морозе, тело моментально переходит в «режим энергосбережения». Чтобы замедлить потерю тепла, сосуды на поверхности резко сужаются и ток крови перенаправляется к внутренним органам. Замедляется обмен веществ, движения становятся вялыми, начинается рефлекторное дрожание: мускулы резко сокращаются, дополнительно подогревая организм.

Эти механизмы не способны поддерживать нормальный обмен веществ лишь тогда, когда температура тела падает ниже 35 °C, а смертельно опасным считается уровень ниже 28 °C. Почти остановившееся сердце больше не может снабжать мозг и тело нужным количеством кислорода, наступает оцепенение и гибель.

Известны отдельные счастливцы, которые в таких условиях впали в некоторое подобие гибернации и после спасения полностью восстановились. Но это все-таки исключение: подавляющему большинству людей для комфортного существования в течение неопределенно долгого времени необходима температура воздуха в пределах 4–35 °C при влажности 50% (чем суше вокруг, тем легче переносятся экстремальные значения).

Высота и глубина

Не лучшим образом переносит организм и пребывание на большой высоте, например в горах. Воздух у поверхности Земли содержит около 21% кислорода, на высоте его становится меньше, вплоть до критических 11% — уровня, ниже которого наступает потеря сознания.

Пониженное атмосферное давление в горах дополнительно ослабляет поступление кислорода в кровь, и на высотах более 4–5 км развивается горная болезнь. Острая гипоксия вызывает слабость и головную боль, нарушение мышления, головокружение при каждом движении. Лишь постепенная акклиматизация позволяет организму адаптироваться к нехватке кислорода, прежде всего вырабатывая дополнительный гемоглобин.

Оборотная сторона гор — море с его повышенным давлением, которое увеличивается на одну атмосферу с каждыми 10 м глубины. Клетки человеческого организма заполнены водой и компенсируют внешнее давление внутренним, что позволяет, удерживая дыхание, нырять на десятки и сотни метров. Аквалангисты же достигают и более 300 м, пользуясь специальными газовыми смесями, которые облегчают дыхание при большом давлении. Одетые в сложные костюмы водолазы работают еще глубже. Главную опасность для них представляет не глубина, а подъем.

На каждую дополнительную атмосферу кровь и другие жидкости тела поглощают около литра азота, и резкое падение давления приводит к высвобождению газа. При этом могут образоваться кипящие пузырьки, которые закупоривают сосуды и повреждают ткани. По счастью, бороться с кессонной болезнью помогает само время.

Осторожный, с долгими перерывами подъем позволяет газам выводиться постепенно, не создавая серьезных проблем. Тратя на адаптацию часы, а то и целые дни, водолазы достигают глубин вплоть до 500–600 м. Ниже их давление оказывается уже так велико, что меняет вязкость клеточных мембран. Это приводит к сбоям в работе нейронов, проявляется кратковременными потерями сознания и другими смертельно опасными симптомами, которые знакомы не только водолазам, но и летчикам.

Тяжесть и скорость

Пока люди не ступят на поверхность какой-нибудь далекой экзопланеты крупнее Земли, испытать воздействие повышенной гравитации нам не доведется. Но с ее аналогом человечество столкнулось уже в ХХ веке, в годы Первой мировой войны, когда у летчиков, совершавших особенно стремительные маневры, стали происходить внезапные отключения сознания.

По мере развития и ускорения авиации перегрузки сделались весьма актуальной проблемой, и в 1940-х их влияние на организм исследовал полковник американских ВВС Джон Стэпп. С помощью специальной тележки с реактивным двигателем десятки добровольцев подвергались резкому торможению и критическим перегрузкам, как при аварии.

Сам выступая постоянным подопытным в этих тестах, Стэпп получил несколько переломов, растерял зубные пломбы, дал классическую формулировку закона Мерфи («Все, что может пойти не так, пойдет не так»), но показал, что главные эффекты перегрузок связаны с перераспределением крови в организме.

Сердце и сосуды оказываются неспособны поддерживать нормальный кровоток. Жидкость скапливается в нижних конечностях, мозг не получает достаточно кислорода и отключается. Для нетренированного человека предел перегрузок составляет от 4 до 8 g (1 g соответствует силе тяжести Земли), приложенных в направлении от головы к ногам.

Зато перегрузки, направленные перпендикулярно оси тела, от спины к груди, переносятся значительно легче, поэтому космонавты в стартующем на орбиту корабле устраиваются на специальных горизонтальных ложементах. Теоретически человек способен выдержать такую нагрузку вплоть до 45 g, и лишь при достижении 50 g начнутся повреждения мягких тканей и внутренних органов. Многие чувствуют себя некомфортно даже при легких (в пределах 1–1,5 g) перегрузках, возникающих во время взлета пассажирского авиалайнера, однако пилоты истребителей должны выдерживать и 10 g.

Смерть

Настоящей сверхспособностью человека остается, конечно, мышление. Какими бы ни были пределы существования нашего тела, они резко расширились благодаря одежде, огню и другим технологиям, позволяющим поддерживать комфортные условия в любой некомфортной среде, от полярных снегов до ближнего космоса. Современная медицина привела к быстрому увеличению средней продолжительности жизни, которая сегодня превышает 72 года.

Стремительно растет число стариков, однако в 2016 году журнал Nature опубликовал исследование, показавшее, что максимальный возраст долгожителей вышел на плато еще в 1990-х. С тех пор он никакого прогресса не демонстрирует, колеблясь в районе 115 лет. Все это заставляет считать, что человечество достигло пределов своего срока, определяемых самим устройством нашего тела.

Впрочем, многие специалисты оспаривают такие выводы. По данным некоторых демографов, возраст «экстремальных» долгожителей продолжает расти, хотя и медленно, и к 2070-му достигнет 125 лет. Другие ученые замечают, что естественный радиационный фон, воздействию которого подвергаются все обитатели Земли, увеличивает шансы развития рака на 0,025% в год. Теоретически это накладывает еще одно ограничение на максимальную продолжительность жизни — 4000 лет, в течение которых злокачественная опухоль появится гарантированно. Однако за такой приличный срок люди со своими сверхспособностями к мышлению наверняка найдут спасение и от этой смертельной угрозы.

_{Фото: ALASKA STOCK IMAGES / LEGION-MEDIA, SPL (X3), SOLENT NEWS / LEGION-MEDIA, AP, AFP (X3) / EAST NEWS, ISTOCK, IMAGE SOURCE / LEGION-MEDIA}

_{Материал опубликован в журнале «Вокруг света» № 7, июль 2019, частично обновлен в июле 2023}