Пределы выживаемости человека
Все мы слышали эпические истории о людях, переживших попадание пули в голову, выживших после падения с 10-го этажа, или месяцами скитавшихся в море. Но достаточно поместить человека в любое место известной вселенной за исключением тонкого слоя пространства, простирающегося на пару миль над уровнем моря на Земле, или под ним, и гибель человека неминуема. Каким бы прочным и эластичным не казалось бы наше тело в некоторых ситуациях, в контексте космоса в целом, оно пугающе хрупко.
Многие границы, в рамках которых средний человек способен выжить, определены достаточно хорошо. Примером является известное "правило троек", определяющее, как долго мы способны обходиться без воздуха, воды и пищи (примерно, три минуты, три дня, и три недели, соответственно). Другие пределы более спорны, поскольку люди очень редко проверяют их (или не проверяют вовсе). Например, как долго вы можете бодрствовать, прежде чем умрете? На какую высоту вы можете подняться, до того, как задохнетесь? Какое ускорение способно выдержать ваше тело, прежде чем разорвется на части?
Определить границы, в рамках которых мы живем, помогли определить эксперименты, проводившиеся в течение десятилетий. Некоторые из них были целенаправленными, некоторые - случайными.
Как долго мы можем оставаться в бодрствующем состоянии?
Известно, что летчики ВВС, после трех-четырех дней бодрствования впадали в настолько неуправляемое состояние, что разбивали свои самолеты (засыпая за штурвалом). Даже одна ночь без сна влияет на способности водителя так же, как и опьянение. Абсолютный предел добровольного сопротивления сну, составляет 264 часа (около 11 дней). Этот рекорд установил 17-летний Рэнди Гарднер, для ярмарки научных проектов учащихся старших классов в 1965 году. Перед тем, как он заснул в 11-й день, он, фактически представляя собой растение с открытыми глазами.
Но через какое время он бы умер?
В июне этого года 26-летнй китаец умер через 11 дней, проведенных без сна в попытке просмотреть все игры Европейского Чемпионата. При этом он потреблял алкоголь и курил, что затрудняет точно установить причину смерти. Но только по причине недостатка сна, определенно, не умер ни один человек. И по очевидным этическим причинам ученые не могут определить этот срок в лабораторных условиях.
Но они смогли сделать это на крысах. В 1999 году исследователи сна из Университета Чикаго поместили крыс на вращающийся диск, расположенный над бассейном с водой. Они непрерывно записывали поведение крыс при помощи компьютерной программы, способной распознать наступление сна. Когда крыса начинала засыпать, диск неожиданно поворачивался, пробуждая ее, отбрасывая ее к стенке и угрожая сбросить ее в воду. Крысы, как правило, умирали через две недели такого обращения. Перед смертью грызуны демонстрировали симптомы гиперметаболизма, состояния, в котором скорость метаболизма организма в состоянии покоя увеличивается настолько, что сжигаются все излишние калории, даже при полной неподвижности тела. Гиперметаболизм ассоциируется с недостатком сна.
Как много радиации мы способны выдержать?
Радиация представляет собой долговременную опасность, так как она вызывает мутации ДНК, меняя генетический код таким образом, что это приводит к раковому росту клеток. Но какая доза радиации убьет вас немедленно? По словам Питера Каракаппа, инженера-ядерщика и специалиста по радиационной безопасности в Политехническом Институте Ренслера, доза в 5-6 зивертов (Sv) в течение нескольких минут разрушит слишком много клеток, чтобы организм смог с этим справиться. "Чем дольше период накопления дозы, тем выше шансы на выживание, так как организм в это время пытается провести самовосстановление", - пояснил Каракаппа.
Для сравнения, некоторые рабочие на японской атомной электростанции Фукусима получили от 0.4 до 1 Sv радиации в течение часа, во время противостояния аварии в марте прошлого года. Хотя они и выжили, риск заболевания раком у них значительно повышен, говорят ученые.
Даже если удастся избежать аварий на АЭС и взрывов сверхновых, естественный радиационный фон на Земле (от таких источников, как уран в почве, космические лучи и медицинские устройства) увеличивают наши шансы заболеть раком в любой год на 0.025 процента, говорит Каракаппа. Это устанавливает несколько странный предел продолжительности жизни человека.
"Средний человек... получая среднюю дозу фоновой радиации каждый год в течение 4000 лет, в отсутствии других факторов, неизбежно получит рак, вызванный радиацией", - говорит Каракаппа. Другими словами, даже если мы сможем победить все болезни, и отключить генетические команды, которые управляют процессом старения, мы все равно не будем жить более 4000 лет.
Какое ускорение мы можем выдержать?
Грудная клетка защищает наше сердце от сильных ударов, но она не является надежной защитой от рывков, которые стали сегодня возможны благодаря развитию технологии. Какое ускорение способен выдержать этот наш орган?
НАСА и военные исследователи проведи ряд испытаний в попытке ответить на этот вопрос. Целью этих испытаний была безопасность конструкций космических и воздушных летательных аппаратов. (Мы же не хотим, чтобы астронавты теряли сознание при взлете ракеты.) Горизонтальное ускорение - рывок в бок - оказывает отрицательное влияние на наши внутренности, из-за асимметричности воздействующих сил. Согласно недавно опубликованной в журнале "Popular Science" статье, горизонтальное ускорение величиной в 14 g способно оторвать наши органы друг от друга. Ускорение вдоль тела в направлении головы может сместить всю кровь к ногам. Такое вертикальное ускорение величиной от 4 до 8 g лишит вас сознания. (1 g - это та сила тяжести, которую мы ощущаем на земной поверхности, в 14 g - эта сила тяжести на планете, в 14 раз массивнее нашей.)
Ускорение, направленное вперед или назад, является наиболее благоприятным для тела, так как при этом и голова и сердце ускоряются одинаково. Проведенные военными в 1940-х и в 1950-х годах эксперименты по "торможению человека" (в которые, в сущности, использовались ракетные салазки, двигающиеся по всей базе ВВС "Edwards" в Калифорнии), показали, что мы можем тормозить с ускорением 45 g, и при этом остаться в живых, чтобы рассказать об этом. При таком торможении, двигаясь со скоростью выше 1000 км в час, вы можете остановиться за доли секунды, проехав несколько сотен футов. При торможении в 50 g, мы, по оценкам специалистов, мы, вероятно, превратимся в мешок с отдельными органами.
Какие изменения окружающей среды мы способны выдержать?
Разные люди способны выдержать различные изменения привычных атмосферных условий, независимо от того, будь то изменение температуры, давления, или содержания кислорода в воздухе. Пределы выживания также связаны с тем, насколько медленно происходят изменения окружающей среды, поскольку наш организм способен постепенно настраивать потребление кислорода, и изменять метаболизм в ответ на экстремальные условия. Но, тем не менее, можно приблизительно оценить, что мы способны выдержать.
Большинство людей начинает страдать от перегрева через 10 минут нахождения в крайне влажной и жаркой среде (60 градусов по Цельсию). Установить границы смерти от охлаждения сложнее. Человек обычно умирает, когда температура его тела падает до 21 градуса по Цельсию. Но сколько времени для этого требуется, зависит от того, насколько человек "привычен к холоду", и проявился ли загадочная, латентная форма "зимней спячки", которая, как известно, иногда имеет место.
Границы выживания гораздо лучше установлены для долговременного комфорта. По данным отчета НАСА за 1958 год, люди могут неопределенного долго жить в окружающей среде, температура которой находится в пределах от 4 до 35 градусов по Цельсию, при условии, что последняя температура приходится на относительную влажность не более 50 процентов. При меньшей влажности максимальная температура увеличивается, так как меньшее количество влаги в воздухе облегчает процесс потения, и тем самым, охлаждения тела.
Как можно судить из научно-фантастических фильмов, в которых шлем астронавта открывается вне космического корабля, мы не способны долго продержаться при очень низких уровнях давления или кислорода. При нормальном атмосферном давлении, воздух содержит 21 процент кислорода. Мы умрем от удушья, если концентрация кислорода опустится ниже 11 процентов. Слишком большая концентрация кислорода также убивает, постепенно вызывая воспаление легких в течение нескольких дней.
Мы теряем сознание, когда давление падает ниже 57 процентов атмосферного давления, что соответствует подъему на высоту 4500 метра. Альпинисты способны подниматься на более высокие горы, поскольку их организм постепенно приспосабливается к снижению количества кислорода, но никто не сможет прожить достаточно долго без кислородных баллонов на высоте более 7900 метров.
Это около 8 километров вверх. А до границы известной вселенной остается еще почти 46 миллиардов световых лет.
Наталия Волховер (Natalie Wolchover)
"Маленьките загадки жизни" ( Life's Little Mysteries)
август 2012
Перевод: Гусев Александр Владимирович
