Мобилизация организма. На что способно наше тело в экстремальных условиях - Ханнс-Кристиан Гунга Страница 47

Вторая фаза началась во Франции в семидесятые годы XIX века с многочисленных лабораторных физиологических исследований, которые проводил французский естествоиспытатель Поль Бер (1833–1886) в пневматической камере. К числу самых известных физиологов, занимавшихся воздействием высоты на организм, принадлежат, помимо итальянца А. Моссо (1846–1910), английский ученый Баркрофт, немецкий физиолог Н. Цунц (1847–1920), австриец А. Дуриг (1872–1961) и Г. фон Шреттер (1870–1929). Цунц, Дуриг и фон Шреттер проводили исследования обмена веществ с помощью изощренного инструментария на большой высоте, а также в стальных камерах, из которых откачивали воздух, и на воздушных шарах. Это были первые ученые, установившие, что решающим фактором снижения работоспособности человека в условиях высокогорья становится снижение парциального давления кислорода по мере увеличения высоты, а не углекислый газ, как считали долгое время до этого. Это было принципиально новым открытием. В эти исследования внес свой вклад также англичанин Баркрофт. Его интересовали причины, по которым организм испытывает недостаток кислорода, и то, каким образом дело доходит до гипоксии – дефицита кислорода в тканях.

Сегодня нам ясно, что при слишком низком атмосферном давлении в легкие поступает недостаточно молекул кислорода – точнее, в альвеолы, в которых молекулы кислорода сквозь тонкую мембрану поступают в кровь. Этот процесс называют газообменом, так эритроциты, красные кровяные клетки, в свою очередь, отдают в альвеолы углекислый газ, который мы затем выдыхаем через легкие. Поскольку газообмен нарушается из-за снижения атмосферного давления, это состояние называют гипобарической гипоксией: гипобарической, потому что она возникает при пониженном давлении воздуха, а гипоксией, потому что имеет место недостаток кислорода во вдыхаемом воздухе. Гипобарическую гипоксию следует отличать от анемической. Эта тканевая гипоксия обусловлена не снижением атмосферного давления, а тем, что в распоряжении организма слишком мало красных кровяных клеток или каждая из них содержит слишком мало железа. Кислород, как уже было сказано, обратимо связывается с этим железом в эритроцитах и с кровотоком доставляется в соответствующие ткани. Анемическую гипоксию, в свою очередь, надо отличать от ишемической гипоксии. Гипоксия этого типа возникает при нарушении кровоснабжения тканей. Много позже был выделен и четвертый тип гипоксии, цитотоксическая гипоксия. Эта гипоксия обусловлена нарушением превращения кислорода в клетках.

Подводя итог, можно сказать, что две первые фазы высотных исследований привели к осознанию самого факта влияния воздействия больших высот на человеческий организм. Третья фаза началась после того, как были предприняты первые попытки восхождения на Эверест без использования дополнительного кислорода в баллонах. В 1924 году Эдвард Феликс Нортон (1884–1954), без дополнительного кислорода, поднялся по северному склону Эвереста на высоту 8500 м. Некоторые физиологи были убеждены в том, что без кислородной поддержки ни один человек не сможет покорить вершину Эвереста (8848 м) из-за низкого атмосферного давления. В 1978 году Месснер и Хабелер первыми опровергли это убеждение. Их успешное восхождение положило начало четвертой фазе исследований, продолжающейся по сей день. Эта фаза характеризуется проведением мобильных, высокотехнологичных научных экспедиций, таких как Американская медицинская исследовательская экспедиция на Эверест 1981 года или Экстремальный Эверест Кадвелла в 2007 году. Целью этих экспедиций был сбор физиологических данных не в базовом лагере, расположенном на небольшой высоте, а на больших высотах вблизи от вершины Эвереста. Эти исследования были дополнены другими, проведенными на станции «Пирамида» в Непале на высоте более 5000 м и на станции «Конкордия» на ледовом куполе Чарли в Антарктиде. Ледовый купол Чарли с 2005 года – франко-итальянская научно-исследовательская станция. Он находится на высоте 3200 м на бесструктурном полярном плато в Восточной Антарктиде и удален от ближайшего побережья на 1000 км. Купол Чарли можно причислить к самым глухим и отдаленным местам на Земле. Во время полярной ночи человек здесь остается наедине с большой высотой, экстремальным холодом и сухостью. Изоляция и стесненность в этой глуши делают станцию любимым учреждением не только для гляциологов, которых интересует история и будущее антарктического льда, и метеорологов, но также и для физиологов, которые могут там месяцами изучать влияние полной и длительной изоляции на организм человека; такие исследования интересны с точки зрения планируемых полетов на Луну и Марс.

В физиологической литературе данные о том, как обозначать высотность, немногочисленны и разнятся. В целом считается, что высоты до 2500 м следует считать средними, от 2500 до 5300 м – большими, а выше 5300 м – экстремальными. Согласно International Standard Atmosphere (Международная стандартная атмосфера, МСА), давление воздуха на уровне моря составляет 1013 миллибар, что соответствует одной атмосфере. Что касается химического состава земной атмосферы, то, как мы видели в первой главе, наша Земля произвела в ней некоторые существенные изменения. Сегодня атмосфера состоит преимущественно из азота (около 78 %) и кислорода (около 21 %); небольшой остаток делят между собой аргон (0,9 %) и двуокись углерода (0,3 %). Такой состав остается относительно постоянным до высоты 100 км. Эту область называют термосферой, поскольку здесь в пограничной зоне, переходной к космическому пространству, температура воздуха резко повышается. Его плотность, давление и влажность при приближении к космосу, напротив, экспоненциально уменьшаются. Воздушное пространство до высоты 12 км называют тропосферой, затем следует стратосфера, где располагается столь важный для нас озоновый слой, который защищает нас от интенсивного ультрафиолетового излучения. Далее стратосфера примыкает к мезосфере, которая простирается до высоты 80 км. Так как по мере увеличения высоты в атмосфере остается меньше газов, способных поглощать ультрафиолетовое излучение, значения его возрастают в тропосфере приблизительно на 7 % с каждой 1000 м высоты.

Натан Цунц первым понял, что для различных высотных регионов всего мира и для каждой части специфических локальных высот надо учитывать климатические поправочные факторы, чтобы определять фактические барометрические условия из-за общих физических изменений, таких как температура. Цунц включил такие параметры, как среднее значение высоты местоположения, средняя температура и высота столба воздуха, а также разность давления в долине и на высоте, в свою знаменитую барометрическую формулу. Когда речь идет о том, может ли человек забраться на вершину Эвереста (8848 м) без дополнительного источника кислорода, незначительные поправки величины международной стандартной атмосферы, вычисляемые по формуле, предложенной Цунцем, приобретают решающее значение. Согласно МСА, на вершине Эвереста следует ожидать давление воздуха 236 мм рт. ст., а по формуле Цунца – 269 мм рт. ст. Эта разница может показаться незначительной, но на самом деле она позволяет уменьшить эффективное значение высоты Эвереста на 400 м; только благодаря этому феномену Мессмеру и Хабелеру удалось добраться до вершины без использования дополнительных источников кислорода. Если бы гора Эверест находилась на Северном или Южном полюсе, ее невозможно было бы покорить без дополнительного кислорода, так как в этих областях парциальное давление кислорода заметно