Вокруг Света 2006 №03

Экстремальный фактор

По бегущей дорожке скорым шагом идет мужчина. На нем общезащитный костюм, весь усеянный датчиками, от лицевой маски тянется длинный шланг к дыхательному аппарату. Термометр в помещении указывает на отметку 40 градусов выше нуля. Человеку, должно быть, тяжело двигаться, лицо залито потом, но вытереть нельзя — мешает шлем. Из-за стекла за действиями страдальца внимательно наблюдает другой человек — в белом халате, он проверяет показания датчиков на теле и оценивает физиологические параметры.

Дело происходит во французском городе Гренобле, в лаборатории Исследовательского центра департамента здравоохранения Вооруженных сил (CRSSA), где изучают один из самых загадочных объектов науки — человеческий фактор. Вряд ли стоит объяснять, сколь много в нашей жизни зависит от этого пресловутого фактора, однако его действие в экстремальных условиях, когда нервы человека напряжены, а силы на исходе, до сих пор не описано детально. Значит, надо исследовать в первую очередь эти условия и реакцию на них организма. В «лаборатории человеческого фактора» специальные аппараты воссоздают пограничные условия, при которых человек может жить: жару, холод, низкое атмосферное давление и пр. С их помощью добровольцев подвергают различным физическим и психологическим испытаниям, вызывающим головокружение, слабость, затрудненные реакции. Здесь испытуемого доводят до самых крайних пределов, за которыми он перестает продуктивно работать, начинает совершать ошибки и становится неадекватным к ситуации, в которой от него требуется быстро справляться с различными проблемами. Впрочем, во Франции пределы эти строго очерчены законом о защите личности в биомедицинских исследованиях, и преступать их нельзя. Военные медики из Гренобля стараются лишь нащупать последнюю черту, за которой ресурсы человеческого организма будут исчерпаны.

Результаты подобных исследований важны для многих областей нашей деятельности: от армии до спорта — везде, где люди работают в условиях стресса, где требуется высокая концентрация внимания и быстрота мышления. Малейшая оплошность, слабость, потеря контроля — и за ошибку придется заплатить слишком дорого. Роль человеческого фактора трудно переоценить, и хорошо бы знать, как он действует и как им управлять.

Воспитание жарой…

Мучения человека, с которого начался наш репортаж, происходят в термо-климатической камере Центра, где созданы условия пустыни, чтобы изучать приспособляемость организма к жаре, а общезащитный костюм нужен, чтобы действие жары усилить, как это будет происходить при настоящих боевых действиях. Тяжело одетого, запертого в душной камере испытуемого заставляют активно двигаться: ходить по движущейся дорожке или крутить педали велотренажера. Не до потери сознания, конечно, — ученые строго следят за состоянием человека и прекращают опыт после нескольких часов тренировок. Их цель — изучить реакции тела на высокую температуру воздуха, проверить физиологические и биологические параметры, а также испытать термические свойства костюма, который не должен затруднять дыхание. Хорошее дыхание — это важнейшее условие нормального состояния организма. Оно его остужает и помогает выстоять в условиях жары. В то же время может привести и к обезвоживанию, которое наступает при потерях воды более 4% от веса тела, — после этого физические и интеллектуальные способности человека резко падают. Эти исследования находятся еще в самом начале, они рассчитаны на многократные эксперименты, а обработка полученных данных займет несколько лет.

…Высотой и холодом

Другая ситуация, где человеческий фактор может проявляться негативно, связана с холодом и быстрой сменой давления. Так происходит, например, при высокогорных восхождениях. Для изучения горной болезни ученые CRSSA применяют оборудованную мощной турбиной гипобарическую камеру, аналогичную той, что используют для лечения кессонной болезни ныряльщиков. В ней можно создавать различные сочетания давления, температуры и ветра. Наиболее суровые опыты по изучению последствий горной болезни проходят в условиях, соответствующих высочайшим вершинам (8 км), где температура воздуха опускается ниже –40°C, а скорость ветра достигает 25 м/сек.

Одна из причин горной болезни — кислородное голодание, или гипоксия. Вследствие снижения атмосферного давления уменьшается не процентное содержание кислорода в воздухе (как многие часто полагают), а его парциальное давление — из-за чего кислород медленнее, чем обычно, доставляется к тканям организма. Здесь в первую очередь страдает головной мозг. Симптомы гипоксии проявляются начиная с высоты 1 500 м. На высоте 3 000 м организм еще борется с недомоганием и старается улучшить снабжение тканей кислородом, включая разные компенсаторные механизмы. Выше 3 500 метров физиологические процессы ухудшаются, так как организм уже не способен утолить жажду кислорода, появляются тошнота, головокружение, ухудшение памяти и странное поведение. Один из методов борьбы с болезнью — постепенная акклиматизация на высоте. Например, альпинисты, намереваясь покорить гималайскую вершину, встают лагерем на несколько недель на высоте между 5 000 и 7 000 м и только потом идут на штурм пика. Центр в Гренобле предоставляет скалолазам возможность в лабораторных условиях привыкнуть к высоте и отсрочить появление болезни во время экспедиции. Согласно разработанной методике скалолазы проходят несколько высокогорных сеансов в гипобарической камере, постепенно увеличивая время пребывания внутри. По результатам этих опытов ученые сделали любопытное открытие. Оказывается, молодой организм не всегда сопротивляется враждебным условиям лучше, чем стареющий.

Еще одна тема исследования — изучение неподвижного человека в условиях холода, то есть тех состояний, что обычно бывают у пострадавших людей во время транспортировки зимой или в горах. Полураздетый испытатель лежит в камере при температуре +1°C в течение двух часов. Затем врач осматривает его, проверяет сердцебиение, температуру тела и анализирует поведенческие реакции. Когда организм замерзает, наши внутренние органы не остаются в стороне, они противодействуют по мере сил, сжигая больше калорий и добавляя тем самым тепла, чтобы поддерживать внутреннюю температуру тела на уровне 36,6°. Если калорий не хватает, то тело остывает— наступает гипотермия. А температура тела ниже 35°C быстро приводит к гибели. Но как показали эксперименты, есть люди, которые иначе реагируют на холод: их организм приспосабливается, снижая температуру тела до 35°C без риска для жизни.

…Шумом и контактом

Информационное перенасыщение, столь актуальное в наше время, опасно тем, что вызывает дезориентацию личности и снижение работоспособности. Реакции организма на стресс такого рода пока почти не изучены. Большие потоки звуков и образов от разных источников, сложные пространственные перемещения, ускорение — все это причиняет вред нервной системе и вызывает изменения сознания. В таких условиях обычно находятся летчики и гонщики, их состояние легче изучать при помощи особого симулятора вождения, который создает иллюзию того, что испытуемый находится в реальной ситуации за рулем автомобиля или самолета. На самом деле он полностью погружен в искусственные условия, где его органы чувств подвергают противоречивым и бессвязным воздействиям, а тело заставляют пребывать в неестественных позах. Через какое-то время человек начинает испытывать недомогание, известное как «тренажерная болезнь», сопровождаемая головокружением, тошнотой, слабостью. В этом исследовании пока больше вопросов, чем ответов: как в условиях подобного стресса человек различает, где реальность, а где иллюзия, и различает ли вообще? Как можно побороть болезнь, вызываемую одновременным воздействием разных факторов? И как при этом изменяется работоспособность? К информационному шуму относят не только звуки, но и непосредственные прикосновения к телу. Осязание может сослужить нам плохую службу в условиях стресса, давая мозгу неправильные сигналы, — это приведет к потере ориентации и ошибочным действиям. А осознание своего тела и умение отвечать на его сигналы ученые считают особым феноменом и называют соместезией, изучать которую невероятно трудно. Моделирование экстремальных ситуаций, усиливающих соместезию, проходит в специальном устройстве, которое фиксирует малейшие изменения пространственной ориентации человека. На глаза добровольца надевают темную маску и помещают его на движущуюcя платформу закованным в жесткий каркас. Ситуация вполне реальная: так поднимают раненых на тросе в вертолет. Конструкция предназначена для того, чтобы изменить ориентацию тела в пространстве и сбить человека с толку. Во время опыта испытуемый должен определить характер своего смещения, попытаться сдвинуться в заданном направлении. Еще один оригинальный тест на изучение ориентации в пространстве проходит в центрифуге, которая вращается на различных скоростях, временами достигая довольно больших перегрузок. При этом раздражается внутреннее ухо человека, отвечающее за чувство равновесия. Испытуемый старается перемещать различные объекты в заданное место, но поскольку центрифуга часто меняет скорость вращения, то занятие это оказывается нелегким — подводит собственное зрение. Через мозг оно получает неверные команды от внутреннего уха. Так выяснили, что этот орган — не абсолютный сенсор гравитации, а соместезия, напротив, играет ключевую роль в пространственной ориентации.

Когда край приходит

На что способен человеческий организм в крайних ситуациях? Этим вопросом наука занимается давно. Проще и гуманнее наблюдать спортсменов, нагрузки которых обычно выше того, что может вынести нетренированный индивид. Еще античные медики изучали анатомию человека на гладиаторах и тем самым положили начало спортивной физиологии. Ее расцвет пришелся на конец XIX века, к тому времени технический прогресс позволял расширить область исследований, и медицинские экспедиции потянулись в горы, пустыни, во льды. В 1888 году в Европе придумали аппарат, который позволил бы ученым получать данные о дыхании непосредственно во время восхождения альпинистов, при этом добровольцы должны были тащить на себе 7-килограммовый газометр. Ученых интересовало в первую очередь, как тело реагирует на экстремальные условия, как изменяются биохимические параметры крови, дыхания, и главное — как происходит адаптация организма. Может ли человек привыкнуть к холоду, жаре или низкому атмосферному давлению и каковы жизненные пределы? Направление, получившее название environmental physiology, или физиология природных адаптаций, несло в себе большой потенциал, особенно для военной отрасли, и его стали развивать во всем мире.

Одним из пионеров в США здесь стал Гарвардский университет, где в 1927 году создали лабораторию по изучению феномена усталости. Оборудованная климатическими комнатами лаборатория позволяла создавать различные условия окружающей среды и проводить опыты с добровольцами. Но основателю проекта Дэвиду Брюсу Диллу стены офиса «давили на плечи», и он организовывал высокогорные экспедиции. Так, в 1935 году медики отправились в Чилийские Анды, где проводили наблюдения на высоте более 6 км.

К началу Второй мировой войны физиология природных адаптаций была еще очень молодой наукой. В Европе существовало несколько групп, собиравших первичные данные, и Германия во многом лидировала. В войну исследования продолжались с удвоенной силой, тем более что испытуемых было много — в концлагерях. Немецкие врачи активно изучали гипотермию, надеясь повысить боеспособность армии в условиях восточноевропейских морозов. Жестокие эксперименты проводили на людях, испытывая организм на выживаемость в ледяной или горячей воде, под раскаленной лампой. Задействовали и декомпрессионную камеру. Так установили причину возникающей во время кессонной болезни слабости — ее вызывали пузырьки воздуха, образующиеся в кровеносных сосудах мозга. В 1942 году на одной из научных конференций результаты наблюдений доложил доктор Зигмунд Рашер.

После войны эксперименты на людях поставили под жесткий контроль, и хотя физиологические исследования проводят сотни лабораторий по всему миру, им не рекомендуется использовать результаты нацистской медицины. Моральная проблема весьма остра, ведь несмотря на бесчеловечность опытов, их данные помогли бы восполнить значительные пробелы в современных исследованиях. Как восстановить сильно замерзшего человека, температура тела которого снизилась до 35°C? Прямые опыты ставить нельзя, а обмороженных больных надо в первую очередь лечить, а не изучать. Единственными, кто проводил систематические опыты по гипотермии, были нацисты в Дахау. Например, сейчас их температурные кривые выживаемости в ледяной воде намерены использовать ученые из Канады, чтобы усовершенствовать спасательные костюмы на рыболовецких судах.

И все же XX век, и особенно его последние 30 лет, оказался временем прорыва в биомедицинских исследованиях, в том числе открытий новых лекарств. Такой рывок стал возможен только при исследованиях на людях. Часто ученые даже не ставят прямые опыты, а проводят наблюдения в естественных условиях. Много информации по большим физическим нагрузкам в высокогорье дали работы во время Олимпийских игр в Мехико в 1968 году (2 240 м над уровнем моря). О пребывании человека в космосе накоплен огромный опыт в Институте медико-биологических проблем в Москве. Лаборатории этого института оборудованы климатическими камерами, что позволяет также тренировать космонавтов, летчиков и спортсменов. А специалисты из глубоководного комплекса разработали уникальную методику восстановления больных кессонной болезнью.

Татьяна Пичугина