Книга: Чем мир держится?

Без тяжести

Без тяжести

Слова «антигравитация», «антигравитационный» долгое время казались выходцами из фантастики.

А между тем биологи уверенно говорят и об антигравитационных мышцах и даже об антигравитационной функции организма. Мы буквально на каждом шагу только тем и занимаемся, что преодолеваем земное тяготение. Кровь в наших жилах притягивается Землей, и понятно, что есть в организмах человека и животных специальные механизмы, обеспечивающие, чтобы кровь более или менее равномерно распределялась по нашему телу.

Есть знаменитая древняя формула: лучше сидеть, чем стоять, лучше лежать, чем сидеть. Физиологический смысл этого изречения может быть отнесен при желании к снабжению организма кровью. Ведь когда лежащий человек встает или стоящий ложится, он коренным образом изменяет положение своего тела в поле земного тяготения. Как все мы знаем из школьных учебников, в легких человека находятся особые пузырьки — альвеолы, через их стенки кислород воздуха проникает в кровь. Легкие тут — базы снабжения кислородом, артерии — дороги, кровь — транспорт для кислорода. Так вот, в верхние отделы легких крови поступает меньше, чем в нижние, причем к примерно одной десятой всех альвеол стоящего человека кровь за кислородом вообще не является. И это связано только с тем, что в распределении крови по легким важную роль играет гравитация. Доказать эту связь, между прочим, оказалось очень легко. Достаточно было в эксперименте на несколько минут перевернуть добровольца-испытуемого вниз головой, чтобы его верхние и нижние отделы легких поменялись местами не только буквально, но и по степени обеспечения их кровью.

У лежащего на спине человека легкие заполняются кровью более равномерно. Здесь явно налицо некая недоработка со стороны организма — работаем-то мы стоя или сидя, но не лежа. Значит, как раз лежачему человеку нужно меньше энергии, для выработки которой требуется кислород, между тем в положении лежа, выходит, дыхание эффективнее. Что же, организм нашел пути для выправления такой ситуации. Жизненная емкость легких у сидящего человека больше, чем у лежащего, и еще больше она у стоящего. Уровень обмена энергии у человека при стоянии на десять — восемнадцать процентов больше, чем когда он лежит на спине.

Г. С. Белкания, автор одной из статей в журнале «Космическая биология и авиакосмическая медицина», отмечает, что изменения дыхания при перемене положения в пространстве направлены на «компенсацию первичных механических эффектов гравитации и обеспечение повышенных энергетических потребностей».

В общем, конечно, нельзя сказать, чтобы такие результаты, полученные в точных экспериментах, были совсем уж неожиданными. Ученые понимали, что организм человека должен находить пути приспособления к действию своей постоянной спутницы — силы тяжести. Опыты такого рода продолжаются. И пишут о них журналы, освещающие самую передовую линию нашей науки, рассказывающие о исследованиях, связанных с прорывом человечества в космос. Дело в том, что взаимоотношения организма человека с полем земного тяготения оказались гораздо более сложными и многообразными, чем это представлялось еще недавно. И ключ к выяснению этих взаимоотношений был дан той самой невесомостью, которая поставила перед космической медициной столько серьезных проблем.

Недавно писатель — популяризатор науки и публицист Ярослав Голованов опубликовал в «Новом мире» великолепную статью «Архитектор в мире, где яблоки не падают». Он рассматривает в ней перспективы строительства и архитектуры и новые принципы оборудования жилища в условиях невесомости.

Можно жить на «потолке» с теми же удобствами, что и на полу, несравненно шире использовать площадь «боковых стен» комнат. Отпадает необходимость в сиденьях. Шар, идеальная геометрическая фигура, оказывается куда удобнее, чем привычные землянам параллелепипеды. А сколько возможностей сулит архитектору невозможная, неслыханная на Земле свобода от силы тяжести! И все же сам Голованов делает неизбежную оговорку о том, что весь новый мир «эфирных поселений» в невесомости станет реальностью, только если будет доказана безопасность невесомости для человека.

С одной стороны, эксперименты на животных (особенно популярны сейчас у ученых в роли «космонавтов» уже не собаки, как прежде, а крысы) отчетливо показывают, что хотя организм изменяет в невесомости процессы обмена веществ, кровообращения и т. д., эти изменения обратимы. На Земле все возвращается к норме и довольно быстро. Опыт советских и американских космонавтов говорит о том же.

Но, с другой стороны, пока продолжительность космических полетов, в которых участвовали люди, составляет немногим более трех месяцев. Каков реальный срок безвредного пребывания в невесомости — мы еще нс знаем. По мнению же многих специалистов, такой реальный предельный срок должен существовать, до него не так уж далеко, и считаться с этим необходимо.

Есть опасности, которые хоть и остаются опасностями, но с сегодняшней точки зрения преодолимы относительно легко. Тренировки, тренировки и еще раз тренировки. Мышцы, во всяком случае большинство их, можно так поддерживать в работоспособном и здоровом состоянии. Хуже обстоит дело с костями скелета. Ноги несут обычно на себе тяжесть всего тела. Как вернуть им в этом отношении хотя бы ощущение нагрузки?

Стоит отметить, что обнаружена масса общих черт в том, как организм отвечает на невесомость и на неподвижность при длительном постельном режиме. У здорового человека после долгого постоянного пребывания в постели становятся менее плотными кости, что легко заметить на рентгенограмме. То же отмечалось у космонавтов после многосуточных полетов.

А доброволец, который провел в постели девять месяцев, в среднем терял каждый месяц полпроцента элемента кальция, содержащегося в его костях. Дорогая цена за изменение положения тела в пространстве и неподвижность! Хорошо еще, что когда такой доброволец возвращается к нормальному образу жизни с естественными физическими нагрузками, его здоровье восстанавливается. Восстанавливается и содержание кальция. Но в невесомости далеко не все нормальные физиологические процессы можно восстановить за счет физических тренировок, даже самых интенсивных.

Между кровью и тканями тела идет постоянный обмен веществ. Для перехода жидкости из артерий в ткани организм в значительной мере использует силу тяжести, а тканевые жидкости в кровь поступают через капилляры, такие тоненькие канальцы, что жидкость двигается в них за счет капиллярного давления, и тяжесть к этому отношения не имеет. В невесомости нормальное равновесие этих процессов нарушается. Фильтрация сильно замедляется, ткани обескровливаются, а кровь оказывается, наоборот, сильно разбавлена тканевой жидкостью. Расширяются центральные вены и предсердия, чтобы пропустить избыток крови. Организм же начинает этот избыток крови (увы, кажущийся!) удалять через почки. С жидкостью уходит из организма и кальций. Похоже, что при строгом постельном режиме в теле здорового человека происходит примерно то же, что в теле космонавта при невесомости. Ведь неподвижность, да еще в лежачем положении, даже в поле земного тяготения мешает правильному снабжению кровью всех тканей. Естественно, что тело «лежебоки поневоле» тоже теряет кальций, но теряет его гораздо медленнее.

Ученые мира разрабатывают лекарства, помогающие сохранению солевого равновесия, конструируют костюмы, в которых давление на организм должно хоть в какой-то степени заменять силу тяжести. И наконец, самое главное, радикальное решение проблемы — создание искусственной силы тяжести.

Тут есть два основных пути. Во-первых, поддерживать космический корабль в состоянии ускорения (положительного или отрицательного); но во время дальних полетов это потребует много дополнительной энергии.

Во-вторых, можно закрутить корабль вокруг некой оси так, чтобы на его внутренней поверхности возникла сила тяжести — способ, давным-давно освоенный фантастикой, но, правда, не наукой. Однако космические корабли пока относительно невелики, а угловая скорость вращения (для создания достаточной силы тяжести) должна быть довольно большой. Какие последствия это будет иметь для космонавта, который ведь почувствует, что его «вертят», — весьма неясно. Не попасть бы из огня да в полымя!

К невесомости не приспособлен и механизм снабжения органов тела кровью через артерии. Космонавт Павел Романович Попович в состоянии невесомости чувствовал время от времени, будто он висит головой вниз и вперед. «Впечатление такое, что стоишь на голове», — это рассказывал космонавт В. А. Шаталов. Все говорили о временных приливах крови к голове, видели, как у товарищей по кабине космического корабля становятся одутловатыми лица и даже морщины сильно сглаживаются. Это организм гонит кровь в голову с силой, достаточной для преодоления земного притяжения, а преодолевать-то в невесомости нечего. В голове крови слишком много, в ногах слишком мало. Вниз-то кровь обычно идет легко, а вверх ее надо гнать; в невесомости возникает прямо противоположная ситуация. Тело из нее само выйти не может, надо опять-таки искать способы ему помочь. Каким же образом?

Тут, видимо, возможны два пути — медико-биологический и технический. Пока космическая медицина не может предложить идеальные выходы «на все случаи жизни». Остается надежда на принцип эквивалентности. Достаточно заставить космический корабль двигаться с ускорением, чтобы на нем появилась тяжесть. Такое решение проблемы ставит труднейшие задачи, касающиеся двигателей, запасов энергии и многого другого, но все это задачи технические по своей сути. А их решать в конечном счете много проще, чем задачи медико-биологические, да еще касающиеся человека.

Первые ракеты, пошедшие (без человека) на Венеру и Марс, часть пути проходят без ускорения, по орбите искусственных спутников Солнца. Так же пойдут к планетам первые ракеты с людьми, если будет найден способ гарантировать безопасность и сохранение здоровья их экипажам. А не будет он найден — придется подождать кораблей, способных нести достаточный запас топлива, чтобы лететь к планетам напрямую. Но к этому же космонавтика будет стремиться и в том случае, если полеты по орбите спутника окажутся возможны по медицинским показателям. К чему же тратить на дорогу лишние месяцы и даже годы!

Вся история человечества есть в известном смысле процесс замены приспособления человека и общества к среде приспособлением среды к человеку и обществу. Космонавтика сейчас в самом начале, потому она и предъявляет такие требования к своим пилотам, потому мы и зовем — заслуженно зовем — первых завоевателей космоса героями.

Но человечеству предстоит жить в космосе, освоить его как собственный дом. А у себя дома быть героем уже необязательно.

Первым летчиком, поднимавшимся в относительно высокие слои атмосферы, приходилось приспосабливаться к дыханию разреженным воздухом; потом появились кислородные приборы, а сейчас для таких случаев употребляются специальные скафандры.

А уж если развивать это сравнение, то, как известно, эскимосы и огнеземельцы живут в весьма суровых условиях. Организм эскимоса гораздо хуже приспособился к холоду, чем организм огнеземельца, но несравненно более высокую культуру создали именно эскимосы, сумевшие поставить между собой и средой идеально отвечающие условиям одежду и жилище. Сравнение, может быть, слишком резкое. Но ведь космонавты — тоже, с определенной точки зрения, часть человечества, попадающая в экстремальные, необычные условия. А генеральный путь развития культуры в широком смысле этого слова — один.

Невесомость, возможно, должна быть оставлена для спутников-автоматов, как холод остался за стенами эскимосских жилищ.

Честь и слава медикам и биологам, ищущим сегодня пути борьбы с невесомостью, — на ближайшие десятилетия эта борьба актуальна и необходима. Но дальше…

А как быть с малой тяжестью, лунной, скажем?

Когда-то казалось, что тут самое трудное будет — научиться правильно ходить. Но «первые люди на Луне» буквально за полчаса выработали и довольно удачную походку и подходящую осанку.

А вот относительно того, долго ли человек сможет жить на Луне без вреда для себя, — уверенного ответа мы пока не имеем. Индивидуальное самочувствие-то должно быть несравненно лучше, чем в невесомости, поскольку есть ощущение верха и низа, кровь будет меньше приливать к голове и т. д. Но физиологические процессы, связанные с использованием организмом массы той же крови, пойдут гораздо медленней, чем на Земле; нагрузка на мышцы ног в шесть раз слабее.

Луняне — герои научно-фантастического романа Айзека Азимова «Сами боги» — нашли выход в спорте: «То, что для вас — развлечение, для нас — жизненная необходимость… Вы, земляне, приспосабливались к земной силе тяжести добрых триста миллионов лет— с того самого момента, как живые организмы выбрались на сушу… Наш организм… требует постоянной тренировки, чтобы функционировать нормально. И это касается таких сложных и тонких функций, как пищеварение, выделение гормонов и тому подобное».

И дальше Азимов дает блистательную картину гимнастических состязаний в шахте шириной пятнадцать метров и глубиною сто пятьдесят. «Правильное использование мускулатуры компенсирует слабое притяжение».

Но видеть в спорте панацею от всех бед не приходится. Мы ведь только прикоснулись к физиологическим явлениям, связанным с невесомостью или малой силой тяжести, а рассчитывать надо на годы и десятилетия. Луна же отличается от космического корабля, между прочим, и тем, что здесь не создашь за счет движения добавочную силу тяжести, не сыграешь на принципе эквивалентности. А мы ведь не можем ждать с ее освоением до тех пор, пока сумеем создавать искусственное гравитационное поле.

Проблем, нуждающихся в срочном решении, тут более чем достаточно.