Extremes. На пределе. Границы возможностей человеческого организма - Кевин Фонг

С ионами и энергией внутри организма происходит примерно то же. Затратив некое количество энергии на создание искусственного неравновесия (в случае с организмом — закачав ионы туда, где они не хотят находиться), а потом собирая и накапливая ее по мере того, как система станет возвращаться в состояние равновесия, энергию можно сохранять для дальнейшего использования.

В окружающей природе мы видим такое каждый день. Возьмем погоду: ветры — потоки воздуха — дуют из зон высокого давления туда, где давление низкое. Так проявляется неравномерность (разность давления) и естественная тенденция к сглаживанию этой разницы. И как энергию возникающего ветра можно использовать и преобразовывать с помощью турбин, точно так же организм человека может использовать ионный поток, проходящий через мембрану.

Итак, ионный поток и использующая его тонкая, совершенная система — все то, что делает возможным сложные жизненные процессы и благодаря чему целое не равняется сумме составляющих его частей (в данном случае целое по имени Роберт Скотт), — работало вхолостую.

Студентом я не понимал ни красоты, ни важности всей этой биохимии. Норовил спрятаться на заднем ряду, подальше от доски с заумными символами и уравнениями. Помню, дремлю я тихонько, пока преподаватель биохимии пытается растолковать нам все хитросплетения клеточных процессов и поведать про молекулярные насосы, переносящие ионы через клеточные мембраны, создавая ту самую жизненно необходимую неравномерность. В стенах лекционной аудитории эти химические события казались эзотерическим знанием, имеющим лишь смутное отношение к таким вещам, как медицина и жизнь. Для меня, астрофизика-переучки, они стояли лишь на четвертом месте в ряду приоритетов — после анатомии, общей физиологии и желания выспаться.

Потребовались годы работы в медицине, чтобы оценить по достоинству эти незаметные процессы, позволяющие биологическим системам запасать и высвобождать энергию. Каждая из этих биохимических мини-фабрик в отдельности вроде бы не имеет ничего общего с чудом жизни, однако в совокупности они и есть жизнь. Они — это всё, что мы делаем, они и есть мы.

Итак, повторюсь: за свою сложность организм человека вынужден платить. Ради того чтобы все колесики вертелись исправно, приходится тратить энергию и гнать ионы туда, где им быть вовсе не хочется. Когда эта цена становится для организма непосильной, простота вновь вступает в свои права. В данном случае простота — синоним смерти.

***

Мир за пределами палатки враждебен сложности Скотта. И дело не только в стуже, что способна заморозить живую плоть за считанные секунды. А прежде всего в сухости. Бескрайние ледяные поля хранят огромные запасы замороженной воды, но за год здесь выпадает меньше сантиметра осадков в виде дождя. Так что шельфовый ледник Росса можно с полным основанием назвать пустыней. Другая проблема — высотность. Антарктида — самый высокий континент, она возвышается над уровнем моря в среднем на три с лишним километра. На такой высоте, где сейчас находится Скотт, любое физическое усилие дается с большим трудом даже тем, кто адаптировался к местным климатическим условиям. Не забудем и про беспощадные антарктические ветры. Одним словом, Антарктида — континент экстремальных условий: самый холодный, самый высотный, самый сухой. Из-за сурового климата ее всегда, за исключением последних ста лет человеческой истории, считали абсолютно непригодной для жилья.

Но нам, как ни печально, сейчас важно разобраться, как реагирует организм Скотта на резкое понижение температуры, потому что понимание этого процесса — ключ к невероятным успехам будущих медицинских технологий.

По мере того как температура тела Скотта падает, насосы, качающие ионы через клеточные мембраны, медленно, но верно замедляют работу и наконец останавливаются. Если не хватает энергии — обычно организм получает ее из пищи и сжигает в огне кислорода, которым мы дышим, — насосы замедляют темп, а потом и вовсе встают. Это приводит к выравниванию разности потенциалов по обе стороны клеточной мембраны. Вот с этой простой симметрии и начинается умирание.

Но Скотт еще не готов к смерти. Организм, невзирая на критическую ситуацию, упорно борется за каждый миг, цепляется за любой шанс, позволяющий выжить. Скотт чувствует, как тепло уходит из остывающих рук. Сужаются сосуды, несущие горячую кровь к конечностям, доставляющие ее к поверхности кожи и впустую отдающие тепло в воздух. Волоски на теле встают дыбом в тщетной попытке удержать тоненькую прослойку теплого воздуха. И то и другое — усилия, предпринимаемые организмом, чтобы уменьшить потери тепла. К сожалению, в условиях Антарктики эти физиологические меры практически ничего не дают.

Проходит время, и Скотта начинает бить неукротимая дрожь. При этом выделяется тепло, замедляя процесс остывания. Эта дрожь совсем не похожа на ту, что нападает на нас зимой на автобусной остановке. У Скотта вибрирует и сотрясается каждая мышца, вырабатывая тепло и жадно поглощая жиры и углеводы. Этот озноб — последняя лихорадочная попытка организма победить смерть — уже сам по себе демонстрирует физическую стойкость живого существа. Задействовав 40% всех ресурсов организма, эта дрожь будет продолжаться, пока не кончится топливо. Но сколь бы сильной она ни была, это лишь способ отсрочить неизбежное в надежде, что условия среды изменятся: сама по себе она проблему не решает.

Процесс продолжается, и гипотермия затрагивает мозг Скотта — в этом состоянии человек делается раздражительным, ему начинает отказывать логика. Когда у организма иссякают последние запасы топлива, озноб прекращается — передышка, которая лишь ускоряет остывание. Скотт сейчас находится на пределе возможностей, будто марафонец на финише. Он израсходовал все ресурсы. И по мере того как падает электрическая активность мозга, Скотта охватывает милосердное подобие сна. Он соскальзывает в кому задолго до того, как перестают действовать каналы клеточных мембран сердечной мышцы, стражи электрической стабильности этого важнейшего органа. Какое-то время сердце еще, вероятно, будет биться в лихорадочном, рваном ритме фибрилляции, содрогаться яростно и бессистемно, словно мешок со змеями. Потом наступит остановка.

Как только сердце перестает биться, организм охватывает кислородное голодание. Но при столь низких температурах скорость гибели клеток резко падает. Сотни секунд, в течение которых обычно умирает мозг, и когда все еще можно вернуть, растягиваются на многие минуты. Этот важнейший факт, как мы увидим позже, медики в далеком будущем сумеют использовать, спасая жизни.

Но для Роберта Скотта спасения нет. Секунды становятся минутами, минуты — часами. Скотт, совсем недавно — пылающая искра жизни на замерзших просторах Антарктики, теперь не отличается по уровню энергии от окружающего льда и снега.

***

Подобно всем живым существам, мы противостоим законам, которые правят неодушевленными предметами, дабы не допустить устойчивого равновесия между собой и окружающим физическим миром. Феномен жизни задает уровень сложности, немыслимый где-либо еще во Вселенной: он позволяет каждому существу расти, адаптироваться к изменениям, размножаться, а нам, людям, дарует разум и самосознание. Стоит подчеркнуть: сколь бы прекрасными и загадочными ни казались сверхновые и нейтронные звезды, наш мозг устроен куда сложнее и непостижимее. От неодушевленной материи нас отличает способность противостоять энтропии, ускользать от власти термодинамики, норовящей свести нас к более простому уровню неживой природы. За последние десятилетия мы, человечество, добились еще бóльших успехов, сумев расширить границы возможностей для жизни. Трагическая кончина Роберта Скотта указала направление столетию, последовавшему за гибелью обреченной экспедиции.