Человек 2.0. Перезагрузка. Реальные истории о невероятных возможностях науки и человеческого организма - Адам Пиорей

Чем больше Герр возвращал себе свободу движений по вертикальной скале, тем больше его огорчали те ограничения, которые он испытывал, перемещаясь по обычной горизонтальной поверхности. И тем больше он убеждался: ему нужно хоть что-то предпринять.

«Медицинское сообщество норовило всучить мне эти приспособления и заявить: это самые лучшие, как-нибудь проживешь с ними, — говорит Герр. — Я просто не мог смириться с этим: неужели то, что они мне дают, — это лучшее из того, что мы можем произвести?»

И вот однажды вместо того, чтобы попытаться сделать ногу, более удобную для лазанья по скалам, Герр начал пытаться сделать ногу, которая не причиняла бы ему такую жуткую боль при ходьбе. Сначала он попробовал подбивать чашки протезов кожей и резиной, чтобы смягчить эту зону соприкосновения с культями. А потом Джефф Батцер, друг Герра, выживший вместе с ним после памятного восхождения на гору Вашингтон, познакомил его с протезистом и техником-ортопедом Барри Гостняном, который согласился попробовать помочь Герру развить его идеи. Вдвоем они устроили мозговой штурм. Гостнян, в свое время служивший авиамехаником во Вьетнаме, вспомнил гидравлические амортизаторы, которые использовались в самолетных шасси. «Может быть, — предположил он, — определенного рода гидравлическая подушка смягчит трение в чашке протеза?»

Осенью того же года Герр поступил в Миллерсвилльский университет — государственное учебное заведение в Центральной Пенсильвании. Раньше он всегда был посредственным учеником, получая в основном С, а иногда и D: обстановка в классе отнюдь не действовала на него вдохновляюще. Но теперь у Герра появились веские причины атаковать изучаемые предметы с такой же сосредоточенностью и интенсивностью, как и при подготовке к штурму Супертрещины. Врожденную точность работы и терпеливую стойкость, которые Герр проявил, сооружая свою гигантскую копию скалы в родительском сарае, он теперь направил на освоение математики и физики.

Ко времени окончания университета Герр уже получил совместно с Гостняном патент на чашку протеза с надувными прокладками-пузырями, призванными уменьшить болезненное натирание. Эти «подушки», сделанные из мягких и гибких полиуретановых мембран, располагались везде, где участки его культи, несущие на себе тяжесть тела, давили на выемку протеза: тем самым они смягчали воздействие этого давления на культи именно там, где это необходимо.

Между тем Герр завершил восхождение из глубин учебной апатии на впечатляющие высоты: не менее удивительный подвиг, чем его знаменитый подъем на Супертрещину. Когда-то он получал только С и D, вяло отбывая школьную повинность и мечтая о скалолазании. Теперь же он по всем предметам зарабатывал только высшую оценку — А. Мало того: в придачу к отличным отметкам и патенту Герр еще и получил приглашение в аспирантуру МТИ по специальности «Механическая инженерия».

* * *

В IV в. римский теоретик и историк военного дела Публий Флавий Вегеций Ренат подробнейшим образом описал одну из самых устрашающих боевых машин своей эпохи — катапульту. Это универсальное оружие могло выпускать по врагу снаряды различного типа и применялось для выполнения множества задач. Так, с его помощью вы могли сшибать целые легионы неприятельских воинов, словно кегли, или проламывать стены города, который вы осаждаете, или — как это очень любили делать монголы — забрасывать на площади вражеских городов заразные трупы жертв бубонной чумы, чтобы привести в ужас местных жителей.

Само это устройство представляло собой чудо тогдашней техники. Однако один из его ключевых компонентов существовал столько же, сколько существовал на Земле класс млекопитающих. Вегеций отмечает, что лучшие пружины, эти гигантские «резинки», которые использовались в таких боевых машинах для выбрасывания в воздух смертоносных снарядов, делались из воловьих жил — сухожилий, извлеченных из шей быков или волов. В других катапультах применялись свитые косичкой канаты, сделанные из ахиллесовых сухожилий тех же животных.

Современные ученые иногда с удивлением оглядываются на эти примеры древнего хитроумия и иронически улыбаются: некоторые из них упоминали об этих случаях, когда я беседовал с ними, готовя свою книгу. Несмотря на то что еще в IV в. очень многие хорошо знали о любопытных свойствах сухожилий, потребовалось еще 16 столетий, прежде чем мы начали понимать ту важнейшую роль, которую необычайная эластичность сухожилий играет в биомеханике движений человека и животных, особенно их ходьбы и бега.

Забавно, что открытие, с которого начались эти новые исследования, тоже совершил уроженец римских земель. В 1950-е гг. Джованни Каванья, физиолог из Миланского университета, набрал добровольцев для занятий на беговом тренажере, оснащенном пластинами, чувствительными к нагрузке и способными измерять и записывать ту силу, которую человек прилагает к поверхности при каждом шаге. Оценив количество выдыхаемого при этом углекислого газа и потребляемого при этом кислорода (вероятно, он воспользовался результатами предшествующих экспериментов, где эти параметры измерялись с помощью специальной маски), Каванья сумел рассчитать количество калорий, расходуемое при каждом шаге, и сравнить его с той силой, которую при этом порождает бегун. Результаты поразили ученого. Получалось, что испытуемые потребляют значительно меньше кислорода, чем требовалось бы для выработки того количества энергии, которую они, судя по всему, генерировали для каждого своего шага. Получалось, что если его расчеты верны (а Каванья, конечно же, проверил их не один и не два раза), то «дополнительная» энергия шагов должна браться откуда-то еще. И тогда исследователь выдвинул революционную гипотезу: «Почти половина этой энергии, — предположил он, — порождена таящейся в ногах «энергией эластичного отскока», какой-то формой динамически накапливаемой мощи, которая способна придать вашей походке больше живости». Ученый решил: не исключено, что нога ведет себя как своего рода пружина.

Какое-то время его гипотеза оставалась лишь гипотезой, но вскоре британский зоолог Роберт Макнил Александер почти случайно наткнулся на первые факты, позволяющие начать разбираться в том, как работают такие пружины. Александер заметил, что лошади иногда ломают ноги, прыгая через препятствия, и задался вопросом, почему это происходит. Ему хотелось узнать, какую именно нагрузку акт прыжка создает в нижних конечностях млекопитающих и насколько эта нагрузка близка к той, при которой нога ломается.

Чтобы выяснить это, Александер обучил немецкую овчарку по кличке Счастливчик скачками нестись по длинному коридору возле лаборатории, где работал ученый, и затем запрыгивать на специальную платформу. Перед самым прыжком датчики, вмонтированные в пол, записывали ту силу, с которой лапы собаки давят на поверхность пола, а камера фиксировала положение всех составных частей задних ног Счастливчика (дополнительно помеченных светоотражающей лентой и фломастером-маркером). Введя все эти данные в уже известные математические уравнения, Александер сумел рассчитать, какую силу развивает каждая часть ноги Счастливчика, когда он прыгает вверх.

Располагая этими сведениями, Александер произвел рассечение недавно умершего пса почти таких же размеров (труп он получил у ветеринара), а затем с помощью прецизионных лабораторных приборов приложил к частям ног мертвой собаки такие же силы, которые возникали при прыжке Счастливчика. Ученому хотелось понять, насколько близко эти силы подводят части ног к «точке перелома» и какую дополнительную силу нужно приложить, чтобы перелом произошел. Но чтобы это выяснить, требовалось разобраться, как взаимодействуют друг с другом все эти части ног. Александер сразу же заметил, что собачья мышца не очень-то движется вне зависимости от того, что вы с ней делаете. Но когда исследователь приложил к ахиллесову сухожилию ту силу, которая, по его расчетам, должна воздействовать на него при прыжке, он поразился.