Исчезающая ложка, или Удивительные истории из жизни периодической таблицы Менделеева

Кин Сэм

Правда, катастрофы часто позволяют переосмысливать некоторые факты. В NASA решили, что применять инертные газы необходимо, как бы сложно это ни было, – во всех шаттлах и во время тренировок на Земле. В 1981 году, перед отправкой шаттла «Колумбия» все отсеки, в которых могла возникнуть искра, были заполнены достаточным количеством инертного азота (N₂). Электроника и моторы работали в азоте совершенно исправно, а если искры и проскакивали, азот гасил их – кстати, молекула азота гораздо крепче, чем молекула кислорода. Рабочие, заходившие в наполненный инертным газом отсек, должны были надеть газовые маски или дождаться, пока азот будет откачан из отсека, а его место займет пригодный для дыхания воздух. 19 марта техники этого не сделали. Кто-то слишком рано дал разрешение, ничего не подозревавшие рабочие вошли в отсек и рухнули, как подкошенные. Азот не только помешал их нейронам и кровяным тельцам впитать чистый кислород, но и вытянул последний кислород из крошечных пазух, в которых человеческий организм запасает его «на всякий случай», еще сильнее усугубив состояние рабочих.

Спасатели вытащили всех пятерых, но спасти удалось лишь троих. Джон Бьёрнстад был уже мертв, а Форрест Коул умер 1 апреля, не приходя в сознание.

Следует отметить, что за несколько последних десятилетий в азоте задыхались и шахтеры, и рабочие, обслуживающие подземные ускорители частиц [100] . Всякий раз эти трагедии происходили в обстоятельствах, напоминающих сцены из фильмов ужасов. Первый человек, входящий в азотную атмосферу, через считаные секунды валится без видимых причин. Второй, а иногда и третий бросаются к нему на помощь и также погибают. Самое страшное заключается в том, что смерть наступает без всякой агонии. Умирающие не паникуют, несмотря на то что задыхаются. Это может показаться невероятным, если вам никогда не доводилось завязнуть под водой. Инстинкт самосохранения, не дающий задохнуться, выталкивает на поверхность. Но в сердце, легких и мозге на самом деле нет никакого «датчика», который проверял бы наличие кислорода. Эти органы различают лишь два процесса: вдыхание газа (любого) и выдыхание углекислого газа. Углекислый газ растворяется в крови, образуя угольную кислоту. Поэтому при каждом выдохе, когда мы избавляемся от углекислого газа и сглаживаем влияние этой кислоты, наш мозг «считает, что все нормально». Это настоящий эволюционный промах. Гораздо целесообразнее было бы создать орган, отслеживающий количество кислорода, поскольку именно в кислороде мы нуждаемся сильнее всего. Но клеткам проще – и в большинстве случаев достаточно – просто «убедиться», что уровень угольной кислоты близок к нулю.

100

Один мой преподаватель из колледжа однажды невероятно увлек меня историей о том, как несколько человек погибли из-за удушения азотом на ускорителе частиц в Лос-Аламосе. Это произошло в 1960-е годы, при обстоятельствах, очень напоминающих трагедию, случившуюся в NASA. После этого события в Лос-Аламосе мой преподаватель всегда добавлял пять процентов диоксида углерода в те газовые смеси, с которыми ему приходилось работать на ускорителях частиц, – в качестве меры безопасности. Позже он писал мне: «Оказалось, что эта предосторожность мне пригодится – всего годом позже один аспирант, оператор установки, совершил ту же ошибку [забыл выкачать инертный газ и впустить на его место воздух, богатый кислородом]. Я вошел в корпус, находившийся под высоким давлением, полный инертного газа… то есть не успел войти, потому что едва я успел протиснуться плечами в отверстие, я уже был в отчаянии, а мои легкие надрывались: “Воздуха! Хоть каплю воздуха!”». В обычном воздухе всего 0,03 % диоксида углерода, в том единственном вдохе его было в 167 раз больше.

Азот не вписывается в эту систему. Он не имеет цвета, запаха, при его вдыхании в наших кровеносных сосудах не накапливается никакая кислота. Мы легко вдыхаем и выдыхаем его, поэтому наши легкие никак на него не реагируют, никакой тревожный механизм у нас в мозгу не срабатывает. Азот «убивает своей безобидностью», просачиваясь сквозь защитные системы организма, как старый знакомый. Интересно отметить, что элементы из группы азота объединены под общим названием «пниктогены», которое в переводе с греческого означает «дурно пахнущие». Техники NASA – первые жертвы злосчастного шаттла «Колумбия», которому через двадцать два года предстояло развалиться на куски в небе над Техасом, – вероятно, почувствовали небольшое головокружение и вялость, погружаясь в азотное забытье. Но они вполне могли предположить, что это обычная усталость после тридцати трех часов работы. А поскольку выдыхать углекислый газ они по-прежнему могли, организм так ничего и не заметил, прежде чем азот просто выключил свои жертвы.

Иммунная система организма должна бороться с микробами и другими паразитическими организмами, поэтому с биологической точки зрения она устроена сложнее, чем дыхательная система. Но это не означает, что она лучше справляется с подобным обманом. Как минимум некоторые коварные химические элементы обходят иммунную систему, обводя наш организм вокруг пальца.

В 1952 году шведский врач Пер-Ингвар Бранемарк изучал процесс образования клеток крови в костном мозге. Будучи небрезгливым, Бранемарк желал наблюдать это собственными глазами. Поэтому он просверлил отверстие в большой берцовой кости живого кролика и накрыл рану тончайшим слоем титана – не толще яичной скорлупы. Такие титановые «окошки» были проницаемы для сильного света и позволяли наблюдать за тем, что происходит внутри. Наблюдения шли успешно, и Бранемарк решил выломать из костей дорогие титановые окошки, чтобы воспользоваться ими для новых экспериментов. К его неудовольствию, титан даже не шелохнулся. Бранемарк махнул рукой на эти окошки (и на бедных кроликов), но когда то же самое стало происходить и в следующих экспериментах – титан всегда сидел в берцовой кости, как в тисках, – врач решил подробнее изучить эту ситуацию. То, что он увидел, мгновенно оторвало его от наблюдений за незрелыми кровяными клетками и позволило произвести революцию в протезировании, которое до тех пор развивалось очень вяло.

С древнейших времен врачи заменяли утраченные конечности неудобными деревянными палками и чурками. В ходе промышленной революции и после нее распространились и металлические протезы. Изувеченные солдаты, вернувшиеся с Первой мировой войны, иногда даже носили съемные оловянные лица-маски, которые, по крайней мере, позволяли калеке пройти через толпу, не привлекая любопытных взглядов. Но никому не удавалось интегрировать металл или древесину в живое тело – а это было бы идеальным решением. Иммунная система отторгала все подобные протезы, из чего бы они ни были сделаны – из золота, цинка, магния или хромированных свиных мочевых пузырей. Бранемарк, будучи специалистом по крови, отлично знал, почему так происходит. Как правило, множество клеток крови окружает инородное тело и обволакивают его нитями гладкого волокнистого коллагена. Такой механизм – блокирование чужеродной субстанции и препятствование ее просачиванию – хорошо работает, например, если вас случайно ранили дробью на охоте. Но кровяные клетки не слишком смышленые и не могут различать вредные и полезные инородные тела. Уже через несколько месяцев после имплантации любые протезы покрывались коллагеном и начинали выскальзывать или обламываться.

Это происходило даже с металлами, участвующими в нашем метаболизме, – например, с железом. Что уж говорить о титане, ведь наш организм не нуждается даже в следовых количествах этого металла; конечно, титан нисколько не походил на вещество, которое устроит нашу иммунную систему. Но Бранемарк обнаружил, что по какой-то причине титан словно гипнотизирует кровяные клетки: он не вызывает ровно никакого иммунного ответа и обманывает даже остеобласты, клетки, отвечающие за формирование костной ткани. Титан прикрепляется к ним, как будто между настоящей костью и этим элементом № 22 нет никакой разницы. Титан способен полностью интегрироваться в человеческое тело, обманывая наш организм ради его же блага. С 1952 года этот металл повсеместно используется при имплантации зубных протезов, навинчиваемых пальцев и искусственных суставов. Например, именно такой бедренный сустав имплантировали моей матери в начале 1990-х.

Из-за крайне неудачного стечения обстоятельств моя мама еще в молодости заболела артритом, который уничтожил ее бедренные хрящи. Из-за этого кость крутилась в суставе, как пест в зазубренной ступе. В возрасте тридцати пяти лет ей пришлось полностью заменить сустав. Вместо него ей поставили титановый стержень с шариком на конце, бивший как железнодорожная шпала по отпиленной берцовой кости. На другом конце стержня было гнездо с резьбой, ввинченное ей в тазовую кость. Через несколько месяцев она впервые за долгие годы смогла ходить без боли, а я счастливо всем рассказывал, что ей сделали такую же операцию, как и Бо Джексону [101] .

101

Знаменитый американский бейсболист и игрок в американский футбол. – Прим. пер.

К сожалению (может быть, из-за маминой слишком активной деятельности в качестве воспитательницы в детском саду), проблемы с первым протезом возобновились уже через девять лет. Боль и воспаление вернулись, и мама вновь попала в руки хирургов, которые вскрыли ей ногу. Оказалось, что пластиковый компонент внутри искусственного бедренного гнезда начал крошиться, и мамин организм исправно атаковал пластиковые осколки и ткани вокруг них, покрывая все коллагеном. Но титановое гнездо, установленное в бедре, не подвело. На самом деле, его даже пришлось выломать, чтобы вставить в кость новый титановый элемент. Хирурги из клиники Майо объявили маме, что она была самой молодой их пациенткой, которой пришлось дважды протезировать бедро, и подарили маме то гнездо, которое раньше сидело у нее в кости. Мама по-прежнему держит этот подарок дома в конверте из оберточной бумаги. Имплантат размером с теннисный мяч, разрезанный пополам; и даже сегодня, через десять лет, кусочки белой костной ткани намертво сидят в сером титане.

Еще более сложными органами, нежели иммунная система, являются наши органы чувств – органы осязания, вкуса, обоняния. Они служат для связи между нашими физическими телами и разумом. Но сегодня уже известно, что чем сложнее устроена биологическая система, тем больше неожиданно уязвимых мест в ней найдется. Оказывается, что героическая «ложь во спасение», на которую идет титан, – это исключение из правил. Мы доверяемся нашим органам чувств, чтобы получить объективную информацию о мире и защититься от опасностей. Тем большее смятение и даже страх мы испытываем, когда убеждаемся, насколько наивны наши органы чувств.

Осязательные рецепторы у вас во рту предупредят вас, что необходимо выплюнуть ложку с горячим бульоном, прежде чем вы обожжете язык. Но оказывается, что в перце чили и соусе сальса содержится вещество капсаицин, раздражающее те же самые рецепторы. Перечная мята освежает полость рта потому, что ментол воздействует на холодовые рецепторы. Вы даже вздрагиваете, как будто вам в рот ворвался арктический ветер. Химические элементы вытворяют подобные фокусы с запахом и вкусом. Если вы высыплете на себя мельчайшую щепотку теллура, он будет несколько недель вонять, как самый едкий чеснок, и люди даже через несколько часов безошибочно поймут, что вы заходили в комнату. Еще более странно, что бериллий, элемент № 4, на вкус напоминает сахар. Люди нуждаются в сахаре больше, чем в каком-либо другом питательном веществе, поскольку он быстро дает нам энергию, необходимую для жизни. Казалось бы, спустя тысячелетия поисков пищи человек обладает всем необходимым для обнаружения настоящего сахара. Но бериллий – бледный тугоплавкий нерастворимый металл с мелкими атомами, которые ничуть не походят на кольцевые молекулы сахара, тем не менее раздражает те же вкусовые рецепторы, что и сахар.