Текст книги "Поговорим о дыхании. Дар, который мы не ценим"

Диоксид углерода не имеет ни цвета, ни запаха и обладает лишь легким кислотным привкусом. Это четвертый по концентрации газ в земной атмосфере. Однако в воздухе, который мы принимаем с одним вдохом, его доля ничтожна, а вот на выдохе концентрация увеличивается более чем в сто раз и составляет около четырех процентов. Диоксид углерода не ядовит. Он образуется от обмена веществ в организме людей и животных, от брожения разных продуктов, от разложения или горения ископаемых горючих веществ. Опасным он становится, лишь когда вытесняет кислород (как в «Собачьей пещере»). В 1986 году в Камеруне это привело к катастрофе. Вскоре после захода солнца Ниос, кратерное озеро в обрамлении зеленых холмов, внезапно загудело. Позже свидетели описывали шипящий фонтан, на двадцать секунд поднявшийся из воды. Затем он сгустился в белое облако диаметром примерно сорок пять метров, которое расползлось над озером. Оно состояло в основном из углекислого газа. Со скоростью шестьдесят километров в час газ опустился в прохладные долины и поглотил множество деревень. Свыше 1700 человек задохнулись во сне или погибли, потеряв сознание при бегстве. Пали замертво также коровы, козы, мыши и насекомые. Выжившие очнулись с сильными головными болями и тошнотой – в мертвой тишине окружающего мира. Даже жужжания мухи не слышно. До сих пор точно не известно, что привело озеро в движение.

«Докладчик на сцене, выступающий последним на трехчасовом заседании, не может быть уверен, что его речь получит подобающее внимание публики», – записал Антуан Лавуазье. Он признавал расслабляющий эффект диоксида углерода. А открыл его шотландский медик, химик и физик Джозеф Блэк, один из профессоров вышеупомянутого Даниеля Резерфорда. Между 1752 и 1754 годами, будучи еще студентом, Блэк находится в поисках лекарства, способного растворять камни в почках, поскольку удаление их оперативным путем в его время являлось делом хоть и привычным, но брутальным. Обезболивающие средства еще не были найдены. В поисках более мягкого решения проблемы он экспериментирует с карбонатом магния. Ошибочно он полагает, что при нагревании тот становится легче, однако потерю массы не объясняет общепринятая тогда флогистонная теория. В игру, должно быть, вступило другое вещество. Блэк называет его «связанным воздухом». В диссертации, которую он подает на защиту в 1754 году, этот «связанный воздух» – диоксид углерода – описан впервые. Двумя годами позже двадцативосьмилетний Блэк получает кафедру в Глазго. К вящей радости студентов. Ведь новый профессор – тот еще затейник! На лекциях по химии он наполняет шары выделенным водородом и запускает их в воздух; зрители, никогда не видевшие летающих шаров, считали это фокусом. Или он «заливал» свечи из сосуда, заполненного углекислым газом.

Но не только студенты извлекали пользу из того, что приходило Блэку в голову. Профессор не получает содержания от университета, его лекции оплачивают непосредственно студенты, причем на лекциях Блэка аудитория всегда была так полна, что воздух застаивался. Не это ли натолкнуло его на мысль, что описанный им «связанный воздух» человек выдыхает? Если в помещение на продолжительное время набивается много людей, то концентрация углекислого газа в воздухе повышается. А вот умственная концентрация падает. То, что в свое время Блэк мог только предполагать, экспериментально доказали в 2012 году ученые из группы психолога Уши Сатиш в Нью-Йоркском университете. Они рассаживали испытуемых в помещениях с бóльшим или меньшим содержанием углекислого газа в воздухе и предоставляли в их распоряжение компьютерные игры. При повышенной концентрации диоксида углерода способность испытуемых принимать быстрые решения падала в большинстве случаев.

Джозеф Блэк не знает больших офисных помещений. Но знаком со свидетельствами из Гротта-дель-Кане в Италии и делает свои выводы. Незадолго до начала церковной службы он тайно помещает сосуд с известковой водой в стропилах одной из церквей Глазго. Пока около полутора тысяч верующих поют и молятся, раствор, капая на тряпку, вступает в реакцию с воздухом: так называемый опыт с известковой водой многие учителя химии и сегодня демонстрируют на уроках, чтобы обнаружить углекислый газ. К концу десятого часа служба заканчивается – шотландцы чрезвычайно щепетильно относились к богослужению, – и Блэк мог проверить свое экспериментальное устройство. На тряпке образовалось изрядное количество карбоната кальция.

Человек в церкви, глубоко погруженный в молитву, выдыхает примерно двести миллилитров углекислого газа в минуту. Почти триста литров в день. Этот отданный дыханием CO₂ является частью естественного углеродного круговорота в природе: он не имеет отношения к глобальному потеплению, поскольку связан в растениях, которые нас питают. И всё-таки в том, что количество углекислого газа в атмосфере растет уже два столетия, виновато человечество. Ископаемое топливо, которое мы сжигаем, высвобождает в год миллиарды тонн дополнительного диоксида углерода. Треть его поглощают океаны: он вступает в реакцию с водой, и показатель pH снижается. Слишком кислая вода разъедает известковый слой раковин моллюсков, морских звезд, кораллов и ракообразных и таким образом нарушает равновесие в морской экосистеме. Оставшийся в атмосфере диоксид углерода препятствует выходу тепла в космос – так называемый парниковый эффект. Когда-то он был полезен – без него Земля осталась бы ледяной пустыней. Однако с начала индустриальных времен он настолько усилился, что планета и особенно моря перегреваются.

Прежде чем углекислый газ в атмосфере станет опасным для нашего здоровья, его содержание в воздухе должно возрастать еще несколько тысячелетий. А вот изменение климата уже сегодня угрожает среде обитания человека, а с ним и всем видам животных и растений. В свое время двое ученых, открывших кислород, – Джозеф Пристли и Антуан Лавуазье – размышляли о том, что стало бы, если бы исчезли все растения, освежающие воздух, которым мы дышим. Сегодня эксперты считают, что без кислорода, произведенного растениями и микроорганизмами, человечеству осталось бы несколько сотен или от силы тысяч лет. Впрочем, мы бы вымерли гораздо раньше, ибо без растений нам нечего было бы есть.

ОКИСЬ УГЛЕРОДА – 0, 000025%

Угарный газ – это ядовитый братец углекислого. Не ощущаемый человеком, но в худшем случае смертельный. Его незначительная часть всегда присутствует в воздухе, которым мы дышим: от сигаретного дыма, выхлопных газов и промышленных выбросов. Окись углерода образуется также и в нашем организме как побочный продукт обмена веществ. Так что от фразы «этот парень для тебя яд» не стоит отмахиваться, даже если в отношениях всё в порядке. Большее количество окиси углерода образуется при сгорании угля, газа или бензина и при нехватке кислорода: например, в уютной кальянной на углу, где окна занавешены тяжелыми портьерами. Уголь в наргиле тлеет, угарный газ скапливается в помещении. Незаметно. Ничто не предупреждает об отравлении: нет ни кашля, ни раздражения в горле. При вдохе угарный газ прикрепляется к красным кровяным тельцам и делает это в двести пятьдесят раз эффективнее, чем кислород. Для последнего больше не остается места. Начинается удушье изнутри, «тихая смерть». Тому, кто часто «зависает» в кальянных – что довольно распространено в Германии – либо отравляется от забитого каминного дымохода или от неисправной печи, необходимо лечение в кислородной барокамере. К сожалению, почти половина населения земного шара живет рука об руку с «тихой смертью». В таких странах, как Индия, Камбоджа или Эфиопия, женщины часто готовят еду в хижинах, на керосинках или на открытом огне – и медленно отравляют чадом всю семью.

По подсчетам Всемирной организации здравоохранения, почти три с половиной миллиона человек по всему миру вследствие этого умирают от инфекций дыхательных путей, хронических бронхитов и ХОБЛ. И прежде всего женщины, дети и старики, которые много времени проводят у очагов.

ПЫЛЬ

В Древнем Вавилоне верили, что носящиеся в воздухе демоны могут через рот вселиться в человека. Прикрывать рукой рот, когда зеваешь, считалось тогда отнюдь не нормой вежливости, а необходимой самозащитой. Сегодня с верованием в демонов покончено. Но лежащая в его основе идея продолжает существовать: вдох несет с собой известный риск. И дело не только в бактериях и вирусах, но еще и в пыли. Пыль – вещь удивительная. Она мелькает в цейтлупе, собирается в пушистые комочки под кроватью. В солнечном луче пылинки мерцают, как звезды Млечного Пути. А шагнешь к ним – они скрываются с глаз, будто живые. А еще пыль липнет к экранам телевизоров и мониторам компьютеров так приставуче, как могут только подростки.

Ученым пыль выдает многое из нашей повседневной жизни. Существуют специальные атласы частиц, где перечислены их отдельные признаки. Потому что пыль пыли рознь. В наших домах в ней скапливаются микроволокна ковров, мягкой обивки, одежды, которые поднимаются, когда носится собака, когда мы возимся в кресле или чешемся. В пыли непременно присутствует до двух граммов чешуек кожи, что мы теряем ежедневно. Залетевшая пыльца. Грязь, принесенная питомцем с улицы. Растертые в порошок крошки печенья. Экскременты пылевых клещей – неизменных возбудителей аллергии на домашнюю пыль. Разрыхлители, парафины или пестициды, так называемые низколетучие органические соединения, прикрепляются к пылевым частицам. Между ними копошатся микроорганизмы. В течение десяти лет американский биолог Роб Данн и двое его коллег считали микробов в домашней пыли для проекта «Your Wild Life»[18]18
  «Your Wild Life» (англ.) – «Твоя дикая жизнь».


[Закрыть]. В пробах они обнаружили свыше 63 000 видов грибов и 116 000 видов бактерий. То, что под нашим диваном собирается скомканными клочьями, на самом деле полно жизни. Прочитав это, не хватайтесь за пылесос. Пыль практически невозможно истребить в нашем доме, и неважно, насколько вы помешаны на чистоте. В старых домах некоторые субстанции, приклеивающиеся к пылинкам, гораздо дольше живут в этих стенах, чем их жильцы. Не лучше и за порогом: там ветер несет гарь из фабричных и выхлопных труб, частицы пепла лесных пожаров, минеральные вещества эродированных почв, морскую соль, шерстинки животных, споры.

Химики и метеорологи предпочитают рассматривать пыль в совокупности с воздухом, который ее переносит. Тут они говорят об аэрозолях – твердых или жидких частицах, взвешенных в газах. Насколько глубоко частицы аэрозоля могут внедряться в дыхательные пути, зависит от их величины. Первая группа: крупнодисперсная пыль. Частицы, размером с треть толщины человеческого волоса, поднятые в воздух трением автомобильных покрышек или работой пневмомолотка, поднимаются максимально на несколько сотен метров, прежде чем осесть. Их мы вдыхаем редко – а если и случится, то они задерживаются волосками в носу. Следующая группа: среднедисперсная пыль. Она тоньше (до пятидесяти микрон) и вследствие своего меньшего веса медленнее оседает. Если такая пыль попадает в глотку или гортань, организм старается от нее избавиться: отсюда и першение в горле. Кхе-кхе! Кха-кха! И последняя группа – мелкодисперсная пыль. Она настолько тонка, что ее не могут задержать верхние дыхательные пути: максимально десять микрон – представьте: седьмая часть толщины газетной полосы! У нее как естественные, так и антропогенные источники происхождения: извержения вулканов и лесные пожары, а также выбросы промышленных предприятий. Особо тонкие частицы (до двух с половиной микрон) проникают в главные бронхи, еще более мелкие (до микрона) доходят до легочных альвеол. То, что не выдыхается обратно, оседает и покрывает черной пленкой чувствительные альвеолы. Как следствие инвазии, слизистая оболочка бронхов воспаляется. Хронические заболевания легких обостряются. Даже у человека, не выкурившего ни единой сигареты, тонкая пыль повышает вероятность рака легких. Некоторые частицы попадают в кровь и поражают другие органы.

Сверхтонкие частицы были обнаружены даже в печени и в сердце. Есть подозрения, что они вызывают сердечную аритмию и сужение сосудов. Повышается риск гипертонии, инсульта и инфаркта. Повышение концентрации тонкой пыли коррелируется с процентом повышения смертности. А также деменции. Уже несколько лет пополняются доказательства того, что между концентрацией тонкой пыли и нейродегенеративными заболеваниями существует непосредственная связь. Международная группа исследователей под руководством Барбары Маер в Университете Ланкастера при аутопсии мозга обратила внимание на ферромагнитные частицы. Ученые предположили, что те ввиду своего микроскопического размера, сравнимого с вирусами, могли проникнуть в организм из носа, по обонятельному нерву напрямую в мозг. Большинство аутопсических исследований, проведенных Анжеликой Гонсалес-Масиэль в Национальном институте педиатрии в Мехико, дали тот же результат. Столица Мексики причисляется к наиболее загрязненным городам мира. Нет доказательства тому, что окись железа вызывает заболевания. Однако она стимулирует выработку активных форм кислорода (АФК), способных повредить клетки, – одна из гипотез возникновения деменции. В Соединенных Штатах Келли Бишоп, Джонатан Кетчам и Николай Куминофф из Университета штата Аризона сравнили медицинские записи почти семи миллионов человек с данными о качестве воздуха Агентства по охране окружающей среды. Период исследования охватывал более десяти лет. Ученые включали в свои расчеты данные, когда подопытные съезжали из пригорода или, наоборот, въезжали, – и делали сноску на погрешность в статистике в силу факторов риска деменции: из-за возраста, этнического происхождения, пола, прежних заболеваний, имущественного состояния. Итоговый вывод: каждый дополнительный микрон тонкой пыли на кубометр воздуха в каждое следующее десятилетие повышает риск деменции на 1,3%. Да уж, подходящее название их исследований: «Hazed and confused»[19]19
  Hazed and confused (англ.) – туманный и запутанный.


[Закрыть] – более чем туманно.

Тонкая пыль – демон, которого мы впускаем в наши легкие вместе с оксидами азота, озоном, диоксидом серы и оксидом углерода. Это вовсе не значит, что мы должны выходить на улицу в ватно-марлевой повязке. Генетическая предрасположенность – неважно, занимаешься ты фитнесом, куришь или пьешь, озабочен своим весом или постоянными стрессами, – влияет на ущерб, наносимый тонкой пылью нашему организму. Дети особенно уязвимы, поскольку дышат учащенно и, соответственно, вдыхают больше вредных частиц. Кроме того, по росту они находятся ближе к земле, где концентрируется больше вредных веществ. Наравне с питанием и неумеренным употреблением косметических средств, загрязнение воздуха является треть ей по рангу причиной аллергии.

Хозяин престижной виллы развалился в шезлонге и воображает: дескать, меня всё это не касается. Ему стоило бы подумать дважды, не подбрасывает ли он последнюю соломину в костер. Открытые очаги производят в среднем восемь процентов тонкой пыли в Германии. А продукты их горения вовсе не остаются там, где произведены. Тонкая пыль неделями сохраняется в воздухе и переносится на многие тысячи километров. Выброс вредных веществ в Азии или США легко перемещается в Европу и обратно.

Если кому-то приходилось пробиваться сквозь ветер на пляже, тот знает, насколько непредсказуемы его мощные порывы. Эоловые процессы, названные в честь греческого бога Эола, повелителя ветров, сформировали вид нашей планеты. Они эродируют и транспортируют, переносят рукотворные и природные аэрозоли высоко в атмосферу. Без них не было бы ни облаков, ни осадков. Частицы предоставляют молекулам воды плацдарм. Крошечные капли в облаках прирастают, а при температурах ниже минус пятнадцати замерзают в льдинки. Сегодня над густонаселенными областями парит гораздо больше аэрозолей, чем в доиндустриальную эпоху. Около семидесяти процентов серных и азотных соединений имеют искусственное происхождение. И поныне ученые спорят, в какой мере загрязнение воздуха влияет на формирование облаков и количество осадков. Неоспоримо одно: диоксид серы и диоксид азота с дождями возвращаются на землю.

АРГОН – 0,9%

В 1894 году химики сэр Уильям Рамзай, шотландец, и лорд Рейли, англичанин, открыли первый инертный газ. Лорд Рейли обратился через журнал Nature[20]20
  Nature (англ.) – «Природа», один из самых старых и авторитетных общенаучных журналов.


[Закрыть] к научному сообществу с просьбой предлагать идеи: азот, выделенный из воздуха, имеет бόльшую плотность, чем азот, полученный при химической реакции. Результаты достоверно воспроизводятся. Как такое может быть? Рамзай, прочитав статью, был уверен: в воздухе явно присутствует доселе не открытый элемент. Ученые совместными усилиями провели серию опытов, чтобы устойчиво изолировать невидимое. В результате им удалось захватить загадочную субстанцию с помощью спектрального анализа. Недавно появившаяся техника позволила сделать видимыми спектральные линии элемента. Пусть аргон и был первым открытым благородным газом, он завершает наш перечень, потому что лучше любого другого компонента воздуха проясняет, как дыхание связывает всё, что живет, жило и будет жить.

Аргон составляет без малого один процент вдыхаемого нами воздуха. Остальные инертные газы: гелий, неон, криптон, ксенон – встречаются в гораздо меньшем объеме. Это следовые количества. В нашей жизни они находят различное применение. Гелием, который в шесть раз легче воздуха, наполняют воздушные шарики, и дети радостно запускают их на дне рождения. А без его звукопроводимого свойства – он проводит звук в два с половиной раза быстрее воздуха – были бы невозможны приколы с изменением голоса, и мир стал бы скучнее. Неон превратил когда-то Лас-Вегас в «Bright Light City»[21]21
  Bright Light City (англ.) – «город ярких огней».


[Закрыть]. Неоновая реклама ярких «Дней Элвиса»[22]22
  Ежегодно проводятся 8 января – в день рождения Элвиса Пресли.


[Закрыть] ныне покоится на собственном кладбище в пустыне, окружающей город. Она вышла из моды – современные люминесцентные трубки наполняются другими светящимися составами. Криптон и ксенон используются в производстве современных автомобильных фар, которые светят ярче при низком потреблении энергии. В последнее время ксенон также добавляют в наркоз для операций – он действует быстрее и облегчает стадию пробуждения, в отличие от более распространенной закиси азота, которая к тому же является газом, создающим парниковый эффект. Однако ксенон значительно дороже.

Инертные газы крайне неохотно вступают в химические реакции, для этого надо хорошо постараться при особых условиях. Когда мы их вдыхаем, они проходят по организму, не оставляя следов и не изменяясь. Название, данное аргону его первооткрывателем, отображает его инертные свойства – греческое «argos» означает «неактивный». Будучи третьим по составу в земной атмосфере, аргон, в отличие от других благородных газов, представлен в изобилии. Им наполняют лампы накаливания, и он «закупоривает» початую бутылку вина. Дозаправленное аргоном «Шато Марго» может сохранять свой аромат неделями, а то и месяцами, даже если время от времени отпивать по стаканчику. Для любителей вина это равноценно чуду. Меня сблизила с аргоном не бутылка старого вина, а давным-давно попавшая в руки книжица «Beyond the Observatory»[23]23
  «Beyond the Observatory» (англ.) – «За пределами обсерватории».


[Закрыть], изданная в 1967 году, – сборник эссе астронома Харлоу Шепли (1885–1972). Молодой научный сотрудник обсерватории Маунт-Вилсон в 1918 году познал истинные размеры нашей галактики и определил ее центр – его величайшее достижение. В течение тридцати лет он руководил Гарвардской обсерваторией в Кембридже, штат Массачусетс. Книга вышла в свет, когда Шепли было уже за восемьдесят. Думаю, ему тоже нравилась иллюстрация на ее обложке. На желтой полусфере стоит маленькая белая обсерватория. На кобальтовом небе висят желтые и оранжевые звезды, причудливо соединенные друг с другом. А между ними, взявшись за руки, парят мужчина и женщина. Сцена вполне в духе немецкого графика Хайнца Эдельмана, отправившего в мультфильме «Желтая подводная лодка» группу «Beatles» в абсурдное путешествие. Хиппово. Как и сами эссе Харлоу Шепли. Словом, он зажигает погасшие звезды. А цифрами обнимает мир. Например, в эссе «Дыхание прошлого и будущего» он предлагает: «Почему бы не посчитать атомы в одном-единственном глубоком вдохе, скажем, Клеопатры? […] Задача непростая, но вполне выполнимая! Для одного вдоха Клеопатры 1000 мужчин пришлось бы отсчитывать по 100 атомов в секунду 8 часов в день в течение приблизительно 10 миллиардов лет. Правда, им бы нашлось лучшее применение». Итак, один-единственный вдох содержит немыслимое число атомов. Возьмем аргон, который составляет в атмосфере один процент. С каждым глотком воздуха мы вдыхаем 30 000 000 000 000 000 000 атомов аргона – тридцать триллионов. И несколько секунд спустя выдыхаем столько же. Углекислый газ, который мы выдыхаем вместе с ним, образуется в нашем организме. Азот хотя почти инертен, но, проходя по пищевой цепи, кое-что претерпевает. А вот аргон остается не тронутым ничем сущим. Выдохнутый, он быстро разлетается. Сначала поблизости, потом по всей Земле. За год 30 000 000 000 000 000 000 атомов аргона распространяются по планете настолько равномерно, насколько это возможно. И неважно, где потом человек находится: со следующим вдохом, по Шепли, мы поглощаем по меньшей мере пятнадцать тех же самых атомов. А поскольку они по нам путешествуют, то таким «воздушным» образом соединяют прошлое и будущее. Каждый святой и каждый грешник давних лет, каждый человек и каждый зверь вложили атомы аргона в нашу общую воздушную сокровищницу. С выдохом мы отпускаем на свободу атомы, которые наши предки уже испускали с последним вздохом, а однажды они наполнят легкие наших правнуков.