Read the book: «Поговорим о дыхании. Дар, который мы не ценим»

© 2019 by Kein & Aber AG Zürich – Berlin. All rights reserved.

© Перевод на русский язык, издание, оформление. Издательство «Олимп-Бизнес», 2020

© Дизайн-макет серии. Н. Сапожков, 2020

Предисловие

У меня перехватило дыхание. Сейчас шеф вызовет выступить по теме. Едва ли не перед полусотней коллег. От этой мысли к горлу подкатывает ком. Если мои предложения его не устроят, он снимет их с повестки. Примет – наверняка у кого-то из зала возникнут возражения. Тогда мне придется защищаться. Я чувствую, как мои ладони становятся липкими от пота. Пытаюсь глубоко вдохнуть. Но грудная клетка отказывается раздаваться. Воздуху деваться некуда, и он застревает в горле. Прежде на всяких заседаниях я выискивала себе укромное местечко: в задних рядах с корпулентным коллегой передо мной. Там я чувствовала себя под защитой. Но с тех пор, как пошла на повышение, мое место – за длинным столом президиума. К которому приковано всеобщее внимание. И как мне излучать уверенность, когда мое лицо пылает, а такое немудреное дело, как вдох-выдох, становится каторжным?

Дышать – значит жить. Муравьи делают это, втягивая голову и таким образом расширяя легкие. Слоны всасывают воздух всей силой своего длинного хобота. Некоторые виды черепах, впадая в зимнее оцепенение, пропускают воздушный поток клоакой. Растения, и те дышат. Газообмен происходит у них через крошечные эластичные отверстия в листьях, называемые устьицами. И кислородом, который они выделяют, дышит человек: через нос и рот, по трахее – в бронхи. Наше дыхание стартует при рождении и с восхитительным постоянством сопровождает нас до конца жизни. Вдох-выдох. Вдох-выдох. Так кислород из окружающей среды поступает в клетки и выводит из организма углекислый газ. Дыхание – живительная функция. Дающая нам жизнь, так же как пищеварение и сердцебиение. Однако мы не в состоянии силой мысли замедлить сердцебиение или ускорить переваривание пищи. А вот произвольно замедлять, учащать или задерживать дыхание – можем. Это возвеличивает его до ценнейшего дара: в спорте, трудовой деятельности – и даже в любви. Ни один спортивный рекорд не обойдется без глубокого вдоха. Как ни единый оргазм – без экстатического выдоха.

 
«В дыханье кроется благо двойное:
Одно – это вдох и выдох – другое.
И выдох стеснит, а вдох обновит.
Вся жизнь – это смесь, чудная на вид.
Спасибо творцу, когда он тебя гнет,
Спасибо, когда он снимает свой гнет»¹, —
 

вдохновенно писал Гёте. А вот о потении или биении пульса, тоже жизненно важных функциях, великий немецкий поэт не проронил ни слова. Возможно, им не хватает эфирности?

Греческий философ Анаксимен утверждал: «Как душа наша, сущая воздухом, скрепляет нас воедино, так дыхание и воздух объемлют весь космос»². Дыхание не только снабжает организм кислородом – оно объединяет наш внутренний и внешний мир. Spirare (дышать) и Spiritus (дух) – на латыни ближайшие родственники. Врачи, подразумевая «вдох», говорят «инспирация». И, как ни странно, этот древнейший корень распространен во многих языках: от древнееврейского «нешама» до «атма» на хинди, где он несет смысловую нагрузку «неуничтожимая сущность». Собственно, то же и в немецком: «дыхание» и «дух» трудно отделить друг от друга.

Мне едва исполнилось десять лет, когда я впервые осознала, что дыхание можно обратить себе на пользу. Мокрая и дрожащая, я переминалась с ноги на ногу у бортика крытого бассейна в кучке моих сверстниц. Все мы тренировались в надежде получить «золото» на соревнованиях юниоров. После прыжка с трехметровой вышки у меня всё еще не прошло раздражение от попавшей в нос воды. Теперь предстоял заплыв на задержке дыхания под водой на пятнадцать метров. Пятнадцать метров! Это же бассейн в длину! Подошел тренер: «Ну, готова? – Я вся дрожала. – Попробуй успокоиться и дышать ровно: вдох-выдох».

«Вдох… – он широким жестом взмахнул рукой, словно загоняя весь воздух бассейна в свои легкие. Его грудь, с золотой цепью поверх, всё расширялась и расширялась… – И выдох: Пф-ф-ф-ф». – Он сдулся, словно резиновый баллон.

Это упражнение мы повторили еще дважды. А потом, глубоко вдохнув в последний раз, я прыгнула. Холодная вода поглотила меня. Я уже было собралась судорожно заглотнуть ртом, но упрямо сжала губы. И вдруг почувствовала простор в моей грудной клетке. Как будто ее содержимому там было тесно. Воздуха скопилось так много, что я смогла бы трижды пересечь бассейн! Я открыла глаза и поплыла, рассекая сияющую синеву. Я стала дельфином! Пусть даже сумасшедшим, с горящими глазами. Под конец поднырнула и триумфально коснулась рукой кафеля, на полкорпуса показавшись над водой.

И только тут жадно схватила воздух. Ура! Дыхание не всегда есть нечто происходящее само собой. Правильная техника улучшает кровоснабжение мускулатуры, усмиряет или возбуждает дух. Можно сказать, дыхание – наша суперсила. Инстинктивно люди знают это испокон веков. Мать, прижимающая дитя к груди; йог, погруженный в медитацию; грузчик, громоздящий на себя стиральную машину; снайпер, приникший к прицелу; наконец, оперный тенор, приступающий к верхнему «си», – всем им приходит на помощь дыхание. Здоровый человек делает около двадцати тысяч вдохов-выдохов за день: две секунды на каждый вдох, три – на выдох. При этом грудь вздымается легко и непринужденно – и, что примечательно, бесшумно: выдающееся достижение. Такое же количество приседаний сопровождалось бы кряхтением и стонами. А дыхание совершается столь же естественно и незаметно, как, скажем, моргание.

Но всё резко меняется, когда дыхание стеснено – например, из-за болезни или городского смога. К сожалению, заболевания дыхательных путей распространяются всё шире. К 2020 году Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) прогнозирует их рост на двадцать пять процентов. Во всем мире на свет появляется всё больше детей с врожденной астмой. Так, в Германии каждый двадцатый страдает от астмы, а каждый десятый – от хронической обструктивной болезни/заболевания легких (ХОБЛ или ХОЗЛ). Эксперты предупреждают, что немецкие нормативы по загрязнению воздуха недостаточно обеспечивают надлежащую защиту населения от оксидов азота и твердых частиц. Однако и при чистом воздухе не все люди могут дышать свободно: примерно половина мужчин и четверть женщин храпят; из них около шести процентов с опасными остановками дыхания во сне, так называемым апноэ во сне. Каково это – жить с таким синдромом, можете себе представить, проведя эксперимент: зажмите нос и дышите ртом через соломинку – вскоре от нехватки кислорода вы почувствуете угнетенное состояние и даже приступ паники.

Человек может продержаться без пищи несколько недель; несколько дней – без питья. А без дыхания – считаные минуты. Чтобы жить, мы должны дышать, но и этот навык можно утратить. «Для многих из нас глубокое дыхание становится проблемой, – говорится в одной из публикаций Гарвардской медицинской школы. – Культ тела в некоторых кругах общества оказывает негативное влияние на респираторные функции организма. Плоский живот считается привлекательным; отсюда пошла тенденция, как у мужчин, так и у женщин, втягивать живот». Тесная одежда, плохая осанка, стрессы – всё это сбивает наше дыхание с ритма, тут уж не помогут и многолетние упражнения. Переполненное метро или важная деловая встреча – и вот уже задыхаешься до рези в животе, страх лишает голоса, внутреннее напряжение переходит в икоту, судорожное заглатывание воздуха принуждает сердце бешено колотиться. Всё, что заставляет нас нервничать, подавляет и наше дыхание. Почему так происходит?

Шеф кивает мне. «Итак…» – начинаю я. Голос звучит бесцветно и сдавленно. Фальцет испуга. Но ведь бояться-то, в сущности, нечего. На меня не направлено оружие. Только взгляды коллег. Однако мой организм запускает защитный комплекс: миндалевидное тело, ответственное за эмоции, мобилизует гипоталамус; тот передает сигнал надпочечникам, эндокринным железам, расположенным над верхней частью почек; те среди прочего начинают производить «гормон стресса» адреналин. И вот в моем теле уже циркулирует насыщенный коктейль с высокой концентрацией всяческих гормонов. Зрачки расширяются, чтобы лучше видеть агрессора (в данном случае моего начальника). Пульс учащается, давление поднимается. Дыхательные и рабочие мышцы вступают в конкуренцию за снабжение кислородом. Сердце в усиленном режиме гонит кровь по расширившимся сосудам, чтобы подготовить мускулатуру к драке или побегу, – своего рода реакция «fight-or-flight»³. Полный атас! Разумеется, я никуда не бегу и не размахиваю руками, просто остаюсь на своем месте. Но голос подводит меня. Кажется, он звенит в моей голове: «Мне плевать, что ты там хочешь. Я сваливаю!» – и исчезает. Такое со мной случается не только на собраниях. Даже на переговорах о гонораре я выгляжу так же жалко. Недавно, когда собиралась сказать несколько слов на дне рождения моей близкой подруги, не смогла выдавить из себя ни звука. Ни рыка, ни хрипа, ни дуновения! Торчала, как жалкий флюгер в безветрие. Иными словами, мне не хватало воздуха.

С подобным казусом надо что-то делать. Правильно дышать меня просто не научили. Значит, требуется руководство к действию. Страховка. Мне всегда было трудно дышать носом. Вроде как я и мое дыхание живем порознь. Когда приходится выступать перед аудиторией, я буквально сражаюсь с ним. Теперь я хочу заново научиться дышать. Узнать, как эта способность появилась на земле. Понять, как функционирует наш дыхательный аппарат и как на него воздействует наше настроение. Почему иногда так приятно задыхаться: например, на беговой дорожке или в постели с партнером, – а если причиной тому астма или другое легочное заболевание, то это становится опасным для жизни. Я хочу обсудить с врачами, что говорит выдыхаемый нами воздух о состоянии нашего здоровья, а с пациентами – борьбу за каждый вдох. Пусть актер расскажет, как ему удается держать длинный монолог без пауз, а гуру – зал в полторы тысячи человек в напряженной тишине. У чемпиона мира по биатлону я хочу получить совет, как выравнивать дыхание, а у ныряльщика – как наслаждаться промежутком между двумя вдохами. Я хочу понюхать запах лаборатории и облегченно вздохнуть на свежем воздухе за городом. Обо всем этом пойдет речь в нашей книге. Думаю, интенсивное занятие дыханием может указать выход из положения, в котором оказалось наше задыхающееся общество. С помощью апробированных тысячелетиями методов и новейших лабораторных исследований мы сможем вдохнуть полной грудью. Бум популярности приложений для медитации и фитнес-трекеров свидетельствует о том, что люди стали заботливее относиться к своему здоровью. Они стремятся лучше понимать свое тело – первоклассно слаженный организм. Эксперты и просто те, кого коснулись эти проблемы, поделятся в нашей книге своим опытом и наблюдениями…

«Хитрость в том, чтобы продолжать дышать», – поет Ширли Мэнсон, фронт-вумен рок-группы «Garbage». Но как дышать? В школе нас учат сосредотачиваться на определенных вещах и осваивать новые смыслы. Начинаем работать – и постигаем тонкости совместной деятельности и поиска креативных решений. Но никто не прививает нам навык использовать при этом дыхание. Великий французский художник Марсель Дюшан на вопрос о своей профессии ответил: «Я дышу». «Каждая прожитая секунда, каждый вдох – произведение искусства», – заявлял он. Осмыслить это – наш первый шаг.

Кристофу до последнего вздоха

Часть I
Всё и вся есть дыхание

Глава 1. Пыхающая машина. Так дышит человек

Гинекологическая клиника Таксисштрассе расположена в зеленой зоне мюнхенского района Герн, на тихой боковой улочке. Основанная более столетия назад как материнский приют, она превратилась в специализированную клинику акушерства и гинекологии, в которой ежегодно рождается более трех тысяч семисот детей. Доктор Николаус фон Оберниц, главный врач акушерского отделения, принимает меня в своем кабинете. Роды, безусловно, радостное событие, и всё же они стоят женщине колоссального напряжения физических, а зачастую и душевных сил. Я смотрю на моего собеседника и думаю: «Если кто и может облегчить роженице страдания, то, конечно, фон Оберниц». Он – с его ангельской улыбкой и словно высеченным из мрамора завитком волос – являет собой идеальный образ акушера. И развешанные на стене фотографии его собственных детей, несомненно, действуют на будущих мамочек умиротворяюще.

Перед нашей встречей я побывала зрителем на трех кесаревых сечениях. Мы дышим всю жизнь, но ни один вдох не имеет такого значения, как первый. И где еще, если не в родильном доме, узнавать, как функционирует дыхательный аппарат? И речь не только о дыхании новорожденных. В последние недели беременности возрастает давление матки на нижнюю полую вену, проходящую позади. Соответственно, к сердцу поступает всё меньше крови, что может привести к кислородной недостаточности и учащенному сердцебиению. Мать часто воспринимает это как паническую атаку. А далее – сильнейший стресс, если показано кесарево сечение. «Роды – это всегда пограничное состояние, – говорит Николаус фон Оберниц. – Во время беременности мать и дитя имеют симбиотическую связь: они едины и дышат вместе. Роды их разделяют. Это во всех отношениях болезненно». При естественных родах – которые могут длиться до четырнадцати часов – гормоны и схватки подготавливают легкие плода к первому вдоху. Кесарево сечение продолжается около пяти минут. «Число новорожденных, нуждающихся в респираторной поддержке, при кесаревом сечении несколько выше, чем у младенцев, появившихся на свет естественным путем, – продолжает доктор. – У некоторых наблюдается синдром "мокрого легкого", когда их легкие всё еще наполнены остатками околоплодных вод. Это осложняет газообмен, и их жизнь начинается с удушья».

НАРУЖУ ЗА ГЛОТКОМ ВОЗДУХА

«Естественные роды» – довольно нелепое название для мучительного процесса, который растягивается на четырнадцать часов. Мать Айи уже несколько часов сотрясается в схватках. Родильный зал – светлое уютное помещение. И если бы не большой операционный светильник над кроватью, можно было бы принять его за просторную больничную палату. За окном вовсю светит солнце, но здесь отопление включено. Новорожденные не могут регулировать температуру тела, поэтому во многих помещениях клиники тепло, как в предбаннике. Будущая мать лежит на спине, упираясь ступнями, обхватив ноги под коленями, – так ей удобно подтягиваться, когда придет черед следующей серии схваток. На передышку едва хватает времени. Губы роженицы побелели от напряжения, щеки раскраснелись, лоб покрылся испариной. Она измученно стонет. Акушерка Кристина Лангер успокаивающе кладет ладонь на ее бедро. «Тужься, тужься! – подбадривает она. – Хорошо. Теперь отдышись». Мама Айи откидывается обратно на ложе, открывает глаза. Пытается глубоко дышать, но мешает боль. Она задыхается. Ее муж озабоченно старается помочь и дышит вместе с ней – рука на плече, губы возле уха. «Еще нет, – притормаживает акушерка очередной приступ. – Выдохни свою боль!» У североафриканских народов считается, что роженица одной ногой стоит на земле, а другой – на том свете. Мама Айи выглядит так, словно ей легче умереть, чем пережить еще одни схватки. Но послушно втягивает воздух. «Дыхание не только помогает матери расслабиться, – объясняет Кристина присутствующим, – но и обеспечивает ребенка кислородом, если дышать глубоко и ровно».

Боли во время родов запредельны. В одном шведском исследовании более сорока процентов женщин показали, что роды – худшее из всего, что им пришлось испытать в жизни. И немудрено, если при этом еще и останавливается дыхание. А женщина поддается страху и даже панике. В конце концов, организм находится в экстремальных условиях. Мать не должна дышать поверхностно, иначе у ребенка наступит гипоксия. Дыхательные тренинги для беременных – в Германии над ними посмеиваются, называя «хехель-курс»⁴, – обучают будущих мам различным дыхательным техникам, которые помогут расслабляться, несмотря на сильные схватки. «Боль утоляется правильным дыханием», – убеждена акушерка.

В родовом зале намечаются перемены: Айя вот-вот появится на свет. Входит акушер-гинеколог. Она пальпирует живот, легко проводит рукой донизу. «Можете уже потрогать вашу дочку», – приглашает она. Мама Айи наклоняется и восторженно нащупывает головку в своем родовом канале. Но следующая волна боли отбрасывает ее назад.

Для Айи дыхание будет в новинку. Сорок недель она росла в животе матери. И уже на третьей неделе из передней кишки выпятилось нечто шаровидное, которое непрестанно развивалось, а сегодня будет использовано впервые, – легкие. Они еще наполнены жидкостью. Это защитный механизм, чтобы тонко разветвленный орган не спадался. Но Айя уже потренировалась в дыхании. Ее метод: икота. При ней диафрагма сокращается, жидкость устремляется в легкие, и они расширяются. Мама ощущала это как слабые толчки. Плод в утробе получает кислород через пуповину. В плаценте находится мембрана, которая пропускает газы и питательные вещества, не смешивая кровь матери и ребенка. Теперь, когда начались схватки, жидкость постепенно выдавливается из легких, и Айе придется распрощаться с теплой влажной средой.

Переход станет для нее неожиданностью. Возможно, даже болезненной. Никто не знает точно. Хотя каждый из нас однажды пересек эту черту, вспомнить никому не дано. «Так, теперь тужься! Тужься!» Мама Айи дрожит от напряжения. Показывается головка: лобик, закрытые глазки, носик. Еще толчок – и акушерка, с потоком вод и крови, высвобождает тельце из чрева, которое девять месяцев было для него родным домом. Подхватив девочку под мышки, Кристина Лангер высоко поднимает ее. Она укладывает ребенка животиком на свое предплечье. Его веки плотно сжаты, мокрые черные волосики прилипли к темечку, цвет кожи отливает восковой синевой. Попка покрыта желтоватой сыровидной смазкой, из живота свисает пуповина – толстый, перекрученный лиловый канатик. «Вы справились!» – радостно объявляет Лангер. Но дело еще не закончено. В течение минуты малышка должна сделать первый вдох. Первый из сотен миллионов. И в ожидании этого события все остальные тоже затаили дыхание.

ПЕРВЫЙ ВДОХ

Новое окружение Айи чужое и холодное. Она на руках у доктора. Ее мама всхлипывает то ли от радости, то ли от облегчения. Малышка щурит глазки. При прохождении через родовой канал организм ребенка 10 получает гормональный удар, гораздо более сильный, чем приступ при инфаркте миокарда. Он выводит из легких остатки околоплодных вод. Айя сморщивает личико. Кряхтит. Ее первый вдох. А затем шипит, как злая кошка.

С этого момента с каждым подъемом грудной клетки воздух будет устремляться в трахею. Если следовать вниз за потоком воздуха, то примерно через двенадцать сантиметров достигнем первого разделения бронхиальной системы на два главных бронха. Они, в свою очередь, разветвляются на всё более мелкие ветви, в общей сложности свыше двадцати раз. Если отлить модель в пластике, то дыхательные пути Айи выглядели бы как дерево с густой кроной, но без листвы. Отсюда и название: бронхиальное дерево. Конечные веточки заканчиваются микроскопическими канальцами: bronchioli respiratorii⁵. На них крепятся крошечные легочные пузырьки – альвеолы.

Альвеолы, собственно, и являются «дыхательной тканью» легких. Без них газообмен невозможен. Поскольку они формируются лишь с двадцатой недели беременности, рожденному раньше этого срока ребенку не помогла бы выжить и искусственная вентиляция легких. Для того чтобы они оставались подвижны, стенки альвеол выстланы сурфактантом, тонкой пленкой, которая помогает легким расширяться и препятствует их спаданию. «Это вещество развивается только на двадцать четвертой неделе, – объясняет Николаус фон Оберниц. – И если возникает угроза преждевременных родов, матери часто назначают инъекции кортизона, чтобы ускорить созревание легких плода».

Пока что легкие Айи находятся в процессе роста, сейчас в них насчитывается от 50 до 100 миллионов легочных пузырьков. К пятнадцати годам этот орган сформируется полностью, и их число увеличится до 300–400 миллионов. У взрослого человека – в зависимости от пола, возраста, роста и тренированности – их площадь равнялась бы размеру большой квартиры: 70–140 квадратных метров. Такая поверхность необходима, чтобы в достаточном количестве передавать кислород из вдыхаемого воздуха в кровь и выводить из нее углекислый газ. Каждый пузырек оплетен сетью тончайших кровеносных сосудов. Здесь ветвится около 2400 км капилляров – такой густоты нет больше нигде в теле. Через эту хрупкую систему ежедневно перекачивается более 7000 л крови. Звучит ошеломляюще, не правда ли? Но из всего этого количества эффективно участвует в газообмене лишь доля величиной с бокал красного вина.

Газообмен происходит у аэрогематического барьера. Эта мембрана, толщиной в одну восьмидесятую листа бумаги, отделяет альвеолы от заполненных кровью сосудов. Она должна быть такой тонкой, чтобы газ мог свободно проходить через нее: данный процесс называется диффузией. Стимулом служит парциальное давление вдыхаемого и выдыхаемого газов. Воздух представляет собой газовую смесь. Парциальное давление каждого газа соответствует его доле в общем давлении. Это открытие сделал английский естествоиспытатель Джон Дальтон на рубеже XIX века. Сын бедного ткача, в одиннадцать лет он оставил школу, в двенадцать сам начал преподавать. Самым выдающимся объектом его исследований стала погода, которую он изучал с помощью собственноручно изготовленных барометров и термометров. На основе многолетних испытаний в 1805 году он сформулировал так называемый первый закон Дальтона. Суть его в следующем: поскольку кислород имеет иное парциальное давление, чем, например, азот или углекислый газ, он может перемещаться независимо от них – в частности, проникать через стенки альвеол в кровь.

Диффузия есть физическая основа дыхания. Эволюция живых организмов протекала на протяжении двух миллиардов лет, и с тех пор изменения не слишком значительны. Почему так? Она дает возможность получать энергию, не истощая силы организма. Диффузия – процесс пассивный и во всех высокоразвитых существах протекает примерно одинаково: у муравьев и малиновок так же, как у форели или жаб. Действия молекул кислорода и двуокиси углерода можно сравнить с поведением туристов у бассейна при отеле: после завтрака каждый старается разложить свой лежак как можно дальше от других. В итоге все обустраиваются так, чтобы иметь достаточно личного пространства. Частицы газа тоже стремятся распределиться оптимально – подальше от мейнстрима в места с наименьшей концентрацией. Для кислорода из вдыхаемого нами воздуха оптимальным является переход в текущую рядом кровь, где его мало. Там его захватывает гемоглобин, содержащийся в красных кровяных тельцах, и тащит сначала в левый желудочек сердца, а оттуда по артериям разносит в клетки. А углекислый газ, напротив, рвется из крови, где слишком много его молекул упражняется в бассейне. Он переходит в легочные альвеолы. И все довольны – даже если соразмерного насыщения в идеале никогда не достичь.

Живые организмы проходят различные стадии, но принцип диффузии при этом не меняется. Так, будучи личинками, амфибии дышат жабрами, позже – легкими и кожей. Дыхание Айи до рождения тоже было иным. Жизнь в нее «вдыхала» мать. Впрочем, через пуповину кислорода поступало намного меньше, чем содержится в крови матери. Разницу уравновешивало почти вдвое большее содержание гемоглобина – уникальная транспортная возможность для жизненно необходимого газа. Его парциальное давление в теле плода настолько низкое, что эксперты сравнивают условия в матке с атмосферой на горе Эверест. Говорят, первый вдох новорожденного – в то же время последний умирающего плода.

Прежнее средство снабжения Айи кислородом сейчас лежит между ног ее матери. Это плацента – круглый кусочек ткани, исчерна-красный, мясистый, напоминающий кусок печени. Акушерка осторожно поворачивает ее. Сторона, которая в матке была обращена к ребенку, похожа на гравировку: дерево с широко раскинутыми ветвями. «Мы называем это древом жизни», – говорит акушерка. Плацента, бронхи, береза – природа снова и снова калькирует свои лучшие чертежи и масштабирует их на свое усмотрение. Форма одна и та же, а связует их дыхание.

Иногда первый вдох не желает свершиться. Для родителей это ад. На такой случай у акушеров есть в запасе особые хитрости: вытереть насухо, растереть попку, разогреть, помассировать ступни. В прежние времена врачи резко размахивали новорожденным вверх-вниз, высоко над головой, в надежде, что легкие наполнятся воздухом вроде полиэтиленового пакета на ветру. Довольно свирепое приветствие, не правда ли? Акушерка показывает маме начисто протертую Айю. «Не хотите перерезать пуповину?» – обращается она к отцу. Направляет его руку с ножницами к нужному месту: «Жмите сильнее!» Отец щелкает и разрывает связь, которая долгие месяцы обеспечивала Айю всем необходимым. Из единой дышащей сущности образовалось две. Правда, с дыханием у Айи пока не ладится. Акушерка вызывает по рации врача. «Не волнуйтесь, – успокаивает педиатр. – Я просто коротко осмотрю вашу дочку». Он относит завернутую в белый конверт малышку на пеленальный стол. Та слабенько урчит. Доктор осторожно продвигает в гортань похныкивающему ребенку трубочку толщиной со спичку и отводит застоявшуюся в ней жидкость. «Всё в порядке, – он возвращает матери Айю, которая уже дышит свободнее. – Она всего лишь кроха».

В течение восьми месяцев сердечко Айи размером с грецкий орех уже билось самостоятельно. И сейчас еще в нем остается отверстие – остаток системы материнского жизнеобеспечения, к которой Айя была присоединена до недавнего момента. «Пока легкие не запущены, они не должны слишком интенсивно снабжаться кровью», – рассказывал мне Николаус фон Оберниц. Через отверстие, называемое foramen ovale⁶, кровь могла перетекать непосредственно из правого предсердия в левое, в обход малого круга кровообращения. После рождения дыхание младенца меняет давление, окно закрывается. Ставшее ненужным, оно зарастает в течение нескольких дней в трех случаях из четырех. Но даже останься foramen ovale Айи открытым – ничего страшного: четверть населения планеты живет с этим. Разве что (согласно последним данным) такие люди больше подвержены мигреням. Но есть ли тут зависимость, пока не ясно. Также предполагается связь с несчастными случаями декомпрессии у аквалангистов. Однако доказательств нет. И это одна из многих нерешенных загадок нашего дыхания, несмотря на десятилетия исследований.

ВПЛОТЬ ДО КЛЕТКИ

Дыхание кажется нам самым простым делом на свете. Каждый знает, как оно функционирует. Даже объяснить это инопланетянину не составит труда, по крайней мере в общих чертах: кислород поступает в организм, углекислый газ выводится наружу – ничего сложного. Тем не менее помимо вентиляции, аэрации легких, в тканях происходит довольно сложный процесс обмена веществ: внутреннее дыхание. Наш организм – система, которая работает наилучшим образом, когда в ней всё уравновешено. Процесс, поддерживающий равновесие, называется гомеостазом. А для него необходима энергия. Она образуется, когда в клетках окисляются питательные вещества. Ткани не могут запасаться кислородом, поэтому нуждаются в его непрерывном поступлении. Насколько эффективно он будет переработан, зависит от нашей производительности. Внешнее дыхание определяет наш голос и способно регулировать чувства. Так что совсем не лишнее – понимать строение и функции дыхательного аппарата.

Айя дышит часто и беспорядочно. Ее грудная клетка с трудом поднимается, на мгновение зависает и снова приходит в движение. Как и все новорожденные, она еще нащупывает ритм своего дыхания. Такие перебои первого дня беспокоят родителей, если они к этому не подготовлены. Особенно когда младенец такой хрупкий, как Айя. Ее носик размером едва ли с полмизинца. Если она пойдет в мать, со временем крылья носа раздадутся, а спинка его, скорее, останется плоской. Никому не ведомо, как в результате эволюции развился по центру лица такой костно-хрящевой каркас. Он, конечно, не столь избыточен, как лисий хвост на зеркале заднего вида, но довольно экстравагантен. Во всяком случае, на нем держатся очки и он вполне подвижен, чтобы нюхать.

Решающим фактором является проход от ноздрей почти что до середины черепа. Носовая перегородка делит проход на правую и левую части. Преддверие носа – куда еще входит палец – заканчивается порогом; здесь проход становится узким и изогнутым, что осложняет движение воздуха. По сравнению с дыханием ртом дыхание носом труднее вдвое. Три носовые раковины разделяют прохождение воздуха на три хода в полости носа. Вдыхаемый воздух большей частью проходит по среднему; выдыхаемый, напротив, использует нижний. При этом в узких и изогнутых проходах возникают завихрения. Они играют важную роль: слизистая оболочка носа, как мухоловка, захватывает всё, что проносится в непосредственной близости от нее. Сорок пять тысяч мелких желез, заложенных в слизистой, выделяют более полулитра секрета в день (так что маме Айи придется потрудиться в первые годы, вытирая и прочищая ее нос). Тонкие подвижные реснички эпителиоцитов эвакуируют упакованные в слизь вредные вещества. Крупные частицы пыли и пыльцу волоски останавливают еще в преддверии. Мелкие вылавливаются в носовой полости. Таким образом нос отфильтровывает из воздуха до пятидесяти процентов пылинок и бактерий. И только самая тонкая пыль проникает в нижние дыхательные пути.

Нос защищает наш чувствительный организм от не поддающегося контролю внешнего мира. Он работает не только как фильтр, но еще и как кондиционер и увлажнитель воздуха. Атмосферные условия в окружающей среде постоянно меняются: то жарит солнце, то валит снег. Вот вы в сауне. А в спальне влажно из-за белья на сушилке, в гостиной же воздух сухой от отопления. Всё это не беспокоит наши дыхательные пути, поскольку они защищены системой шлюзов: на дистанции в семь сантиметров носа воздух согревается благодаря густой сети мелких кровеносных сосудов до тридцати с лишним градусов – даже если снаружи минус восемь, а влажность увеличивается до девяноста процентов. Буквально за десятую долю секунды. Но, как каждый кондиционер, наш потребляет массу энергии. Кое-что из нее организм компенсирует при выдохе: воздух, выходящий из легких, согревает и увлажняет слизистую оболочку – и застывшие на морозе руки, если на них подышать. Капля под носом? Часто это всего лишь конденсат. Такой воздухообмен экономит до сорока процентов энергии. Животные пустыни, вроде верблюдов или иглистых мышей, приспособлены к среде еще лучше: их носы почти не теряют влагу. А вот собаки, чтобы охладиться в жару, свешивают язык для испарения и дышат часто и поверхностно.

Хотя нос и является высокопроизводительной системой, он очень чувствителен к помехам. Острая еда или высокий уровень эстрогена? Слизистая тут же бьет тревогу – и нос отекает. Насколько сильно – определяют рецепторы, реагирующие на воздушные потоки и изменение температуры. Но иногда они обманываются. Например, ментол при насморке как бы «освобождает» нос – чувство, знакомое каждому, – хотя и не оказывает противоотечного действия. Просто рецепторы регистрируют «приток свежести», на самом же деле воздух как раз не проходит. Часто зимой нос закупоривается, поскольку холодный наружный воздух легче согревать в небольшом пространстве. Иногда это вызывает обратный эффект: раз недостаточно воздуха проходит через нос, остается только дышать ртом.

Дыхание через рот – всего лишь вспомогательный элемент. Это было известно уже создателям Библии: «И создал Господь Бог человека из праха земного, и вдунул в лицо его дыхание жизни, и стал человек душою живою» (Бытие, 2:7). В первоисточнике сказано «вдунул в его ноздри», а не «в рот», ибо первый относится к дыхательным путям, второй – к пищеварительному тракту. Рот, конечно, тоже согревает и увлажняет воздух, однако сам быстро пересыхает, оставаясь открытым. Это изменяет условия жизни микроорганизмов, находящихся в ротовой полости, и способствует развитию кариеса. Кроме того, вдох через нос (но не выдох) активизирует в головном мозге амигдалу и гиппокамп, как доказали неврологи Северо-Западного университета Иллинойса. Во время вдоха испытуемые быстрее распознавали лица и лучше отслеживали предметы. В следующем эксперименте на вдохе они легче различали испуганное и удивленное выражение лиц. Исследователи усматривают в этом явлении возможное биологическое преимущество: страх подстегивает дыхание, увеличивается его частота, и таким образом стимулируется мозг. И что поразительно: при дыхании через рот подобного эффекта не наступает. Большинство людей машинально дышат носом, когда, например, догоняют автобус или едут на велосипеде в гору. Поэтому продолжительный насморк столь же мучителен, как жизнь с астмой.

Новорожденные – убежденные сторонники носового дыхания и ударяются в панику, если нос заложен. В утробе они защищены материнскими антителами в своем организме. Их собственная иммунная система формируется полностью только после рождения. Отсюда их уязвимость для инфекций. То, что сейчас шумит в легких Айи, – это настоящий вызов для органа, приступившего к своей службе: он должен перестроиться при переходе от стерильных околоплодных вод к недружественной среде, наполненной микроорганизмами, пылью, химикатами. Ее нос старается перехватить как можно больше аллергенов и возбудителей болезней, чтобы разгрузить легкие.

Возможно, поэтому у Айи еще не столь ярко выражен феномен, который называется «назальный цикл». Большинство взрослых дышат активнее попеременно то одной, то другой ноздрей, потому что прилив крови к тканям увеличивается поочередно. Об этом известно уже давно. Впервые назальный цикл упоминается в 1895 году в труде доктора из Бреслау Рихарда Кайзера «Точное измерение воздухопроницаемости носа». Но хотя по этой теме проведено уже много исследований, по-прежнему не ясно, почему носовые ходы работают попеременно. Или какова продолжительность каждой фазы. Данные варьируются от часа до семи. Когда происходит смена, организм направляет больше крови к тому каналу, который делает паузу. Воздух, а заодно с ним вредные вещества и патогены усиленно устремляются в свободный проход. Возможно, таким образом носовые ходы по очереди отдыхают от трудов. В носу расположен и орган обоняния. Здоровый человек может распознать более десяти тысяч различных запахов и на их основе принять важные решения. Например, является ли пассажир, подсевший к тебе в поезде, тем, рядом с которым захочется просыпаться по утрам. Или куда вылить молоко из холодильника – в кофе или в раковину. Смена носовых проходов, может быть, помогает поддерживать внимание к такой обонятельной информации. Некоторые исследования прослеживают связь с двумя антиподами в нашей нервной системе: симпатическим и парасимпатическим отделами. Первый повышает нашу готовность к активным действиям, второй отвечает за покой. Соответственно, пока доминирует правая ноздря, приоритет у левого полушария головного мозга и симпатического отдела: учащается число сердечных сокращений, поднимается давление. Доминирует левая ноздря, у руля правое полушарие и парасимпатический отдел, отвечающий за покой.

Но и здесь данные экспериментов весьма противоречивы. Если же вы всё-таки хотите проверить, какая сторона носа сейчас функционирует активнее, поднесите к ноздрям зеркало и посмотрите, где оно больше затуманится.

В своих мемуарах «What happened»⁷, написанных после проигрыша выборов Дональду Трампу, Хиллари Клинтон рассказывает, как перемена дыхания помогала ей уберечь нервы в предвыборной борьбе. В этом упражнении, взятом из йоги, человек в определенной степени берет назальный цикл под контроль: зажимая одну ноздрю, вдыхает, другую – выдыхает, а затем меняет сторону. Периодические процессы в мозге вряд ли могут так просто регулироваться; однако, как показывают некоторые исследования, спокойное, контролируемое дыхание, независимо от упражнений, тем не менее расслабляет.

«Теперь можете приложить ребенка к груди», – советует акушерка маме Айи, которая бережно держит дочку в своих объятиях. Айя морщит личико и сопит. Есть пока не хочется. А мне любопытно, как она это будет делать. Новорожденные обладают удивительной способностью, которой позавидовали бы гости «Октоберфеста»: им не надо прерываться при поглощении молока, потому что они могут глотать и одновременно дышать носом. У взрослых так не получится. Ротоглотка заканчивается двумя трубками: пищевод расположен в задней части шеи, перед позвоночником; трахея – в передней части, под гортанью. У них общее начало в глотке (так называемый «вход в гортань»), что может приводить к некоторым осложнениям. Когда участник фестиваля выпивает свою кружку, пиво, направляемое языком, течет в пищевод. На своем пути оно наталкивается на нёбную занавеску, которая, отклоняясь назад и вверх, закрывает проход к носу, и напиток не вытекает ненароком из ноздрей. Одновременно сильные мышцы приподнимают гортань, в результате чего надгортанник, который при дыхании направлен вверх, опускается и прикрывает дыхательное горло. Он защищает трахею от попадания пива, пенящегося вокруг него. Для пущей надежности лежащие под ним голосовые складки, известные также как «голосовые связки», смыкаются. Исправный механизм, который редко отказывает. Если всё-таки сбой случается, то нервы гортани активируют кашлевой рефлекс, ведь жидкость в легких смертельно опасна. Итак, кхе-кхе – прочь отсюда! Гортань новорожденных расположена так высоко, что молоко свободно протекает в пищевод, не затрагивая трахею. Через несколько месяцев гортань опустится, что даст свободу голосу, но во время еды потребует передышек. Приятное обстоятельство в компании за столом!

В то время как пути поставки жидкостей организму представляют собой дороги с односторонним движением – приступы тошноты не в счет, – газы транспортируются по принципу двустороннего движения. «Свежий» и «использованный» воздух встречаются и смешиваются. Это не особо эффективно: около четверти вдыхаемого воздуха не поступает прямо в легкие. Зато дыхательная система контролирует протекание: вредные вещества лучше улавливаются, а воздух сохраняет влажность. Компактно упакованные в грудную клетку легкие – во многих отношениях компромисс природы. Насколько больше воздуха мы получили бы, если бы вдыхали без обводных каналов всей площадью легких? Если развернуть легочные альвеолы и переместить их наружу, мы таскали бы за собой шлейф размером с квартиру. Непрактично. Вместо этого природа распределила альвеолы почти идеально в предоставленном ей пространстве. И организм слаженно трудится, чтобы доставить кислород в глубину, где они расположились. Словно ветер при изменчивых метеоусловиях, дыхательная мускулатура перемещает газы туда-сюда, попеременно изменяя давление воздуха. Легкие при этом остаются пассивными. Внутренние межреберные и некоторые другие мышцы особо активны лишь при принудительном выдохе, если в бронхи что-то попало или они раздражены.

Легкие имеют тенденцию к сокращению. Если бы у них был выбор, они сохраняли бы объем как при самом полном выдохе. В их волокнах содержится эластин – белок, который, как следует из названия, позволяет им растягиваться. Отнюдь не кожа, а ткани легких – самые эластичные в организме. Поэтому они не обвисают, несмотря на примерно двадцать тысяч дыхательных движений в день. В отличие от легких грудная клетка всегда шире необходимого: особенно летом при купании на свежем воздухе, но не только – она всегда выпукла с запасом. Однако в состоянии покоя между двумя дыхательными движениями ее разнонаправленные силы идеально сбалансированы.

Вообще, говоря о легких, надо иметь в виду, что это парный орган: разделенные средостением, каждое расположено в своей плевральной полости. Грудная клетка, окружающая их, состоит из двенадцати ребер, грудины и грудного отдела позвоночника. Это чудо природы выдерживает в статике сдавливание с силой в 400 кг. Так что оба легких внутри достаточно хорошо защищены. Равно как и сердце между ними, и пищевод. Дыхательные мышцы поверх них растягиваются, как рыбьи кости. При вдохе наружные межреберные мышцы раздвигают и приподнимают ребра, и объем легких увеличивается; на выдохе ребра опускаются – это грудной тип дыхания. Так мышцы вносят в дыхательный процесс свои двадцать процентов. Хотите их простимулировать – легонько помассируйте по длине, слабо надавливая между ребер. Им на помощь часто приходят вспомогательные мышцы спины и шеи. «Тренировка этих групп мускулов дает решающее преимущество не только спортсменам, борющимся за медали в видах спорта на выносливость, – говорит в одном из интервью профессор спортивной физиологии Института физических и спортивных наук при Швейцарской высшей технической школе Цюриха (ETH Zürich) Кристина Шпенглер-Вальдер. – Я рекомендую это каждому, кто чувствует, что слишком быстро задыхается». Брюшные мышцы подключаются к процессу дыхания, только когда возникает напряжение. Или для того, чтобы снять давление при кашле или рвоте. Лидер здесь диафрагма. Этот плоский сильный мускул разделяет грудную и брюшную полости. Куполом он поднимается к легким, оставляя небольшую выемку для сердца. При сокращении диафрагмы она может опускаться на десять сантиметров, увлекая за собой легкие. Средний дыхательный объем – пол-литра воздуха на вдохе и столько же на выдохе – увеличивается до трех литров. Свыше десяти тысяч литров перемещает диафрагма за день. И поистине упорно! Сверху сопротивляются легкие, внизу дает отпор желудок, часто хорошо наполненный. Печень, селезенка, почки – все стоят на пути. Даже в положении лежа самая главная дыхательная мышца не знает покоя. Органы брюшной полости толкают ее наверх. Соответственно, в этой позиции невозможно сильно напрягаться. В мышцы не поступает достаточно кислорода.

Возмущение диафрагмы нервирует страшно. Если вдруг диафрагма и межреберные мышцы сожмутся синхронно на пять сотен миллисекунд, голосовые складки закроют дыхательные пути. И тут надо вдохнуть. Оп-па! На латыни это судорожное удушье называется singultus, а попросту – икота. Неумеренное количество пищи в желудке, алкоголь, сигареты, медикаменты, стресс в конце концов, – многое может заставить диафрагму конвульсивно сокращаться. Зачем нужна икота? Какую функцию она несет в организме взрослого человека? Науке неведомо. Во всяком случае, она проходит так же внезапно, как и подступает. Врачи отсчитывают хроническую форму от сорока восьми часов. К счастью, столь эпическое продолжение бывает редко. Икать двое суток – это же пытка! В домашних условиях врачи рекомендуют маневр Вальсальвы, названный в честь итальянского анатома Антония Вальсальвы, впервые описавшего этот прием в 1704 году: зажать нос, надуть щеки и попытаться сделать сильный выдох. Кроме того, можно попробовать гипервентиляцию, выдыхая в пакет и вдыхая оттуда (только не в одиночестве!), массаж акупунктурных точек переносицы, полоскание, стакан холодной воды залпом, легкие нажатия на глазные яблоки под закрытыми веками, потирание подложечной области. Что-то в этом есть; ну а если всё перепробовали и сомневаетесь – возможно, тем временем даже особо привязчивая икота пройдет сама собой. Лично мне помогает техника суперсупермаксимального вдоха: сделайте как можно более полный выдох, потом глубокий вдох, на десять секунд задержите дыхание, вдохните еще немного (супермаксимально), не дышите пять секунд, еще небольшой вдох сверх возможного (суперсупермаксимально), снова пять секунд задержки – и, наконец, пуф-ф-ф! – выдохнули. Фокус в том, что задержкой дыхания вы повышаете парциальное давление углекислого газа, а с другой стороны – удерживаете диафрагму в состоянии покоя. Тут либо пройдет икота, либо я так обессилею, что мне будет не до нее. И пусть диафрагма иногда доставляет нам неудобства, но она жизненно важный орган. Рожденные без него младенцы, как правило, умирают сразу после появления на свет. Своими дыхательными упражнениями с икотой в околоплодных водах еще не рожденный ребенок сигнализирует: со мной всё в порядке. Тем более что с этими толчками, заметными даже извне, его организм наполняется серотонином. Так что малыш учится не только дышать, но и быть счастливым.

Греки называли диафрагму «phrén» и считали ее местом обитания души. «Что ты замышляешь в своей косматой душе (диафрагме = phrén)?» – допытывался Ахиллес у Одиссея. Это греческое слово стало составной частью названия тяжелого психического заболевания – шизофрении (буквально: «расщепление рассудка»). И попало в наименование псевдонауки френологии, основанной в начале XIX века австрийским врачом и анатомом Францем Йозефом Галлем, который пытался каждому психическому свойству определить локализацию в мозге и на черепе.

Диафрагмальное, или брюшное, дыхание слывет «хорошим» или «правильным» в противопоставление реберному, или грудному, дыханию, при котором верхняя часть туловища заметно поднимается и опускается. Однако они не являются альтернативой друг другу – это равноправные виды с различным фокусом. В положении лежа, когда ребрам не слишком удобно раздвигаться, автоматически преобладает диафрагмальное дыхание. Узкие джинсы, говяжий рулет из столовой, беременность или путь от бассейна до лежака поощряют грудное дыхание. Стресс, астма перемещают его еще этажом выше – так называемое ключичное дыхание, в котором задействованы мышцы шеи и плечевого пояса. Оно не только неестественно – в нем слышится напряженность. Напротив, дети автоматически дышат гордо выпяченным животом. Когда вы участвуете в теннисном матче или громком пении, не суть важно, какой вид дыхания превалирует. Но если вы надолго исключаете диафрагмальное дыхание, то рискуете утратить полное дыхание, а с ним и естественное чувство свободы. Кроме того, органы брюшной полости загрустят, если диафрагмальное дыхание будет проскальзывать только во сне, – для них это хороший массаж.

Иногда нашим дыханием правят чувства. Смех – это стаккато с глубоким втягиванием воздуха между выдохами. Вздох – драматический вдох, сопровождаемый смиренным выдохом и многозначительной паузой в конце. Великая драма! Кашель с шумом вырывается изо рта. При этом голосовая щель остается закрытой. Широкая мышца спины всё сильнее сжимает грудную клетку, пока давление не достигнет предела и взрывной выдох не сотрясет всё тело. Окружающие обычно спешат отступить. Какие силы действуют при кашле, хорошо видно, когда тяжелоатлет включает дыхание прессом. Оно действует по тому же принципу и позволяет штангисту взять вес свыше четырехсот килограммов – это равно двум зрелым львам на другой чаше весов. Чихание – часто тоже очень громкое – начинается глубоким вдохом, а разряжается энергичным выбросом через нос. Им Айя уже овладела. Младенцы чихают часто – так они чистят верхние дыхательные пути.

Без кислорода нет жизни. Но, странным образом, для стимуляции дыхания у взрослого человека не играет решающей роли, достаточно ли его во вдыхаемом воздухе. А вот на повышающуюся концентрацию углекислого газа в крови (а вместе с тем и изменение показателя pH) дыхательный центр реагирует крайне чувствительно. Когда при задержке дыхания мы чувствуем позыв к вдоху, то вовсе не потому, что организм испытывает кислородное голодание: он просто хочет избавиться от накопившегося углекислого газа. От его переизбытка кровь становится «кислой», а показатель pH (который в норме составляет около 7,4) существенно понижается. Подобные колебания выводят процесс обмена веществ из равновесия, поэтому при увеличении кислотности крови тут же реагируют хеморецепторы. Дыхательный центр, совокупность нейронов в стволовой части мозга, немедленно ускоряет и углубляет дыхание, чтобы предотвратить перекисление. Кстати, от поступления в ткани слишком малого количества кислорода рецепторы не раздражаются.

Избыточное содержание углекислого газа подстегивает дыхание. И наоборот, чрезмерное дыхание влияет на содержание углекислого газа. Стресс или страх подталкивают некоторых к гипервентиляции – один из случаев «фальшивого» дыхания. Человек в таком состоянии начинает дышать активнее, нежели необходимо, и отдает слишком много углекислого газа. Дыхательный импульс падает. Мышцы судорожно сжимаются. Кружится голова, что порождает еще больший страх. При гипервентиляции кажется, что не хватает воздуха, хотя кислорода в крови более чем достаточно. Задержка дыхания нарушает кругооборот. Но до человека это трудно донести. Здесь также на пользу трюк с пакетом: выдохнутый в него углекислый газ заново попадает в легкие, и таким образом уровень углекислого газа в крови стабилизируется – независимо от частоты дыхания.

У крови, которая транспортирует газы в ткани Айи, нет конечной станции. Она беспрерывно циркулирует до самых удаленных клеток. Каждый орган может в любое время освободиться от углекислого газа и забрать подвезенный кислород. Сила, стоящая за такой циркуляцией, – это сердце. Оно ритмично сокращается и вгоняет кровь в сосуды. Сердечные клапаны заботятся о том, чтобы она двигалась в нужном направлении. Путь бедной кислородом крови из правого желудочка в легочный ствол короткий – поэтому и говорят о «малом круге кровообращения». Большой круг поставляет обогащенную кислородом кровь из левого желудочка через аорту и артерии всем органам. А теперь внимание: путешествие одного эритроцита через всё человеческое тело длится примерно минуту.

Первооснову для современных медицинских книг заложили в Древнем Египте. Датированный еще XVI веком до н. э. папирус Эберса – одна из старейших сохранившихся рукописей – описывает среди прочего связь кровеносных сосудов с сердцем. И то, что вдыхаемый воздух снабжает легкие, древние тоже понимали благодаря бальзамированию. Правда, египтяне весьма причудливо объясняли связь между ушами и носоглоткой: «Дыхание жизни проникает через правое ухо, а дыхание смерти – через левое». Хотя вполне вероятно, что переводчик просто-напросто ошибся в прочтении иероглифа.

По легенде, китайский император Хуанди⁸ в своих трактатах о пульсе основал прикладную пульсовую диагностику, и сегодня используемую в традиционной китайской медицине. Самое раннее познание: в состоянии покоя сердце взрослого при вдохе совершает четыре удара, то есть шестьдесят – восемьдесят ударов в минуту. Частота сердечных сокращений Айи с ее ста двадцатью пока значительно выше.

В ее грудной клетке молекулы вдыхаемого воздуха ждут перехода в кровь. Не всем это удается. Примерно четверть объема каждого спокойного вдоха теряется в дыхательных путях: воздух «зависает» где-то между ротовой полостью, гортанью, трахеей и бронхами. А поскольку он не участвует в газообмене, медики называют это пространство «мертвой зоной» вентиляции. В альвеолах также остается часть воздуха. Азот, например, исполняет роль местоблюстителя: он отвечает за то, чтобы они не спадали, поскольку кислород или углекислый газ могут подоспеть в любое время. Вот как раз в легких Айи появились молекулы кислорода. Теперь кровь поставляет их туда, где они нужны: в ткани. Но можно лишь условно сказать, что они накапливают кислород: всегда есть клетки, где его не хватает. Кислород проскальзывает через их мембраны, как прежде через аэрогематический барьер. Избавившись от кислородного груза, красные кровяные тельца тут же подхватывают углекислый газ, отданный клетками, и отправляются в обратный путь. Вот только молекулы кислорода не знают: проникнув в клетку, они сделали шаг навстречу своей смерти.

Я покидаю Айю и ее родителей, чтобы мать могла спокойно покормить дитя. В первые недели младенцу требуется в среднем 650 килокалорий в день. Эту энергию поставляет солнце. Но в отличие от растений люди не могут получать ее непосредственно. Растения добывают углекислый газ из воздуха, воду из почвы и с помощью солнечного света превращают их в питательные вещества: углеводы, жиры или белки. Мама Айи получает эти вещества из пищи и передает их дочери с молоком. Затем митохондрии, своего рода электростанции в клетках, с помощью вдыхаемого кислорода образуют из питательных веществ фосфатное соединение аденозинтрифосфат (АТФ). Этот процесс называется внутренним, или тканевым, дыханием. АТФ, универсальная валюта организма, обеспечивает энергией все наши действия, от кропотливого труда отшельника до заказа пиццы по телефону. При полном окислении углеводов каждая молекула кислорода, использованная клетками, замещается молекулой углекислого газа, которую Айя должна выдохнуть. Помимо того, при синтезе АТФ образуется вода. В этой эндогенной воде атомы пополняются из вдыхаемых молекул кислорода. Так что каждая будущая слеза, пролитая Айей в кино, каждая капля пота, пролитая на футбольном поле, оставит в себе след ее дыхания.

Глава 2. Пар над первичным бульоном. Как на земле появилась возможность дышать

Вдохните. Ваш организм как раз требует этого. Сосредоточьтесь на вдохе. Сделайте этот глубокий вдох через нос (хорошо, если он у вас не заложен). Задержите дыхание. Чувствуете, как расширяется грудная клетка? Как опускается диафрагма? Благодаря тому, что давление воздуха в груди теперь ниже атмосферного, воздух из атмосферы устремляется в ваши легкие. Его не так много, как вам, может быть, кажется. Примерно с банку пива. Однако в нем множество всякой всячины: только что вы, как через шланг пылесоса, всосали в себя миллиарды молекул. Доля кислорода, столь необходимого вашим клеткам, здесь невелика: всего около двадцати одного процента. Наряду с ним вы вдохнули микроскопические капельки воды, столь же древней, как сама Земля. Углекислый газ, только что выдохнутый окружающими. Пылевые частицы мухи, несколько недель назад омертвевшей на подоконнике. И даже вещества не из вашего непосредственного окружения. Ведь ваше дыхание – часть гигантского процесса рециклирования во вселенной. Он объединяет вас со всеми живыми существами на нашей планете. С тысячами давным-давно взорвавшихся звезд. С прошлым и даже будущим (но об этом позже). А теперь выдохните – если вы этого еще не сделали.

Далеко на западе Австралии, в пустынном регионе, где проживает четыреста человек и гнездятся тысячи водоплавающих птиц, обжились одни из древнейших существ на Земле: тромболиты. Озеро Клифтон (Lake Clifton) – окруженное эвкалиптами и перечными деревьями озеро в национальном парке Ялгорап. У него необычная форма: оно простирается на двадцать один километр, при этом ширина нигде не превышает полутора километров. Его легко принять за море (побережье проходит за ним параллельно). Четыре тысячи лет назад озеро еще было лагуной. Сегодня из пряно пахнущих джунглей к его берегам ведет длинный зигзагообразный деревянный настил. Для озера оно слишком солоно и мелко. С высоких мостков просматривается дно. Ничто не нарушает тишину, кроме плеска волны и птичьих криков. Место, где можно вдохнуть полной грудью. Во многом благодаря тромболитам. Они лежат рядышком друг с другом в прибрежной воде – растянувшаяся на пятнадцать километров колония идеально округленных бурых валунов. И ничто не выдает того, что в них сокрыта жизнь. Или – что без их предков не было бы ни этого эвкалиптового леса, ни кенгуру, ни глазеющих на причудливые камни туристов вроде меня. Тромболиты – симбиоз крошечных водорослей и бактерий, обитающих в ими же построенных купольных залах. Преимущество здесь у цианобактерий. Хоть их и причисляют к бактериям, однако они, как растения, выделяют кислород. Возможно, дело в фотосинтезе, лучшем на свете механизме сохранения солнечной энергии. Через специальную мембрану внутри цианобактерии улавливают солнечный свет, чтобы позже из углекислого газа и гидрокарбоната кальция, которым богаты грунтовые воды, стекающие в озеро, синтезировать высокоэнергетический сахар. В остатке – кислород и известковые отложения, давшие этим ископаемым остаткам название. По-гречески thrombos значит «ком», «глыба»; lithos – «камень». Вырастая на десятую долю миллиметра в год, тромболиты проводят пограничную линию между живой и неживой природой. Старейшим экземплярам из озера Клифтон едва ли две тысячи лет. А вот их обитатели, цианобактерии, два с половиной миллиарда лет назад коренным образом изменили Землю.

Именно кислород отличает нашу Землю от восьми непригодных для жизни планет и малых тел Солнечной системы. На Венере, «младшей сестре» Земли, средняя температура составляет 468 удушливых градусов из-за парникового эффекта, вызванного двуокисью углерода и диоксидом серы. Марс – тоже не самая вожделенная цель путешествия: около нуля в теплые дни и минус сто в холодные. Тонкая атмосфера в среднем напоминает облако выхлопных газов нынешних автомобилей. Бета-версия Земли больше подходит для фона шутеров. Правда, в первые пару миллионов лет после образования нашей планеты не имелось ни одного объекта, в который можно было бы стрелять. После того как солнечный ветер сдул первичную атмосферу Земли, состоящую из водорода и гелия, через тонкую кору из недр вырвалась адская смесь с преобладанием азота и двуокиси углерода. Метеориты бомбили с небес, пока у Солнечной системы не кончились снаряды. Из трещин в поверхности вырывалась магма, вздымая сернистый пепел. Пар застил горизонты – и это при температуре свыше восьмидесяти градусов. А когда Земля остыла – дождь, дождь и дождь. Мрачная серо-сизая водная масса. Никакого райского сада. Но всё-таки в этом мутном первичном бульоне зародилось нечто невообразимое: жизнь.

На вопрос «как же это в точности произошло?» естествоиспытатели уже давно ищут ответ. Греческий философ Аристотель предполагал «самозарождение»: воздух и «тепло жизни», содержащиеся в таких средах, как дерево, роса или навоз, образуют питательную среду, в которой растут животные – например, угри и лягушки в грязи. Для Авиценны, средневекового персидского врача и ученого (XI век н. э.), жизнь проистекала от «создателя всех вещей», как мягкое мороженое из внематериального аппарата. Даже в XVII веке бельгийский врач и химик Ян Баптиста ван Гельмонт составил инструкцию, как вывести мышей: положить грязную рубашку в ящик с зернами пшеницы и оставить на три недели. Всё это соответствовало своему времени. Микроскоп еще не был изобретен. ДНК, «копировальная машина, дающая жизнь от жизни», – как писал в 1953 году своему двенадцатилетнему сыну первооткрыватель структуры этой макромолекулы Фрэнсис Крик, – еще не была обнаружена. Сегодняшние модели происхождения жизни, базирующиеся на длительных лабораторных экспериментах, изучении каменистых пород Луны и Марса или компьютерном моделировании, выглядят не менее фантастично. Согласно им, «первичный буль он» мог быть облучен мгновенно, подобно удару молнии, или постепенно, вроде воздействия ультрафиолетом, в результате чего углерод, водород и азот образовали аминокислоты, «кирпичики жизни». В гонку мест возникновения включились также кристаллы и радиоактивные штранды. Влияние извне тоже не исключено. По гипотезе панспермии, бактерии и споры могли быть занесены на Землю метеоритами из глубин космоса. И это не комиксы Marvel⁹, а нечто вполне реальное: упавшие в 1969 году в Австралии обломки метеорита, названного по месту нахождения Мурчисонским, содержали аминокислоты внеземного происхождения.

Более шестидесяти лет назад американский биолог Стэнли Миллер воссоздал в лаборатории предполагаемую первичную атмосферу Земли: аммиак, водород, метан и вода. Он облучал их вспышками, подобными молниям. Из всех соединений образовались жирные кислоты, сахар и аминокислоты. Однако не хватало важнейших компонентов для развития более сложных молекул. Между тем повсюду ученые «варили» свой собственный первичный бульон. Боже, какие нужны ингредиенты, чтобы химия перешагнула в биологию? Неведомо. Но, кажется, у нее есть истинно горячий сторонник. Земле уже исполнился миллиард лет, когда появился LUCA (Last Universal Common Ancestor) – «последний универсальный общий предок», общий знаменатель жизни на Земле. По геологическим масштабам это мелочь. Несмотря на эффектное появление, по сегодняшним меркам LUCA не более чем случайный гость на вечеринке. Он (или они) – поскольку жизнь возникла во многих точках в разное время и в разнообразных вариантах – оказался мертворожденным. Автотроф, метаболизирующий водород, двуокись углерода и азот, не переносил кислорода. К тому же он был экстремофилом, то есть купался в теплой, влажной сумрачной среде. Так же, как и его потомки, цианобактерии. Те тоже встречаются в экстремальных местах, невыносимых для других: арктических льдах, окрашивая их в розовый цвет; в горячих источниках Йеллоустонского национального парка, окрашивая их в радужные цвета. Даже в песчаных дюнах пустыни и приморских солончаках они чувствуют себя привольно. Так что в умеренно соленом озере Клифтон цианобактерии принимают расслабляющую ванну.

Место рождения LUCA, о чем свидетельствуют десятилетние генетические исследования, – морское дно в стоградусной воде «черного курильщика». Эти гидротермальные источники рождаются в океанских глубинах на стыке континентальных плит. Из океанической коры с копотью вырываются насыщенные железом, сероводородом и сульфидами металлов фонтаны. Охлажденные океанскими водами, выброшенные соединения снова оседают. Так образуются «камины» – крупные расщелины в скалах, в согревающей сени которых селятся целые коммуны светофобных микроорганизмов. LUCA со своими одноклеточными компаньонами так и остался бы навечно в уютном темном укрытии, но природа не терпит застоя. Она развивается дальше: в археи и бактерии. Археи, или «древние», способны выдерживать невообразимое. Например, methanopyrus kandleri процветают при температуре свыше ста градусов. Picrophilus torridus кислотоустойчивы, как никакой другой организм, и чувствуют себя вольготно даже в среде, эквивалентной соляной кислоте. Археи единственные из всех известных живых организмов выделяют метан. Поэтому не вполне корректно обвинять крупный рогатый скот в изменении климата: на самом деле воздух портят археи, живущие в пищеварительном тракте парнокопытных. Сопротивляемость этих микроорганизмов позволила им широко распространиться на древней земле. Метеоритные кратеры, извергающиеся вулканы, серные озера? Археи появились, чтобы выжить.

ВЕЛИКАЯ КИСЛОРОДНАЯ КАТАСТРОФА

Бактерии тоже благоденствовали. Некоторые одноклеточные открыли инфракрасный свет как импульс для обмена веществ. Другие – экспериментировали с многоклеточностью. Цианобактерии пошли неизведанным путем. Два с половиной миллиарда лет назад они научились использовать второй, почти неисчерпаемый ресурс – воду. Вода – наиболее распространенное на Земле вещество. Добывать с помощью солнечного света питательные вещества и двуокись углерода из воды было разрушительной идеей. Ибо она вызвала, наверное, первое массовое вымирание в истории Земли – великую кислородную катастрофу. А происходило это примерно так: цианобактерии нежились в теплой воде, подставляя мембраны солнцу, лакомились глюкозным коктейлем собственного изготовления и выбрасывали кислород; некоторое его количество уже присутствовало в атмосфере. Но в том объеме, который высвобождали цианобактерии, он уже являл собой ядовитое облако – по крайней мере для их анаэробных родственников. В высшей степени химически активный газ атаковал материю этих микроорганизмов, а они, несмотря на малоэффективный обмен веществ, всё еще преобладали. Предположительно несколько сотен миллионов лет анаэробы боролись с ним метаном. Между тем кислород окислял вынесенное из подводных вулканов железо, а также железистые породы на суше. Следы этого великого ржавления видны и поныне: красные скалы Пилбары в западной Австралии, примерно в одном дне пути на север от озера Клифтон, – крупнейшее на земле месторождение железной руды. Однако два с половиной миллиарда лет назад на планете не осталось ничего, с чем кислород мог бы вступить в быструю реакцию. Некоторые одноклеточные в бедных кислородом глубинах еще водились, но основная масса вымерла. Так что жизни пришлось придумывать нечто новое. Нечто приспособленное к кислороду. И это должно было стать воистину грандиозным.

Обмен веществ нового типа превратил цианобактерии в успешнейшие микроорганизмы. Они начали строить себе города – строматолиты. Эти напластованные из известняка глыбы или столбы во многом схожи с тромболитами озера Клифтон, но часто достигают в высоту нескольких метров – предтечи нынешних рифов. Однако не все анаэробы эволюционно затерялись. Некоторые попробовали слиться – и накрыли собой близкие им цианобактерии. Не слишком дружелюбное поглощение: проглоченные одноклеточные едва не оказались переваренными. Но каким-то образом им всё-таки удалось спастись из вакуоли в цитоплазму захватчика. Здесь способные к фотосинтезу цианобактерии начали вырабатывать для хозяина глюкозу. А те поставляли необходимые для этого молекулы. Возник новый организм, предок ныне существующих водорослей и растений. Теперь прежние бактерии работают в их клетках как хлоропласты – фабрики по производству кислорода фотосинтезом. Наряду с другими всё еще свободно живущими цианобактериями они осуществляют бόльшую часть фотосинтеза на планете. Превращают леса в зеленые легкие, озеро Клифтон – в место, где дышится полной грудью. И дают нам пищу.

Без бактерий наше существование было бы невозможно. Ведь не только растительные, но и животные клетки – а значит, и наши – произошли из симбиоза микроорганизмов. Об этом свидетельствует теория эндосимбиоза биолога из США Линн Маргулис. В шестидесятые годы прошлого века, когда Маргулис предложила свои тезисы, их никто не желал публиковать. Что? Люди – внуки бактерий?! Сегодня симбиогенез пользуется признанием. Электростанции наших клеток – митохондрии – прежде, вероятно, были протеобактериями. Таким образом, каждый вдох обеспечивает потомков древних бактерий в наших клетках столь необходимым им кислородом.

Есть еще одна причина для благодарности цианобактериям. Избытки выделяемого ими кислорода распределяются в атмосфере. Примерно с десятикилометровой высоты молекулы под действием ультрафиолетовых лучей начинают расщепляться и формироваться заново: O₂ превращается в O₃ – озон. Озоновый слой окружает планету, как четырехметровый непроницаемый щит. До поверхности доходит лишь незначительная часть агрессивного ультрафиолета. Условие жизни на Земле. Не будь озонового слоя, человечество до сих пор пребывало бы на стадии доисторических крабов.

Закончив опыты с получением кислорода и озонового слоя, цианобактерии двинулись в следующую исследовательскую экспедицию на неизведанные территории. Они были первыми живыми существами, которые вышли на сушу – да там и остались. За ними последовали водоросли. Лишайники колонизировали камни. Грибы раскинули сеть мицелия. Может быть, под водой стало жутко. Там беспрестанно копошились странные твари: бесцветные позвоночные с трубчатыми сердцами, крошечные рогатые личинки, бесчелюстные круглоротые. Эволюция, подстегнутая кислородом, непринужденно распределяла глаза, челюсти, хрящевые скелеты, кости, жабры и – легкие. Как и ныне сохранившиеся двоякодышащие рыбы, некоторые древние обитатели морей имели и жабры, и легкие. Они получили преимущество, поскольку растворенного в воде кислорода недостаточно. Жаберное дыхание требует немало усилий. Для того чтобы извлечь из воды такое же количество кислорода, как из воздуха, рыбе требуется омыть жабры двадцать три тысячи раз. А с дополнительным легким достаточно скользящей прогулки к поверхности: «Пойду-ка глотну свежего воздуха!»

Взгляд над водой пробудил в рыбах любопытство, и некоторые из них выползли на мясистых плавниках на берег. Кое-кто вернулся потом обратно на глубину. Освоение нового мира не протекало линейно. Скорее, это движение туда-сюда. Прикидки природы, которая развивала новые формы, уже существующие модифицировала или отбрасывала, – и всё это чтобы следовать «зову кислорода», как выразился датский физиолог, лауреат Нобелевской премии Август Крог. Кислород был ключевым моментом. За каждым вымиранием следовало усовершенствование дыхательных органов. Однако концентрация кислорода в воздухе значительно колебалась. Вероятно, по этой причине эволюция бережно сохраняет свои наиболее успешные проекты: через две недели после зачатия на головке человеческого эмбриона наблюдаются четыре уплотнения. У рыб из таких же выпячиваний позже сформируется жаберный аппарат. Если однажды воздуха на Земле будет не хватать, мы, очевидно, успеем вернуться в море.

КИСЛОРОД НАГРАЖДАЕТ ГИГАНТСКИМИ КРЫЛЬЯМИ

Европа триста миллионов лет назад. Воздух густой и влажный, словно пудинг. В темных водах тропических болот гниют сломленные ветви окружающих чешуйчатых деревьев. Сорока метров в высоту достигают эти травовидные. Их раскидистые кроны затеняют даже гигантские хвощи у самой воды. Под папоротником высотой с человеческий рост что-то копошится: многоножка размером с малолитражку, защищенная чешуйчатым панцирем, рыщет в поисках жертвы – рептилии или яиц. Над ней гудит стрекоза, устремляясь к воде. Солнце переливается в ее филигранных крыльях всеми цветами радуги. Захватывающее зрелище. Размах крыльев этого насекомого равен размаху крыльев чайки. В нынешних условиях меганевры – так называют этих монстров – не могли бы подняться в воздух. Однако атмосфера каменноугольного периода сильно отличалась от нашей. Зеленый ковер водорослей и мхов обеспечивал повышенное содержание кислорода. Тридцать пять процентов против нынешних двадцати одного. Эти проценты обеспечивали насекомым подъемную силу. Они отличались многообразием, а с развитием – и строением крыльев. Их трахея была оптимально приспособлена к дыханию тем воздухом. Система воздухообмена снабжала клетки кислорода напрямую. Ни в легких, ни в кругах кровообращения не было необходимости. Огромные объемы энергии высвобождались в короткое время и позволяли ускользать от опасности. Трахеи, однако, имели существенный недостаток: они занимали слишком много места, иногда были непропорционально большими. Филигранным косточкам, которые тоже необходимо снабжать кровью, уже не оставалось пространства. Поэтому самый крупный из оставшихся насекомых, жук titanus giganteus, – размером всего лишь в семнадцать сантиметров. Нынешняя атмосфера не дает ему большего шанса.

Американский геохимик Джон Ванденбрук исследовал, как содержание кислорода влияет на различных насекомых. Он в своей лаборатории подвергал мучных червей, черных тараканов, жуков и стрекоз разнообразным атмосферным воздействиям. Трудоемкая работа. Личинки стрекозы – прожорливые охотницы, сухой корм есть не станут. Более двухсот особей он кормил ежедневно живой добычей. Но, несмотря на заботу, при двенадцатипроцентном содержании кислорода из личинок вылуплялись карлики. При тридцати одном проценте кислорода, наоборот, толстые монстры. Нынешние стрекозы, жуки и многоножки выглядели бы смехотворно в каменноугольном периоде. Позволяла вырастать до гигантских размеров или принуждала к этому насыщенная кислородом среда?

Кислород для организмов – обоюдоострое лезвие, топливо с побочным эффектом. Аэробное дыхание высвобождает в двадцать раз больше энергии, чем анаэробное. По этой причине живые существа лучше приспосабливаются. В клеточном дыхании митохондрий образуются токсичные формы кислорода – АФК. Здоровые клетки достаточно вооружены, чтобы обезвредить эти высокоактивные ядовитые молекулы. Однако, если речь идет об оксидативном стрессе, защита не срабатывает. Кислород играет решающую роль при старении и развитии различных заболеваний. Так, в лабораторном эксперименте клетки умирают быстрее, когда повышается уровень кислорода в окружающей среде. Уже в XVIII веке британский теолог и естествоиспытатель Джозеф Пристли, слывущий первооткрывателем кислорода, предполагал, что тот может истощить организм: «Как свеча скорее сгорает в кислородной среде, чем в обычном воздухе, так и мы в ней быстрее сжигаем свою жизнь и исчерпываем свои жизненные силы».

Взаимоотношения между потребностью в дыхании живого существа и его жизненным пространством – очень интимная связь. Недостаток кислорода заставил рыб выбраться на сушу. Их тела, почти невесомые в воде, в этой неизведанной среде были буквально придавлены своим весом к земле. Каждый шаг давался с трудом, каждый вдох стоил мучений. Большая концентрация кислорода в воздухе означала меньшее число вдохов, облегчала ползанье и предохраняла от быстрого высыхания. Только вот изобилие кислорода заставляло исполинские растения мгновенно вспыхивать ярким неукротимым пламенем от каждого удара молнии. Каждый помнит школьный опыт урока химии с горящей щепкой: в кислородной среде она сгорает быстрее. Пожары каменноугольного периода были куда более разрушительны. То, что уже выбралось на сушу, не успевало вернуться в воду. В нынешних условиях подобные естественные пожары надолго изменили бы состав воздуха: каждое горящее или тлеющее на земле дерево потребляет неимоверное количество кислорода. Однако упадку противостояли болота, которые «проглатывали» древесину и головешки, избавляя их от дряхлости. Массивные залежи угля в Великобритании – реликты этих ушедших под воду лесов. Именно они дали толчок индустриальной революции, и они, сгорев в топках, опустились удушающим смогом на города. В смоговой катастрофе 1952 года, накрывшей Лондон на пять дней, воздух был настолько насыщен пеплом, что пешеход не видел своих ног. По последним данным, от отравления ядовитым сернистым газом тогда погибло более двенадцати тысяч человек. И сегодня город продолжает бороться с pea-souper¹⁰, густым желтым лондонским смогом, виновником хронического кашля со всеми его последствиями вроде сердечной недостаточности, астмы и эмфиземы легких.

Глава 3. В воздухе что-то носится. Что мы вдыхаем

Жарким днем в канун Рождества я стояла на деревянном помосте, выступающем в озеро Клифтон. Сюда меня привел друг, чтобы показать тромболиты: уходящую в бесконечность череду безупречно отшлифованных округлых камней под колышущейся голубизной мелких прибрежных вод. Я прочла надпись на щите: «Миллионы лет назад предки этих тромболитов производили кислород, необходимый для жизни на суше». И, будто в многократном увеличении, моим глазам предстала целостная картина. Без кислорода не было бы ни этих вышагивающих между тромболитами цапель, ни шуршащих в прибрежной траве поссумов, ни гуляющего со своим лабрадором мужчины, который поприветствовал нас на пути к мосткам. Даже лесу, по которому мы шли к озеру, нужен кислород. Но раньше я никогда не задумывалась, откуда он появился на Земле. Кислород – это часть газовой смеси, которую мы зовем воздухом. Дышать им так естественно для любого здорового человека. Вдох – первое, что мы делаем в жизни, выдох – последнее. Между ними пролегают примерно шестьсот пятьдесят миллионов дыхательных движений – наши постоянные спутники. Мы можем одним махом преодолеть два лестничных пролета, можем позвать собаку, загрузить ящик минералки в багажник, спеть ребенку колыбельную, просто заснуть на диване. И всё это дыхание проделывает вместе с нами. По крайней мере, пока не испустим дух.

Воздух нам жизненно необходим. Обычно его, без цвета и запаха, мы не замечаем и чувствуем лишь тогда, когда дуем на ранку или когда порыв ветра треплет полы пальто. Его часто упоминают в идиоматических выражениях на разных языках: кто-то «необходим как воздух», а кто-то «ветреный человек», что-то «брошено на ветер», а что-то «носится в воздухе». Ценность воздуха особенно чувствуется, когда мы покидаем привычную среду обитания: например, ныряем на глубину, поднимаемся высоко в горы или выходим в космос. Тут нам приходится брать с собой воздух как защитный пузырь. Однако и в обычной обстановке дышать бывает невыносимо: автомобили, электростанции, фабрики, некоторые виды сельского хозяйства и обогрева выбрасывают в атмосферу мельчайшие твердые частицы: продукты износа дорожного покрытия, сажу, пыль. Частицы настолько микроскопичны, что не видимы глазу, однако превращают то, чем мы дышим, в ядовитую взвесь. От этого, к примеру, в Германии ежегодно умирают преждевременно десятки тысяч человек. Вдыхающий тонкую пыль не только подвергается риску гипертонии, инсульта или инфаркта, но и предрасположен к развитию ранней деменции.

Был ли это homo erectus¹¹, подавившийся куском высушенной рыбы и заметивший, что без воздуха никак? Или двое неандертальцев, тискающих друг друга, несмотря на насморк? Знание того, что человеку необходимо дышать, чтобы жить, – старо, как само человечество. «Дыхание жизни» – понятие, связующее множество культур. Еще за три тысячи лет до появления христианства возник шумерский миф о создании богини Ашнан и ее брата Лахара¹² для обеспечения едой и питьем других богов. Но те постоянно пьянствовали и отлынивали от своих обязанностей, и тогда им в поддержку был сотворен человек. А «ради блага в их чистых овчарнях» человеку даровано дыхание. В Египте Изида, одно из древнейших божеств, обращала к больному «слова магической силы, и рот ее был наполнен дыханием жизни». Озирис, извечный спутник Изиды, равным образом оживлял ее дыханием «рот в рот» – как сказочную Спящую красавицу – и однажды так успешно, что богиня забеременела и вскоре родила малышку Гора. Между 1500 и 1000 годами до н. э. была составлена «Ригведа» – одно из самых значительных священных писаний индуизма. В его гимнах упоминается «Даритель жизненно необходимого дыхания». Индийская йога связывает во едино духовное начало и медицину. Впервые в «Йога-сутре», автором которой традиционно считается ученый Патанджали, живший в I веке до н. э., собраны руководства, направляющие сторонников этого учения в практике освобождения от мирских привязанностей и освобождения духа. Инструментом для этого служит дыхание. Оно так важно, что в «Упанишадах», философских трактатах двухтысячелетней давности, приводятся данные нормальной частоты дыхания: 22 636 дыхательных движений в сутки – фактически первый физиологический замер. Австралийские аборигены в штате Квинсленд связывают дыхание с духом вау-вау живущим в теле до самой смерти. В Индонезии власть умирающего вождя племени переходит к тому из его сыновей, кто поймает ртом последний вздох отца. В «Хуанди ней-цзин»¹³, китайском медицинском трактате, которому свыше 2200 лет, мир создан несколькими вдохами: «небесное дыхание сотворило Землю, дыхание Земли сотворило человека, и дыхание оживило его печень». Очередь легких подходит позже. Но «ци» – это энергия, лежащая в основе всего сущего: пар, дыхание, атмосфера, воздух; она ни материальна, ни нематериальна. Понятие «ци» имеет столько дефиниций, что в «Новом китайско-немецком словаре» его словарная статья занимает аж две страницы.

Греческий философ Анаксимен (585–525 гг. до н. э.) считал, что воздух – первичная материя, из которой возникло всё. Также в античности на эту роль претендовали вода и огонь. Решением дилеммы стало учение о четырех элементах философа Эмпедокла (495–444 гг. до н. э.). Согласно ему, всё сущее состоит из четырех стихий: воздуха, огня, земли и воды. Точка зрения, которая продержалась на удивление долго и обладала влиянием в разных сферах, не исключая и медицину. Лишь в XVII веке распрощались с идеей, что воздух является элементом. Сегодня мы знаем: воздух – это материя. Смесь газов, частицы которого беспрестанно движутся со скоростью около четырехсот метров в секунду и тем не менее держатся на довольно большом расстоянии друг от друга. Проще говоря, у них много воздуха. Так что наша ассоциация воздуха со свободой не так уж и неверна. Иногда частицы всё-таки случайно сталкиваются и отскакивают, как электромобильчики на картинге. И чем чаще происходят столкновения, тем выше атмосферное давление.

Вдыхаемый нами воздух более чем на три четверти состоит из азота (N) и примерно на пятую часть из кислорода (O₂). Около одного процента составляют аргон (Ar) и следы других инертных газов. Окись углерода (CO), диоксид серы (SO₂) или оксид азота (NO) свидетельствуют о загрязнении воздуха, будь тому причиной дизельный двигатель, горящий в камине брикет или ТЭЦ. Однако, если у нас «скребет в горле», виноваты не они. Это неприятное ощущение возникает, когда в воздухе недостаточно водяного пара. Влажность менее двадцати процентов вызывает проблемы. Комфортной для нас является влажность от сорока до шестидесяти процентов. При влажности воздуха свыше этого большинство начинает сильно потеть. В воздухе, которым мы дышим, присутствуют аэрозоли, смеси газов, жидкие и твердые частицы, а также органические вещества: пыльца, водоросли, споры грибов, вирусы. Неорганические соединения испаряются морями и океанами, извергаются вулканами, выбрасываются трущимися об асфальт автомобильными покрышками. И всё это мы втягиваем в легкие ради малой толики кислорода, – как если бы, желая лишь изюминку, съедали коробку мюсли.

Газы расширяются, насколько позволяет пространство. Состав воздуха в атмосфере на высоте ниже двадцати километров примерно одинаков по всей планете, разве что с незначительными колебаниями в региональных и часовых рамках. В ночное время сгущается выдыхаемый животными и людьми углекислый газ. С первыми лучами солнца пробуждается всё зеленое. Деревья на бульваре, тростник, газон футбольного поля и даже фикус в офисе начинают своими устьицами – порами на поверхности листьев – вытягивать из воздуха углекислый газ, а в окружающую среду перекачивать кислород. Например, полуторавековой бук за день фильтрует своими восемьюдесятью тысячами листьев свыше двадцати четырех килограммов диоксида; столько же выбрасывает малолитражка на ста пятидесяти километрах. Но его листья поглощают еще и аэрозоль из истираемой резины, и бактерии. Одиннадцатью тысячами литров выделяемого кислорода наш бук может обеспечить целую классную комнату. Кроме того, он увлажняет воздух, «выдыхая» до пятисот литров воды в день. Именно эта эвапотранспирация, или суммарное испарение, делает древесную тень столь приятно прохладной. С заходом солнца фотосинтезу приходит конец. Растения теперь тоже переключаются на дыхание кислородом, как люди и животные, – пока утром не начнется новый цикл.

Похожее происходит и с временами года. Весною в Северном полушарии всё всходит и распускается – и появляется больше кислорода для каждой твари. Сезонные колебания содержания кислорода в атмосфере над большими городами достигают десяти процентов. Осенью шуршание палых листьев под ногами знаменует разложение. Хороший аргумент, если нет желания выходить на прогулку: «Подумай, сколько углекислого газа сейчас в лесной подстилке!» Кхе, кхе! На самом деле разницы никакой. Теперь в работу вступает Южное полушарие. Суши там, конечно, меньше, зато много лесов, которые поставляют нам изрядную долю кислорода. Однако самым мощным производителем кислорода на Земле являются крохи, обитающие в морях и океанах: одноклеточные прохлорококки. В каждой капле воды содержатся миллионы этих цианобактерий. Им и другим морским организмам мы обязаны семьюдесятью процентами нашего кислорода. На съемках со спутников NASA к западу от пролива Дрейка виден растянувшийся на тысячу километров зеленый ковер фитопланктона – водорослей и цианобактерий. Там, между южной оконечностью Южной Америки и северной Антарктического полуострова, океан похож на джакузи. Океанические течения и постоянные западные ветра взвихривают и развевают на все стороны света то, что отдают микроорганизмы: кислород для всех.

КИСЛОРОД – 2I%

Кислород – наиболее часто встречающийся элемент на Земле. Он обеспечивает рост и развитие, он жизненно важный ресурс. В атмосфере нет более драгоценных для нас молекул. Без кислорода не могли бы осуществляться многие реакции – среди газов он нечто вроде зачинщика, вмешивается во всё подряд.

Половина всех атомов в земной коре – атомы кислорода, они присутствуют почти во всех минералах. В атмосфере он фигурирует в виде двухатомной молекулы (O₂), озона (O₃) и в различных соединениях вроде диоксида углерода (CO₂). В воде – двухатомным водородом и одноатомным кислородом (H₂O). Вода наполняет реки и океаны, причем кислород составляет девяносто процентов массы. Раскачивающаяся лейка, полная до краев, которую едва поднимаешь? И, конечно, из кислорода состоит наше тело. За двадцать четыре часа человеческий организм перерабатывает примерно квадриллион молекул кислорода. Две тысячи триллионов триллионов находится в нас ежемоментно: в кровотоке как O₂, а в основном – в виде воды.

Хотя кислород вездесущ, он становится ощутим, лишь когда его не хватает. У него нет ни вкуса, ни запаха. Леденцовую синеву он проявляет только в жидкой форме, при нестерпимых минус 182,97 по Цельсию. Открыт он был (а заодно и функционирование дыхания) только в XVIII веке. Первые алхимики, получившие в своих опытах кислород, не знали, куда его вписать. Для них любой дым или туман был своего рода «воздухом». Вот и Роберт Бойль, натурфилософ ирландского происхождения, не «раскусил» его, когда в 1673 году выпарил оксид свинца. Он знал, что и свечи, и животные равным образом излучают свет, когда их лишают воздуха с помощью вакуумного насоса. В своем сочинении 1674 года «Suspicions about the Hidden Realities»¹⁴ он писал: «Не раз меня посещало подозрение, что воздух имеет и иные скрытые свойства или силы… ибо он не есть простая и элементарная субстанция, как полагают многие, а дикая смесь». Без немецкой любви к порядку «дикая смесь» могла бы раскрыть свои секреты куда раньше. Химик Георг Эрнст Шталь (1659–1734) был не только лейб-медиком прусского короля, но еще и президентом Collegium Medicum¹⁵ в Берлине, а также влиятельным ученым. Он пытался систематизировать процессы, протекающие при химических реакциях. Флогистонная теория его коллеги Иоганна Иоахима Бехера показалась ему подходящей: каждое горючее вещество содержит флогистон – субстанцию, высвобождающуюся при горении. Вполне приемлемая рабочая гипотеза, в свое время представлявшаяся прорывом. Эта таинственная субстанция позволяла объяснять результаты кое-каких лабораторных опытов: так флогистон на десятилетия оказался своеобразным заместителем кислорода.

Когда кислород попал наконец в поле зрения, то разгорелся необычайно ярко. В начале семидесятых годов XVIII века швед немецкого происхождения Карл Вильгельм Шееле трудился в лаборатории аптеки «Цум Ваппен фон Уппланд» в шведском городе Упсала. Там он экспериментировал с доступными веществами и уже открыл винный камень. Но особенно его завораживал воздух, «то текучее невидимое вещество, которое мы постоянно вдыхаем, которое повсюду окружает Землю, очень эластичное и обладает весом». Из четырех элементов античной Греции два уже были развенчаны: земля и огонь. Воздух пока держался. Теперь Шееле пытается разложить его. Он сжигает водород, фосфор, серу, уголь. Получает азот – «испорченный воздух» – и кислород, который называет «огненный воздух». «Я наполнил этим воздухом склянку, сверху поставил другую, узкую, с зажженным источником света внутри; и как только сделал это, свет разгорелся большим пламенем, и луч его был так ярок, что ослеплял глаза». Для его лабораторных мышек это открытие повлекло счастливую перемену участи: если в прошлых «воздухах» свет в их глазах быстро мерк, то в «огненном воздухе» жить они стали значительно дольше. Шееле был бы рад и дальше изучать свойства новообретенного воздуха, но кошелек ученика аптекаря тощ. В 1774 году он пишет французскому химику Антуану Лорану Лавуазье, которым искренне восхищался, описывает свою лабораторную установку и просит повторить опыт. Успех настиг Шееле в 1775-м. Его, не имевшего высшего образования, Шведская королевская академия наук избирает действительным членом – в присутствии короля! Опыты Шееле принесли ему мировую славу. Но в те времена не было интернета. И манускрипт «Химический трактат о воздухе и воде» пролежал у издателя на несколько лет дольше ожидаемого. Он вышел в свет только в 1777 году.

Английский теолог Джозеф Пристли, 1733 года рождения, имел натуру лучезарную. Для пасторской службы ему не хватало надлежащей солидности: проповеди не самая сильная его сторона, а либеральные взгляды вызывают неодобрение. В нем живет ученый, хоть и без образования. Неподалеку от его дома в Лидсе стоит пивоварня. Доносящиеся из ее бродильни запахи возбуждают любопытство. Он договаривается с пивоваром, чтобы в свободное время его допускали к чанам для экспериментов. Пастор работает ловко, собственноручно изготовленным инструментом. Он вычерпывает «связанный воздух», который пластом стойко держится над алкоголем, и дает его, как и Карл Вильгельм Шееле, мышам. Впрок им это не идет: тут же приканчивает. Зато в воде субстанция весело булькает пузырьками – так Пристли изобрел «содовую». Он едва не пускается в плавание к берегам Полинезии со знаменитым капитаном Куком: надо испытать его прохладительный напиток на предмет профилактики цинги. Но на борт поднимается другой натуралист, не в последнюю очередь потому, что у официальной церкви разногласия с политическими воззрениями Пристли. А тот беспечно исследует дальше. Он встал на путь великого открытия. Дыхание – это он понял – должно нечто извлекать из воздуха, ибо для дальнейшего использования тот становится непригоден. Однако каким-то образом «хороший воздух» восстанавливается, иначе на Земле не осталось бы жизни. Первого июля 1772 года Пристли пишет изобретателю и своему доброму другу Бенджамину Франклину: «Я окончательно убедился, что воздух, ставший в высшей степени вредным в результате дыхания, восстанавливается произрастающими в нем растениями». Для доказательства Пристли поместил в два сосуда (один с комнатным растением внутри, другой без оного) «использованный воздух» и по мышке соответственно. В то время как мышь в первом сосуде бодро сновала в течение пяти минут, вторая приказала долго жить через две секунды. Пристли решил идти до конца и сунул еще полную сил мышку в сосуд без растения. На пользу ей это не пошло. «Лишь с трудом удалось ее оживить», – сообщает он Франклину. Каким образом реанимируют мышь, искусственным дыханием «рот в рот» или непрямым массажем сердца, – об этом письмо умалчивает. Зато понятие фотосинтеза Пристли решительно продвинул. Без растений нет жизни. И по сей день его экспериментальная установка используется на уроках биологии – правда, с плюшевыми мышатами.

Первого августа 1774 года пытливый теолог пытается получить воздухообразную субстанцию нагреванием оксида ртути. Его заметки к этому – удавшемуся – опыту сходны с записями Шееле: «Свеча горит в данном воздухе впечатляюще сильным пламенем». Однако Пристли опасается, что попросту исходный материал был загрязнен.

Во время посещения Парижа он покупает новый образец окиси ртути. На ужине у четы ученых, Антуана Лорана Лавуазье и его жены Марии Анны Пьеретты Польз, Пристли рассказывает о своем курьезном открытии. Коллеги расстаются в наилучшем расположении духа – однако их дружбе в скором будущем спор о кислороде перекроет воздух. По возвращении в Лидс Пристли проводит новую серию опытов. «Превосходное качество» полученного воздуха убеждает британца испытать его действие на себе. Он глубоко вдыхает чистый кислород. «После этого мне показалось, что на какое-то время моя грудь стала удивительно легкой и свободной, – записывает он. И предполагает: – Как знать, не станет ли со временем этот чистый воздух модным предметом роскоши? До сих пор привилегией вдохнуть его пользовались только две мыши и я». Теолог XVIII века, который не только ставил мышей на первое место, но и предвидел кислородные бары девяностых? Удивительный человек этот Пристли!

Уже дважды кислород выходил на арену. Уже двое – публично и заслуженно – пожали славу первооткрывателя. Антуан Лоран де Лавуазье, рожденный в 1743 году в Париже, вырос в иных условиях, чем Шееле и Пристли. Его род старинных аристократов – какой угодно, только не обедневший. Сын богатых родителей получает блестящее образование. Прежде всего его интересуют естественные науки: физика, математика, ботаника. Однако отец прочит отпрыску более рациональную профессию. По его желанию Лавуазье изучает юриспруденцию, становится королевским откупщиком – контролирует сбор налогов. Работа приносит ему состояние, но не симпатии. Благодаря своим доходам он продвигает исследования, но некоторые его опыты кажутся современникам неподобающими. В числе прочего он доказывает, что алмазы сгорают, если через линзу сфокусировать на них солнечный луч. Поджигать бриллианты ради науки? У кого, кроме этого толстосума, есть такие средства? Не помогает даже то, что Лавуазье хлопочет об улучшении здравоохранения и содержания в больницах. В научных изысканиях его поддерживает жена, Мария Анна Пьеретта Польз. Они поженились, когда ей исполнилось тринадцать, и были больше, чем влюбленной парой. Мария Анна работала вместе с мужем в лаборатории, переводила для него иностранные научные тексты. Именно она обратила внимание на противоречия в теории флогистона. Супруг поддержал ее: металлы, которые он сжигал под линзой, не теряли в весе, как дерево, хотя должны были так же отдавать флогистон. Напротив, они становились тяжелее. Сторонники флогистонной теории объясняли сей факт некой отрицательной массой флогистона. Лавуазье не видел в этом логики. Долгие годы он проводил свои опыты, снова и снова критикуя отживающую теорию, и в конце концов опубликовал собственные выводы: не флогистон заставляет вещества гореть, а «principe oxygène»¹⁶. Наконец «король всех элементов», благодаря Антуану Лорану Лавуазье, обрел имя. Итак: Джозеф Пристли нашел «oxys» – кислый. Он и Карл Вильгельм Шееле первыми выделили кислород, однако, будучи сторонниками флогистонной теории, не смогли его классифицировать.

После кислорода Лавуазье обращается к дыханию. Оно кажется процессом, схожим с горением. Сначала он исследует, сколько тепла выделяют морские свинки, помещенные в самодельную холодильную камеру. Затем подопытным животным становится коллега Арман Сеген. Лавуазье заворачивает его в полотнище, а поверху изолирует резиной. Дышать Сеген в воздухонепроницаемой маске может лишь через закрепленную на ней трубку. Таким образом Лавуазье удается измерить, сколько кислорода потребляет импровизированная «лабораторная свинка» при высокой или низкой температуре, при физическом напряжении, при переваривании тяжелой пищи. Также он фиксирует количество углекислого газа, выдыхаемого другом. Серия опытов показывает: количество вдыхаемого человеком кислорода находится в устойчивой пропорции к выдыхаемому углекислому газу. Кислород необходим, чтобы усваивать питательные вещества (углеродсодержащие субстанции), при этом высвобождая тепло. В остатке – углекислый газ. Сами того не осознавая, оба участника эксперимента дали ответ на вопрос, куда девается «потерянный» вес. По большей части он выдыхается – в форме воды и углекислого газа.

Кто знает, сколько всего еще обнаружил бы Лавуазье, освещенный ярким пламенем кислорода? Но его свет угас слишком рано. Отец химической революции, он стал жертвой Великой французской, в 1794 году окончив жизнь на гильотине. Джозеф Пристли, сторонник Французской революции и консерватор в химии, напротив, спасся от огня в 1791-м. Толпа, разъяренная политической ангажированностью пастора, подожгла его дом в Бирмингеме. А Карл Вильгельм Шееле умер в сорок четыре года от туберкулеза, не подозревая, что история воздаст ему должное как соавтору открытия кислорода.

АЗОТ – 78%

Смерть всегда удушение, и неважно, как она приходит: сердце ли перестает биться, кровоснабжение ли иссякает.

Органы больше не получают кислород – они «задыхаются». То, что от нас остается после смерти, отнюдь не пустая оболочка. Тело новопреставленного на две трети состоит из воды, на шестую часть – из жиров, углеводов и минералов. Оставшаяся одна шестая – это протеины и аминокислоты, основа передачи нашей генетической программы будущим поколениям: ДНК. А ее базис – азот.

Азот составляет около трех процентов веса тела, у семидесятикилограммового взрослого – примерно два килограмма. В воздухе, которым мы дышим, азота предостаточно: семьдесят восемь – его основной компонент. Однако организм не может утилизировать элементарный N₂. Два атома его молекулы так крепко связаны, что им непросто вступать в реакцию с другими веществами. Поэтому в легких азот временно занимает место кислорода: он заполняет альвеолы, чтобы они произвольно не спадались, когда в кровь переходит больше кислорода, чем обычно. Попавшие в кровоток молекулы азота совершают кругооборот или откладываются в тканях. Азот действует как инертные газы. Когда приходит время, он покидает организм в том же неизменном виде, как и поступает.

Для строительства клеток живым организмам требуется не N₂, а его реактивные формы, такие как аммоний и аммиак. Зеленые растения продуцируют из этих соединений протеины. Без таких помощников у животных и людей не было бы доступа к жизненно важным строительным материалам. То, что азот означает рост и развитие, догадывался еще в III веке до н. э. естествоиспытатель Теофраст Эресский. Он советовал крестьянам удобрять поля гниющими бобовыми. Но что именно вызывает чудесную вегетацию, открыли лишь в 1886 году немецкие агрохимики Герман Хелльригель и Герман Уилфарт. Азот тогда только появился на сцене. В процессе своих опытов в аптеке Упсалы Карл Вильгельм Шееле получил не только легко вступающий в реакцию «огненный воздух», но и, по его определению, «испорченный воздух», который явно ни на что не годился. Врач, химик, ботаник Даниель Резерфорд в 1772 году описал его свойства в своей докторской: он без цвета, без запаха, без вкуса, не горюч – в сравнении с «огненным воздухом» совсем бездеятельный. Свое имя азот¹⁷ получил из опытов Антуана Лавуазье: в переводе с греческого «безжизненный» – поскольку мыши, не получая доступа к другим газам, умирали.

Однако это название некорректно. Ядовитым азот становится лишь в том случае, когда вытесняет кислород, или для ныряльщика, когда под воздействием давления окружающей среды кислород быстрее поступает из баллона в ткани и «опьяняет» его. Соединения азота, такие как нитраты, аммоний и аммиак, по существу не опасны для жизни, а скорее поддерживают ее. Эксперты подсчитали, что двое из пяти человек на Земле получают достаточно пищи благодаря искусственным азотным удобрениям, обеспечивающим урожай. Однако сегодня реактивные формы азота почти на четверть превышают то его содержание, которое Земля способна переработать в обозримом будущем. Избыточное удобрение перенасыщает азотом окружающую среду, а вместе с тем и воздух для дыхания. Одно лишь производство удобрений требует непропорциональных затрат энергии: синтез аммиака пожирает от одного до трех процентов расхода энергии во всем мире. Если фермеры вносят на поля больше удобрений, чем могут использовать растения, те скапливаются в почве. Там бактерии, помимо прочего, преобразуют его в веселящий газ (закись азота). Что отнюдь не весело. Это наркотическое средство является еще и мощным катализатором парникового эффекта. Если нитраты концентрируются в грунтовых водах, их очистка стоит водоснабжающим компаниям гигантских сумм. В морях и океанах переизбыток азота приводит к так называемой эвтрофикации: богатая им пища стимулирует бурный рост водорослей и цианобактерий, которые лишают остальные растения и животных жизненно важных ресурсов. Аммиак из фекальной жижи и навозных куч, выгребаемых из птичников, свинарен и коровников, повышает кислотность почвы и тем самым ослабляет леса, возобновляющие воздух для нашего дыхания. Угарный газ из выхлопных труб соединяется с солями аммония и в виде тонкой пыли загрязняет легочные альвеолы и вызывает заболевания.

ОКСИДЫ АЗОТА

Соединения монооксида азота (NO) и диоксида азота (NO₂) большинству людей известны как выбросы, которых следует избегать. Они высвобождаются, когда такие вещества, как уголь, нефть, дерево, биогаз, сжигаются при высоких температурах. Несмотря на высокую токсичность, окись азота встречается и в организме – прекрасный пример того, как лекарство становится ядом в зависимости от дозы. Еще мало исследовано, как эта аутогенная субстанция берет на себя функции заживления ран, как способна укрепить слизистую желудка, защищающую его. Она, точно посыльный, сигнализирует гладкой мускулатуре кровеносных сосудов ослабить тонус. Вследствие чего ток крови увеличивается и повышается снабжение органов кислородом. Даже следа окиси азота достаточно, чтобы ощутить чувствительные изменения: например, в легких, которые получают больше воздуха. Или в пенисе: без NO невозможна эрекция. Сердечная мышца тоже благодаря ему расслабляется и потребляет меньше кислорода. Сто пятьдесят лет назад врачи начали прописывать пациентам с сердечными болезнями взрывчатое вещество нитроглицерин, чтобы унять боль. Правда, медикамент не имеет отношения к взрывам. Изобретатель динамита Альфред Нобель, страдавший заболеванием сердца, с юмором отказывался от предписанной терапии. «Ну, не ирония ли судьбы, что мне назначают инъекции нитроглицерина?» – жаловался он своему нотариусу. В организме высвобожденный монооксид азота распространяется с кровью. В воздухе он быстро окисляется в коричневатый диоксид азота, и даже однократный вдох этого вещества полностью поражает слизистую оболочку дыхательных путей. Больные астмой или ХОБЛ, хронической обструктивной болезнью легких, реагируют на попадание диоксида азота в дыхательные пути острым приступом удушья. Выяснить, насколько опасен загрязненный воздух для здоровых легких, не так уж просто, поскольку вычленить воздействие оксидов азота весьма проблематично. Скажем, в промышленном регионе увеличивается количество инфарктов – причиной тому могут стать и другие факторы: например, тонкая пыль. При сборе сведений ученые стараются рассчитать их коэффициент. В настоящее время Федеральное агентство охраны окружающей среды видит связь между высокими показателями диоксида азота и отдаленными последствиями, такими как сердечно-сосудистые заболевания, сахарный диабет, артериальная гипертония и геморрагический инсульт. В любом случае то, что за последнее десятилетие уровень загрязнения диоксидом азота в Германии снизился, – хороший признак. Чистый воздух не провоцирует болезни.

ОЗОН – 0,0008%

В пятидесятые годы прошлого века рекламные щиты на въезде в курортные городки зазывали «здоровым, богатым озоном» воздухом. Сегодня многие мобильные приложения предупреждают: озон в повышенной концентрации вызывает кашель, головные боли, одышку, заставляет слезиться глаза. При попадании в легкие он может изъязвить легочные ткани. Растения тоже страдают от избытка озона: листья обвисают, иголки желтеют. Автомобили не исключение: металл и резина поддаются его воздействию. Этот агрессивный газ образуется в ближнем к поверхности земли слое атмосферы, когда солнце печет достаточно сильно, чтобы отщепить от молекулы диоксида азота один атом кислорода. Оказавшись свободным, тот прикрепляется к соседней молекуле кислорода, и таким образом образуется приземный озон, который еще называют летним смогом. В городах основными загрязнителями воздуха диоксидом азота являются старые дизельные двигатели. И по иронии судьбы окись азота, также содержащаяся в выхлопных газах транспортных средств, помогает расщеплять озон. Пока озоновое загрязнение в городах снижается до минимума, дующие ветра подхватывают его и разносят по пригородам. Так что «Добро пожаловать в богатое озоном местечко!» – которое противопоказано астматикам, пожилым людям и маленьким детям.

ДИОКСИД УГЛЕРОДА – 0,0350%

«Если путешествовать по суше с Мизенского мыса в Неаполь, то посередине цепи потухших вулканов увидишь Гротта-дель-Кане… – гласит "Лексикон бесед для дам", образовательное издание XIX века. – Из грота беспрерывно изливаются потоки углекислого газа, и все живые существа задыхаются здесь, если их поместить на испускающее его дно. Из-за того, что чаще это проделывают с собаками, пещера и получила свое название». Действительно, Гротта-дель-Кане – по-русски «Собачья пещера» – со времен античности пользовалась популярностью среди путешественников. Впервые упомянутая Плинием Старшим, эта расщелина на Флегрейских полях веками привлекала туристов «дыханием смерти»; ее одурманивающее воздействие возбуждало их любопытство. Желающие могли за умеренную плату взять у находчивых торговцев собачку напрокат, чтобы самолично произвести опыт, – жестокая забава, запрещенная властями только перед началом Второй мировой войны. Пещера длиной около девяти метров является мофетой – местом выхода углекислого газа. Ее можно представить как лежащую бутылку: в нижней части собирается насыщенный двуокисью углерода воздух, на уровне горлышка и выше воздух легче, с большим содержанием кислорода. В Гротта-дель-Кане углекислый газ достигает почти метра в высоту. В то время как животные и маленькие дети через пару минут теряют сознание и только снаружи приходят в себя, взрослые лишь на корточках ощущают его воздействие: головокружение, боль в ногах, обильное потоотделение, учащенное сердцебиение.