[多圖]探秘人體生理科學極限
據英國《新科學家雜誌》報道,從生理角度上講,人類身體是一個複雜而脆弱的系統,但在某些特殊情況下,人體生理系統卻表現得「更強大」。比如:人們可持續264個小時不睡眠;人體可承受42.6g的水平重力加速度;人體最大可將263.5公斤的物體舉過頭頂;人類摒住呼吸的最高紀錄是11分35秒以及人類最高可在9000米海拔地區生存。
人體最大舉重物體——263.5公斤
強壯的舉重運動員安迪-博爾頓(Andy Bolton)比平常男性強壯5-6倍,據美國俄亥俄州揚斯頓大學舉重教練丹-沃森(Dan Wathen)稱,博爾頓經常能夠將245公斤的槓鈴舉過頭頂。他的最高紀錄是將263.5公斤的物體舉過頭頂。
人體究竟能夠最大舉起多重的物體呢?南加利福尼亞州大學的托德-施羅德(Todd Schroeder)認為這一重量已接近人體最大舉重限度,他指出,如果要觀測人類最大舉重物體程度,則需要從其身體平靜穩定狀態進行觀測。現今的舉重運動員太多地使用類固醇,這將促進他們接近達到人體潛能極限。
人體未睡眠最久持續264個小時
1963年12月28日,美國加利福尼亞州聖地亞哥17歲男生蘭迪-加德納(Randy Gardner)一清早6點起床後就一直未合眼入睡,清醒狀態一直持續到1964年1月8日,共計264小時。這是迄今為止所記錄最長的未眠時間,加德納打破了之前260小時未眠記錄。
據稱,加德納264個小時未睡眠導致情緒波動、記憶力和注意力下降、身體協調能力下降、說話模糊不清,並經常產生幻覺。之後他第一次睡眠僅持續14個小時。經研究人員分析,加德納在未睡眠期間未曾服用任何興奮劑藥物。
至今仍沒有人解釋為什麼加德納會持續11天不睡眠,但是處於缺乏睡眠狀態時,人體健康將面臨著很大的危機。科學家在實驗中讓老鼠持續未睡眠14天,它們就死亡,這一死亡時間要短於完全持續飢餓狀態。
目前雖然未出現因缺乏睡眠而直接死亡的患者,但是一種叫做致命家族失眠症的遺傳病顯示患者的壽命都非常短。當患者長時間不睡眠,他們將在3個月之內死亡。
摒住呼吸最高紀錄11分35秒
許多人能夠摒住呼吸持續1分鐘多,但靜止呼吸的世界紀錄是史蒂芬尼-米斯福德(Stephane Misfud),他能夠摒住呼吸11分35秒。
米斯福德將面部浸入冰冷的水池中,當他的面部在冷水,面孔的血管收縮,導致血液流向心臟和大腦,此時心臟跳動逐漸緩慢,降低了全身氧氣的抽吸比率。如果經過特殊潛水訓練,他們可使心臟跳動比率比非訓練者降低兩倍。
在進行摒呼吸之前的過度換氣是至關重要的環節,大腦將監控血液中二氧化碳含量,從而確定什麼時間進行喘氣。快速的深呼吸可以清除肺中的二氧化碳,使肺部擁有更大的容量接納新的氧氣。
米斯福德的11分35秒紀錄是否達到了靜止呼吸最高紀錄?瑞典隆德大學生理學家約翰-安德森(Johan Andersson)稱,近期我們致力於研究人體潛水靜止呼吸狀態,一些潛水精英表示他們有望在水中停止呼吸持續15分鐘。
摒住呼吸是十分危險的事情,安德森發現在乾燥陸地上進行的靜止呼吸測試,37%的測試者出現血液S100B蛋白質指數升高,這是大腦缺氧受損的標記。
人體承受最大水平重力加速度值為42.6g
過山車的快速俯衝會讓人們感到頭暈噁心,這是因為重力加速度已達到5g(米/秒),人體承受重力加速度不僅依賴變化的幅度,加速度或者減速度,我們身體的適應性還具有重要作用。人體處於重力加速度時,腳部是最脆弱的部位,該狀態下會導致足底血液逆流向大腦。在4-5g垂直重力加速度值下持續5-10秒,人體就會出現隧道視覺,然後失去知覺。
戰鬥機垂直飛行時可達到9g,如果加速度再大,飛行員就會失去知覺,許多飛行員都穿著「重力加速度服」,可避免血液向上湧至大腦。英國防務評估公司Qinetiq的生理學家阿雷克-史蒂文森(Alec Stevenson)說:「在6g重力加速度狀態下,人們仍能保持清醒。」據悉,飛行員通過在離心機上鍛煉,從而達到提高身體重力加速度的承受能力。
美國宇航局醫生弗拉那根-格雷(Flanagan Gray)在一次特製的水箱中進行實驗顯示,人體承受垂直重力加速度為31.25g。
上世紀40年代,美國空軍的約翰-斯塔普(John Stapp)保持了最高水平重力加速度紀錄,他在一項火箭雪橇發射實驗中,自己身體承受了46.2g的水平重力加速度。
人類可在海拔9000米地區生存
海拔差異將對人體產生奇特的現象,多數情況下高海拔地區空氣中氧氣壓力顯著減小,而人體細胞需要氧氣維繫存活。在高海拔地區人體血紅蛋白(一種將氧氣從肺部傳輸至細胞的血液蛋白質)的指數會升高,導致不能全容量地吸收氧氣,在全身形成缺氧狀態。
人體大腦對氧氣水平十分敏感,這就是為什麼高原病第一反應就是頭痛眩暈。如果長時間在海拔5000米地區生活,人體肌肉會出現萎縮,肺部出現致命的液體堆積和大腦體積變大;如果長時間在海拔7500米地區生活,人體內將出現明顯缺氧,並易導致神智昏迷不清,最終死亡。
究竟人體最大限度可生存於海拔多高的地區呢?玻利維亞近一半人口生活在高原地區,該地區海拔達到4000米以上,但是他們並沒有出現太多的身體病態現象。許多智利礦工在海拔5800米高度持續工作幾個星期。英國南安普敦大學的米克-格洛科特(Mike Grocott)稱,男性生活在較高海拔地區,會臨時性地抑制男性生育能力。
但如果人們花費一些時間來適應,他們能夠適合高海拔地區生存,一般來講,人類還是適應於低海拔地區生活,如果你未適應高海拔環境,突然抵達8848米高度的珠穆朗瑪峰,你可能會在短短2分鐘內死亡。
僅有少數人能夠適應高海拔缺氧環境,1999年,Babu Chiri Sherpa打破了一項世界紀錄,他在珠穆朗瑪峰缺氧環境中持續生存了21個小時。格洛科特稱,很可能Babu Chiri Sherpa從生理遺傳方面具有高海拔生存的能力。他強調指出,我猜測人體承受最高海拔生活環境是9000米。