人體極限
極端環境壓力下承受的生理限度
人體極限(Human limit),是指人在各種極端環境壓力下身體所能夠承受的生理限度。對身體所能夠展現的無限潛力,仍在不斷研究與開發中。
英國《新科學家》雜誌發布最新版本的“人體12大極限”,並指出,人類不斷挑戰自己、更新自己的身體極限紀錄,對於我們了解自身具有非常重大的意義。
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速度
專註度最多能持續12小時。美國賓夕法尼亞大學神經系統學家戴維·丁格斯發現,隨著時間推移,人們的反應會越來越遲鈍,大腦某些部位的活動也慢慢減少。對於大部分人來說,注意力最多能集中12小時,時間越長,注意力降低越多。
在真空狀態下最多能活一分鐘。當處於真空狀態下,人一般會在12—15秒內失去知覺,1分鐘左右死亡。專家指出,空氣消失會導致外部壓力降低,血液中形成氣泡,肺部最先受損,然後氮氣從血液溶出,導致神經系統受損。(如果有重力影響,會導致人體體液液壓大於氣壓細胞破裂直接死亡)
10後面跟8432個零
英國《獨立報》14日報道說,研究人員首次計算出了人腦的記憶容量,發現人腦在這方面的能力超過所有的電腦。那些預言電腦的能力將超過人腦的人已經能夠被證明是絕對錯誤的。
報道說,在《大腦與思維》雜誌發表了上述計算結果的科學家們說,儘管最大的電腦的記憶容量是1,000,000,000,000個位元組(10的12次方),人腦的記憶容量的位元組數則大到10後面跟8432個零。研究人員說,記憶是自然智慧的基礎,而人腦的記憶容量卻依舊是個謎,因為沒人能建立合適的計算模型將其測算出來。人腦中神經元的數量是已知的,大約為120億個,許多分析家以此為基礎提出了電腦不久將超過人腦的觀點。但是研究人員並不局限於這個角度,他們運用一系列運演演算法則,計算出了人腦的記憶總量,其中包括不同神經網路的龐大數量,這項發現可能會改變電腦設計的思路。今後的電腦可能不是增加位元組,而是模仿人腦,特別是更加註重神經網路。
人的核心體溫為37攝氏度,一般來說,外界溫度在20攝氏度左右,就能引起體溫下降。一旦體溫降到36攝氏度,人的反應和判斷能力就會削弱;降到35度走路會覺得困難;降到33度的時候,人會失去理智;30度的時候,人們則會失去知覺。核心體溫達到24攝氏度時,心跳則會停止。不過,現已知的世界最低體溫紀錄是13.7攝氏度。
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體溫極限
提示:正常人腋窩溫度的上限通常為37.4℃。如果發熱,最高不過達到42℃。
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低溫極限
科學家曾對人體在乾燥的空氣環境中所能忍受的最高溫度做過實驗:人體在71℃環境中,能堅持整整1個小時;在82℃時,能堅持49分鐘;在93℃時,能堅持33分鐘;在104℃時,則僅僅能堅持26分鐘。但是,據有關文獻記載,人體能忍受的極限溫度似乎還要高一些。
提示:有關實驗發現,由於無法透過排汗蒸發散熱,人在水中的耐高溫能力明顯低於乾燥空氣中耐熱的能力。
不吃不喝最多能活一周,但也有不吃不喝能活14天的案例。這取決於身體中水流失的速度。沒有水的情況下,身體中血液會越來越黏稠,循環變得困難,血壓降低,心率快速增加。一個人在沒有食物的情況下最多活73天,但沒有水最多能活一周。
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睡眠
能承受的最大重力加速度是31.25g。當過山車俯衝而下時,人僅僅承受了5倍的重力加速度,就會頭暈、噁心。人承受重力加速度的最大紀錄是31.25g,人承受重力加速度十幾秒仍然保持非常清醒、絲毫無事的紀錄是14~15G。如果未經訓練的話,一般在承受6g的時候就會失去知覺。
可到達的最高海拔是9000米。高海拔會導致人體缺氧,高原病的第一反應就是頭痛眩暈。英國南安普敦大學專家麥克?格洛科特表示,人如果長時間呆在海拔超過5000米的地方,會導致肌肉萎縮、肺部和大腦積液風險顯著增加、男性生育能力降低。
最多能承受7西弗特(輻射計量單位)輻射。國際放射防護委員會指出,身體每接受1西弗特輻射,會增加0.0165的致癌率。一般來說,X光射線的輻射為160毫西弗特/小時(1西弗特=1000毫西弗特)。2西弗特左右的輻射劑量就會導致早逝,6西弗特則有可能馬上致人死亡。
一個健康成年人體內的血液大約在3.8到5.6升之間。如果失去超過15%的血量,人的脈搏就會加速跳動,人可能會覺得暈眩發冷。若是失去40%的血量,這將影響血液流回心房,從而使人出現心動過速的癥狀。理論極限:1.9到2.8升,約佔人體血液總量50%
紀錄:約佔人體血液總量75%1987年,一名癌症病人被發現體內只有0.9升的血液,不過她的血液是在幾個星期內慢慢流失的。
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人體極限
人類迄今為止記錄到的最大聲音是1883年印尼喀拉喀托火山爆發時的聲音,當時它的分貝達到了180。聲音過大會對人的內部器官造成損傷。如果人在20公里的範圍內聽到200分貝的聲音,壓力波會損害他們的肺部,導致外部空氣進入血流,引起致命的肺栓塞。
理論極限:200分貝
紀錄:175分貝 美國研製的T-429戰術爆炸震暈手榴彈。它在距離2米的地方會產生175分貝的聲響。
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力量極限
肌肉組織的每個肌纖維可以產生大約0.3微牛頓的力,而每平方厘米的肌肉可以產生大約100牛頓(10公斤左右)的力。但是前臂骨骼在5000公斤左右壓力下,就會粉碎。如果我們假設手臂肌肉能夠提供一半的力量,其餘的力量來自腿部、臀部以及肩部等,你依然需要調動三頭肌及其周圍55厘米範圍內的所有肌肉才能達到這種力量。
理論極限:5000公斤
當前紀錄:300公斤 1931年,世界重量級拳王麥克斯·貝爾在與對手俄尼·沙夫的對決中,揮出了致命一拳。沙夫再也沒能恢復,6個月後死亡。
承受重量極限紀錄:1484公斤 艾德瓦多·拉薩加在1484公斤的條件下成功堅持5秒鐘,並且挑戰成功后毫髮無傷,真令人難以置信。
心跳極限
心跳極限是1分鐘220次。這是指心臟運動極限,即人體最大心率的計算公式。因此,也是迄今為止,科學發現的心臟能夠工作最大極限的心跳次數。超過這個數值,心臟就不能繼續完成正常的搏血功能。科學研究發現,即使參加體育鍛煉,在檢測和評估鍛煉效果時,都不可能超越這個極限。
提示:極限運動和面對應急事件一樣,如果人經常處於緊急戰鬥狀態,此過程一結束,身體就會感到特別虛弱。長此以往會使生命透支。
心跳停止極限
心跳停止極限是大約4小時。曾有這樣一個實例:1987年有一位名叫揚·埃伊爾·雷夫斯塔爾的挪威漁民在卑爾根附近水域不幸落入冰水中。當他被送進醫院時,體溫已降到24℃,心跳也已停止。但是當給他接上人工心肺機后,他的心臟奇迹般地又恢復了跳動。
腎臟殘存極限:大約30%
分辨氣味極限:大約3000種
解疑:一般人可以分辨出十幾種不同的氣味,而經過訓練的聞香師在畢業時,就已經能分辨並記憶400多種氣味,以後在不斷的實際操作中,還會進一步增強這種能力,至少要能熟悉2000種氣味,出色者大約可以記住3000種氣味。
一個非洲人能用雙手同時拖住向相反方向開動的兩輛汽車;一個美國人雙手提著461公斤重的大石頭,走了8.84米。雖然對這些現象還沒有一個科學的定論,但在新興的“人類極限學”中,卻有越來越多的專家對其進行深入探討,希望通過遺傳、基因等的研究,找到人體生理的極限。
有人能夠將一個60cm手提鑽吞下去,拔出來后沒有任何問題;
印度的拉什·莫漢·奈爾的身體能夠導電,承受四安培電流毫髮無傷,被超過1安培電流電擊毫髮無傷的,全世界只有5個人。
挪威某個人在3~7℃的冰水中游泳了26分鐘,遊了1.2km,上岸后核心體溫仍在36℃左右.
馬里亞納海溝、珠穆朗瑪峰、南極、阿齊濟耶沙漠和國際空間站都有一個共同點:它們都屬於極端環境,是對人體極限的挑戰。人類完全沒有必要親臨這些地方去體驗生存的艱難。即便對於那些具備超強適應能力的人來說,地球上還有很多地方是不適於人類居住的,比如嚴寒的極地、酷熱的熱帶、空氣稀薄的高山地帶。另外,地球上還有3/4的面積被水覆蓋,其實,留給人的生存空間可謂少之又少。
然而,也許是出於好奇,或者僅僅是為了去驗證書本上的內容,人類已經發明出各種技術,幫助我們去挑戰這些極端環境。於是乘飛機飛行於高空或者背上氧氣瓶下潛到深海中已經不再是難事。
讓我們看看在這些極端環境下人類的身體狀況以及克服極限的能力。
地球最高點:珠穆朗瑪峰
高度:8844米。7500米以上被稱為“死亡地帶”,罕有人能在此環境下逗留超過1小時。大氣壓力:0.33個大氣壓
在高山上呼吸不是一件易事,其原因並非像人們通常想像的那樣是因為缺乏氧氣,因為氧氣在大氣中的比例(21%)是保持不變的。問題在於,當高度越高時,空氣越少,壓力也越小,而這種壓力恰好是肺部呼吸所需要的。珠穆朗瑪峰的最高點只有0.33個大氣壓,是海平面的1/3。當壓力降低到如此水平時,空氣很難進入人體,肺泡無法獲得所需的氧氣量,也就無法把它輸送給血液,並提供給肌肉組織。
如果人突然從海平面到達珠穆朗瑪峰,將會在幾秒鐘內陷入昏迷。但是,1978年時義大利登山家賴因霍爾德梅斯納和奧地利登山家彼得哈伯勒卻在不攜帶任何氧氣設備的條件下成功登頂。除了他們職業登山運動員的身份外,這次成功登頂還因為他們事先已經在3000米到6000米的高度適應了數周高山環境。因此,他們體內負責把氧氣從肺部輸送到各組織的血紅蛋白數量明顯增加。從這個意義上說,長期生活在高山地帶的人,如安第斯山脈的印第安居民在身體上則具備相對優勢。已經有證據表明,生活在4000米以上的玻利維亞高山居民的心臟比常人大,肺部的微血管也更多,能夠更輕易地把氧氣輸送給全身。與此相對照的是,他們的血液也更加濃稠,這就很容易造成心血管疾病。
在這樣的環境中,人極易出現高山反應。原本各項機能正常的人體容易出現極度疲憊感、頭痛、眩暈、消化速度減慢、噁心以及心跳過速等癥狀。在海拔3829米的玻利維亞首都,心肌梗塞是一些外國使團最易出現的疾病。高山反應在2500米到3000米的高度就會出現,取決於個人身體狀況,有些人的癥狀會持續很長時間,也有人能迅速適應。但是,如果身體已經出現了高山反應,但還在繼續攀登,出現肺水腫和腦水腫的風險就會增加。此時最好的辦法就是立即下山。此外,在高山上每上升100米溫度就會下降0.6攝氏度,冷空氣也容易加重癥狀。
突然減壓現象是在有一定高度的地方容易出現的另一問題。在模擬機艙壓力突然減小的低壓氧艙內,“高度”突然降至1.06萬米以下時,摘下氧氣面罩后,人容易出現眩暈、頭痛、意識混亂等癥狀。
地球的最低點:太平洋的馬里亞納海溝
深度:10924米
壓力:1100個大氣壓
在深水下,壓力是海面的上千倍。在這樣的環境中,人體的感覺恰好與高山相反。深海中的高壓對人 體各生命器官都會造成威脅。對於一個潛水員來說,壓力的大小由下潛的深度以及水的密度和重力決定。每下潛10米大約會增加1個大氣壓。這時身體內產生的氣泡會對潛水員造成嚴重影響,其身體的各器官,如肺、消化系統以及聽覺系統都會隨著下潛深度的增加而受到擠壓。
古巴潛水運動員皮平費雷拉斯在2003年創下了自由下潛至170米的紀錄。如果要做到這一點,心臟必須收縮至一個李子的大小,血液不再在肢體內循環,以便集中在胸腔,避免肺部衰竭。與此同時,費雷拉斯的心跳也降至每分鐘10次。他僅用了2分39秒就完成了下潛和上浮的全過程。
有些潛水員可以在水下屏息長達7分鐘,但這與海洋哺乳動物仍然無法相
提並論,它們可以把氧氣儲存在血液中。抹香鯨體內的肌紅蛋白是人類的10倍,因為三級結構肌紅蛋白是抹香鯨在深海生存的必要條件,抹香鯨熱衷於大型烏賊、章魚、魚類等的食物不是它喜歡不喜歡的問題,而是要保證體內的肌紅蛋白三級結構穩定而不被氧化。抹香鯨的食物為主食大型烏賊、章魚、魚類,而烏賊、章魚主要吃蝦、蟹、等甲殼類動物和魚類。根據2008年荷蘭萊頓大學的科學家弗朗西斯科·布達(Francesco Buda)教授和他的實驗小組成員,通過精確的量子計算手段發現熟透的蝦、蟹、三文魚為代表魚類等呈現出誘人的鮮紅色的原因,是因為蝦、蟹、三文魚為代表魚類等都富含蝦青素(英文稱astaxanthin,簡稱ASTA),熟透的蝦、蟹、三文魚為代表魚類等的天然紅色物質就是蝦青素。與大王烏賊拼得你死我活,其本質就是互相爭奪對方的蝦青素資源,以利於自己能夠在深海中長期生存下去。所以抹香鯨的肉呈暗紅色的原因不僅僅是富含肌紅蛋白,而是同時也富含蝦青素的原因。
人類可以下潛的極限是200米。為了能夠下潛到這個深度需要呼吸與水中壓力相仿的壓縮空氣。最糟糕的情況是隨著下潛深度的增加,人體吸入越來越多的氮氣,如果氮氣在各組織內擴散超出了標準則必須立即採取措施釋放多餘氣體,這就是所謂的“減壓”過程,否則就會出現“減壓病”,體內各組織會產生氣泡,使關節疼痛、耳鳴、肺部和大腦受損等,嚴重時會導致死亡。
為了能改善人類在水下的條件,除發明潛水艇外,科學家們還研究新型的混合氣體以便幫助潛水員能下潛得更深。氦氧混合氣可用於水下30米至250米的深度,有助於縮減減壓的時間。但這種混合氣體的不利之處在於會讓身體失去熱量。因此,科學家們又研究出了由氧氣、氦氣和氮氣組成的三氣混合體,能夠在水下450米的深度使用。但是,如果真想延長下潛時間,最好的辦法是採取飽和潛水的辦法,也就是說數日乃至數周的時間內呼吸混合氣體,習慣水下20米的環境。通過這種辦法,各組織內的氮氣達到飽和狀態,潛水者就可以在水下逗留無限長的時間。但是,減壓也需要數日的時間。看來,要想像魚一樣在水下自由活動是要付出代價的。
地球上最熱的地方:利比亞的阿齊濟耶沙漠
平均氣溫:57.8攝氏度
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沙漠
人體各器官普遍無法承受高溫的侵襲,但大腦是最無法抵禦這種侵襲的器官。當人體開始適應高溫時,便會開始出汗。出汗會導致喪失部分電解質,如鈉、鉀、鎂和氯等。此外,心跳頻率也會增加。皮膚上的微血管擴張,以便使體內的熱量更加有效地散發出去。但是,隨著氣溫的不斷升高,體內細胞會受到損害,因為高溫阻礙了血液暢流,導致細胞乾燥,細胞膜無法傳遞生命物質。
儘管我們可以忍受桑拿房中高達90攝氏度的溫度,但最好還是不要去刻意體驗高溫。當大腦細胞達到41攝氏度時,我們可以毫不誇張地說我們已經被煎熟了。非洲塔爾基人以及其他生活在沙漠地帶的人知道,適應高溫天氣的關鍵在於穿多層衣服,將頭和身體完全包裹起來。即便如此,在每年前往麥加朝聖的路上,還是會有上千人死亡。
地球上最冷的地方:南極洲東方角
平均氣溫:零下89.96攝氏度
除了寒冷,南極還是一個地勢較高(海拔2800米)、乾燥而多風的地區。南極點位於南極洲的中心地 帶,這是一個人跡罕至的地方,雖然擁有大量的飲用水,但還是很少有哺乳動物生活在這裡。禽類也僅僅是在其外圍飛過。只有企鵝、魚和海豹敢於挑戰這裡的嚴寒。
寒冷、高海拔和乾燥等氣候條件湊在一起更加重了對人體的影響。在踏上南極大陸以前,必須做好給體內補水的充分準備,並穿上厚的衣服,還可服用乙醯唑胺藥片以緩解因地勢高而產生的不良反應。
長期置身嚴寒中,人體的能量損失嚴重。因此,南極考察基地的工作人員每天必須攝入4000千卡的食物,如果溫度降至零下40攝氏度以下,則必須攝入6000千卡。所謂南極綜合征就是指甲狀腺素分泌發生變化,脂肪新陳代謝的頻率加快。可見,要想減肥沒有比去南極更好的選擇了。
體溫過低是南極威脅人體的另一問題。當體溫降至35攝氏度時,人體抵禦寒冷的能力開始降低,達到27攝氏度以下時則會出現昏迷。如果在南極落入冰冷的水中,15分鐘內就將死亡。
距地球最遠的人類生存地:國際空間站
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國際空間站
在太空中人還會失去方向感。“上”與“下”的概念在太空中根本不存在,因此只有三維視覺空間才能幫助人定位。此外,人體生物鐘也將被打亂,因為在太空中每90分鐘就有一次日出。太空艙的空氣必須保持清新,防止宇航員們會吸入自己呼出的二氧化碳。
人類擁有向自身極限挑戰並創造紀錄的無法抑制的渴望。然而,人們在心理和生理上距離最終極限又有多遠呢?
1.人類的速度極限是多少?
美 國斯坦福大學的馬克·丹尼通過分析1920年以來各種田徑比賽的世界記錄,發現其遵循類似的模式,即成績逐步提高直至穩定。女子百米成績在1977年趨於 穩定,男子短跑成績仍然在提高,不過很快就要到達極限——百米9.48秒,只比牙買加飛人博爾特所保持的世界記錄少0.1秒。產生人類速度極限的原因類似 於運動員的力量—重量比,即超過某個點,更強健肌肉和更長四肢的優勢將會被增加的能量消耗所抵消。
2.人在真空狀態下能活多久?
宇 航員突然暴露在真空狀態下30~40秒就會死亡。當外部壓力降低,血液中形成氣泡,肺部會在幾分鐘內受損。由於氮氣從血液溶出,神經系統在數小時內會受 損。壓力驟降對人體是致命的:滲入肺部的空氣會在幾秒鐘內爆炸。如果以更適當的方式進入近乎真空的狀態,且身邊有醫療監護,人有可能會存活最多1分鐘的時 間。
3.人究竟能記住多少東西?
1986 年,美國研究人員研究了人們在看圖片和信息時能存儲多少視覺和口頭信息以及他們忘記的速度有多快。經過測算,成年人一生中可儲存約125M的這種信息。按 照正確順序準確無誤地記憶一長串數字比記住信息或者圖片更難。當前的世界記憶冠軍、中國的呂超2005年能背誦圓周率67890位。呂超記憶40000位 圓周率大約用了1000小時。
4.人體能忍受多低的溫度?
人 的核心體溫為37℃。如果在又潮濕又颳風的情況下,20℃的環境溫度就能引起體溫過低;只要核心體溫降低2℃就會發生體溫過低:首先人們開始失去知覺,然 后心率失常。降到大約24℃時心跳就會停止,人會死亡。有人曾在冰冷的溪流里被困80分鐘后得救,這個特例是因為流動的冰水使其身體冷到了這樣一個程度:呼吸停止,心跳停止,大腦基本上不需要氧氣,這樣才有了恢復的機會。
5.人不吃不喝能活多久?
理 論上,當人耗光了體內脂肪、蛋白質和碳水化合物,身體就會因能量耗盡而停止工作。但是,人類死亡不需要等能量完全耗盡。如果體內有足夠的水溶性B族維生素 來幫助儲備脂肪新陳代謝的話,胖人可能會活得更長。保持最長時間不進食記錄者是愛爾蘭絕食抗議者基蘭·多爾蒂,他在絕食73天後死去。在補充維生素和水的 情況下,人們可以不吃東西活一年。
6.人不睡覺能堅持多久?
1963 年,17歲的美國人蘭迪·加德納創下的264小時不眠記錄是科學驗證過的最長不睡覺時長。在這一過程中,加德納經歷了情緒波動、記憶和注意力出問 題、協調能力缺失、說話含糊不清併產生了幻覺。有一種被稱作致死性家族性失眠症的遺傳疾病,說明人類不睡覺的時間是有最大限度的。這種疾病最終剝奪了患者 的睡眠能力,使他們在3個月內死亡。
7.普通人能承受多大重力加速度?
過 山車俯衝而下時,人體會在很短的時間裡承受5g重力加速度(1g=9.8米/秒2),這時人們會產生頭暈噁心的感覺。人體承受重力加速度的能力,不僅取決 於加速度或減速度的變化和持續時間,而且取決於身體的方向。人們對朝腳的方向施加的外力最敏感,因為這使血液流向大腦。不過,有些人確實能在6g的環境下 保持清醒狀態,而其他一些人在3g的環境下就會暈過去,所以飛行員必須經過嚴格選拔。
8.人類究竟可以登上多高的地方?
如 果一個人在沒適應新環境前被突然送上珠穆朗瑪峰(8848米),可能不出2分鐘就會死亡。1999年,巴布·奇里·夏爾巴在珠穆朗瑪峰缺氧環境下生活了 21小時,打破世界紀錄。而迄今只有一個人在冬季沒有氧氣裝置的情況下攀登珠峰。科學家認為,人類能夠承受的最高海拔可能是9000米。人如果長時間呆在 海拔超過5000米的地方,就會導致肌肉萎縮、肺部和大腦積液的風險顯著增加,且影響生育能力。
9.人類最多能夠舉起多大的重量?
世 界硬舉紀錄由英國人安迪·博爾頓創造,他將457.5千克的重物從地面提到大腿部位。過頂舉重紀錄則為263.5千克。人類舉重已經接近所能達到的極限。人體擁有天然的抑制機制,能保護身體因所舉重量過重受到損傷。舉重運動員經過訓練懂得如何抑制這些機制。遺傳因素也扮演著重要角色,比如四肢短小的人力量 更大,一些人的肌肉纖維數量也要超過其他人。
10.人類閉氣最長能達多久?
2009 年,法國人斯蒂凡·米弗蘇一次閉氣時間達到11分35秒,創造一項新的靜止閉氣世界紀錄。當一個人把面部浸泡在冷水中時,外部血管收縮,血液從肢體末端流 向心臟和大腦。這樣一來,心率就會減慢進而減少氧氣向全身擴散的幾率。經過訓練,閉氣高手的心率只有普通人的一半。出色的閉氣者有望將閉氣時間延長至15 分鐘左右。