Начало этим исследованиям было положено в Советском Союзе выдающимся физиологом Орбели, который предпринял в 1933 и 1938 годах два опыта на себе, имевших большое значение. Первый был проведен в его лаборатории. Из пневматической камеры был выкачан воздух. Оставшееся в камере количество воздуха соответствовало примерно его плотности на высоте 12 километров. Орбели, который сидел в камере, вскоре начал задыхаться, его губы посинели, и, наконец, он потерял сознание. Тотчас же ему начали делать искусственное дыхание, однако прошло четыре часа, прежде чем он пришел в себя. Второй опыт также преследовал цель изучения физиологии процесса дыхания. Он проводился на Черном море, неподалеку от побережья Крыма. Орбели заперся в кабине подводной лодки, лишенной подачи кислорода, и пробыл в ней продолжительное время. Он оставался в кабине, когда наступило удушье. Лишь после того, как он потерял сознание, его вытащили наверх — таково было предварительное указание Орбели. Через два часа к ученому вернулось сознание. Однако на протяжении шести последующих дней он чувствовал себя больным.
Леон Орбели умер в 1958 году. В последние годы своей жизни он был директором института имени Павлова и Ленинграде и как военный врач имел чин генерал-полковника. Он был одним из учеников Павлова.
С началом второй мировой войны (правильнее, с началом подготовки к ней), разумеется, и медицинская сторона высотного полета стала предметом тщательных исследований. Во всех государствах, в значительной степени заинтересованных в развитии авиации, были построены камеры пониженного давления по принципу Бера, предназначенные для лабораторного изучения физиологии высотного полета, и всюду врачи и студенты-медики изъявляли желание поставить на себе опыты, так как хотели внести свой вклад в разрешение этих вопросов. Тогда же, незадолго до второй мировой войны, была, например, построена камера пониженного давления в исследовательском институте авиационной медицины Германского министерства авиации, камера, которая, естественно, имела совсем другой вид, чем у Бера, и была предназначена для опытов уже не только на животных, но и на людях. Это было большое, герметически закрытое помещение, в котором можно уменьшить давление воздуха на любую величину, а также воссоздать и другие условия высотного полета — холод, изменение влажности, излучение и так далее. Теперь молодые врачи могли садиться в такую камеру и позволять проделывать над собой все, что сопряжено с высотным полетом.
Все эти исследования и опыты в камере пониженного давления проводились систематически. Изменения крови, возникающие на больших высотах, были в общих чертах уже известны на основании исследований при высокогорном туризме. При быстром подъеме в высоту, происходящем при полете, вследствие разрежения воздуха наблюдаются, как показали и опыты в камере, значительные воздействия различного рода. Оказалось что сердце и кровообращение выдерживают недостаток кислорода дольше, чем центральная нервная система, мозг, который на критических высотах затемнением сознания и намечающимися судорогами показывает, что состояние испытуемого лица может стать опасным.
Дальше, когда разрежение воздуха еще не особенно значительно, частота пульса внезапно уменьшается. Этот кризис пульса объяснили раздражением блуждающего нерва, действие которого, как известно, противоположно действию симпатического нерва, выражающемуся в учащении пульса. Падение частоты пульса и приводит к затемнению сознания и коллапсу, непосредственной причиной которого является недостаток кислорода. Вследствие этого и погибли когда-то спутники Тиссандье.
Все эти явления можно было наблюдать в камере пониженного давления. Причем, разумеется, границ допустимого не переходили; в момент опасности давление снова повышали и подводили кислород. Интересно, что в камере ранний коллапс (уже при 4500 или 5000 метров) наблюдался почти исключительно у молодых людей, а лица старшего возраста переносили и более высокие «полеты». Если воздух в камере влажный или слишком теплый, коллапс наступает скорее, что соответствует и обычным наблюдениям. Точно так же можно было заметить, что стояние повышает предрасположение к обмороку, в то время как сидячее и особенно лежачее положение способствуют ослаблению такого предрасположения.
Уменьшение содержания кислорода в воздухе влияет и на мышечную силу. Мышцам для работы нужен кислород. С помощью динамометра соответствующие опыты нетрудно было провести в камере пониженного давления. Динамометр простой инструмент с пружиной, которая при нажатии сжимается. До 4 тысяч метров мышечная сила почти не меняется. Но на 5 тысячах метров кривая измерения силы заметно падает. Некоторое время она остается стабильной, но на высоте 6 тысяч метров падает вновь, так что вскоре наступает полное бессилие и одновременно значительное затемнение сознания. Эти экспериментальные результаты совпадают с недомоганиями, на которые жалуются летчики и альпинисты, взбирающиеся на высокие горы, например участники гималайских восхождений.
То обстоятельство, что центральная нервная система — головной мозг так быстро реагирует на недостаток кислорода затемнением сознания и другими явлениями, не должно вызывать удивления. Ведь это самый чувствительный орган, и всякая задержка поступления кислорода или крови (по своему действию это одно и то же) сказывается мгновенно. Врачи в опытах на себе могли достигать всех степеней таких влияний и регистрировать их. Уже при разрежении воздуха, соответствовавшем высоте в 4 тысячи метров, медики, находившиеся в камере пониженного давления, говорили, что все начинало им казаться более темным, а затем после дачи кислорода свидетельствовали, что все стало лучезарно ярким, словно раскрыли занавеси на окнах. На этой же высоте появлялась неспособность различать цвета, что не менее характерно.
На высоте от 4 до 5 тысяч метров отмечается понижение функции и со стороны других органов чувств. Это относится к слуху, обонянию, вкусовым ощущениям, а также к восприятию движений членов тела. В камере пониженного давления, разумеется, исследовались и мыслительные способности, внимание и способность сосредоточиться. Ведь это важная проблема для безопасности полета. При медленном подъеме нарушения начинаются уже на высоте в 3 тысячи метров, при быстром — на высоте 5 тысяч метров, а на высоте 6 тысяч метров, как выразился специалист, математика становится книгой за семью печатями даже для математика. Все это очень важно для практики, для действительных полетов на более значительных высотах.
Важным является и время реакции. Опыты, проведенные в камере пониженного давления над молодыми врачами, показали, что на высоте в 5 тысяч метров простые реакции едва ли нарушаются. Если летчик (или испытуемое лицо) знает: при зеленом цвете надо совершить одно действие, а при красном другое, и это у него отработано настолько, что происходит, так сказать, автоматически, то даже на высоте 5 тысяч метров никакого изменения не будет обнаружено. Положение иное, если испытуемый на этой высоте должен принимать решения. Тогда видно, что его воля угнетена. Чем выше подъем, тем более ясной и полной становится утрата импульса. Насколько эти данные важны для безопасности полета, понятно без особых рассуждений. Одновременно возникает рассеянность, пропадает заинтересованность. Это может привести к тому, что даже поставленная задача не будет выполнена и пропадет весь смысл высотного полета, так как в решительный момент активная воля сведена к нулю. Примеры этого содержатся в отчетах врачей, участвовавших в полетах или обследовавших такие случаи.
Образцы записей, сделанных в камере пониженного давления на разных «высотах», ясно свидетельствуют о влиянии уменьшенного давления и недостатка кислорода. Хороший, четкий почерк очень быстро превращается в трудночитаемый, и, наконец, его уже совершенно невозможно разобрать. Нарушения начинаются на высоте 7 тысяч метров, а на высоте 8 тысяч метров почерк уже почти нельзя разобрать.
В камере пониженного давления у испытуемых лиц исследовались также и рефлексы. Как известно, в норме голень быстро принимает горизонтальное положение при ударе ребром ладони или молоточком по сухожилию коленной чашечки. В камере пониженного давления при подъеме до 2 или даже до 3 тысяч метров этот рефлекс не изменяется. Но затем он становится более слабым, а на высоте 5 тысяч метров ослабление внезапно сменяется повышением чувствительности, которое в дальнейшем усиливается и, наконец, превращается в судорогу. Мышечные судороги вообще один из болезненных процессов на высотах.