美军的疼痛实验室

(南方都市报  www.nddaily.com SouthernMetropolisDailyMark 南都网)

    在美国陆军环境医学研究所（USARIEM），研究者用各种极端手段将士兵逼到极限。最终希望突破这些人体极限，打造能够适应任何自然环境的战士。USARIEM的成果也渗入平民生活，影响普通人的饮食、锻炼和户外生存。

    药片小小的，紫色，呈圆柱形，像一枚38口径的子弹。认识罗伯特·基尼菲克才10分钟，他就递给我一只橡胶手套，告诉我药片需要放入身体的哪个部位。在不泄漏太多细节的情况下，这样说吧，这药片———其实是一粒无线温度感应器———要进入的地方不那么令人愉快。

    基尼菲克45岁，戴眼镜，穿卡其裤，休闲鞋，一看就知道他曾经是一位大学教授。他对我深表同情，开玩笑说，“我知道，多数人在干这样的事情之前想要吃点美食，跳跳舞。”随后将我领进洗手间。

    放好药片后，我蹒跚地走回测试区。“我们开始吧。”基尼菲克说着，打开一扇沉重的钢门。我们走进一间金属四壁的房间，里面的温度就像沙漠的正午。

    “嗷……”我发出痛苦的呻吟。

    基尼菲克露出抱歉的表情。今天房间的温度只有40℃，他说他第一次实验的时候，有的家伙尝试了50℃。但我丝毫不觉得自己受到了“优待”，房间的钢铁墙壁和地板都很烫。还不断有热气喷出。在这个房间里我还要待3个小时，等到身体脱水，再爬上一辆健身车，以最快速度骑行。目标：检验在高温、极度口渴的情况下，我的体能将受到多大的影响。

    基尼菲克是一位生理学家，在美国陆军环境医学研究所（USARIEM）工作。即使在军队内部也没有多少人知道这个机构的存在，它的目标是打造能够承受任何自然环境的士兵。虽然基本上是一个国防研究项目，USARIEM的成果也渗入平民生活，影响普通人的饮食、锻炼和户外生存。

    基尼菲克专攻高温问题。美军官员给他打电话，可能是想要知道，涂上厚厚一层驱蚊剂是否妨碍士兵排汗、降温；（答案是“不会”）或者想要知道，如何让士兵们尽快适应闷热的环境（他正在研究）。

    现在我正重复不久前的一个实验，目的是回答一个关键问题：在温度太高的情况下，我们的身体为什么会崩溃。基尼菲克早前曾解释说，一种最普遍的假设认为，这一切都是我们的大脑造成的：“人脑的视丘下部———功能之一包括调节体温———设有一个温度极限，当超过这个极限，大脑就会发出指令，‘温度太高！’命令身体减速。”有研究显示，当人体温度达到40℃的时候，身体就会求饶。

    但是，基尼菲克和他的同事并不认同这一观点。他们让运动员带上紫色的小温度剂进行了实验。“我们发现，当运动员的体温达到40℃时，反而在加速。”基尼菲克认为，高温影响人体体能另有原因：血液不够。身体必须同时将血液送到肌肉、心脏、大脑，还得送去皮肤表面帮助降温。脱水造成体内血液总量的减少，身体的各个器官互相争夺剩下的氧气和营养，最终导致身体崩溃。和保护姓名相比，在菲尼克斯（美国沙漠城市）跑完马拉松，或是在喀布尔踢开反叛武装的大门都不再重要。

    基尼菲克说，了解我们的身体到底发生了什么，将帮助减轻这个问题。

    在40℃的房间，在健身车上骑了3个小时，我185磅的体重减少了超过2%———近4磅的液体。我的身体从没有这样缺水，但是，在之前的实验中，有的志愿者身体水分缺失达4%.当实验助手布瑞特·艾利将一个测氧的管子放进我的嘴里，我感觉不到一点口水。

    几小时前我在一辆健身车上全速骑了15分钟，知道了在正常情况下，我一刻钟能骑行的最远距离。现在我再一次爬上健身车，不同的是，这次是在40℃的房间内。一开始，我的速度还算稳定。5分钟后我慢了下来，无法恢复之前的速度。9分钟后，我似乎撞上了极限。剩下的6分钟感觉就像永远。“我的身体实在太糟了！”基尼菲克和他的手下们面无表情地站在一边，不允许给我任何的鼓励。

    在我喝了3大瓶运动饮料，美美地睡了一晚之后，基尼菲克告诉我，我的表现和他预期的一模一样。根据他的研究，在40℃房间里，脱水的士兵们在健身车上骑行的距离比在正常室温下骑行的距离少近1/4.

    基尼菲克希望能够创造一个数学公式，计算高温条件下，人的体能下降的精确程度，方便军队指挥官们预测高温环境对军队行进速度造成的拖延。他和同事们还希望能够找到对抗疲劳的方法。基尼菲克不肯说具体的方法———这是一个秘密———但是，在不久的未来，他暗示，士兵在沙漠中可以穿着一种液体冷却的轻型夹克，防止身体过热。

    在健身车上，谈论假设的降温方法对我没有丝毫安慰。我想要停下来，但骄傲让我继续不停地踩踏板。热、渴、疲劳，我朝着疼痛的深渊又迈进一步。

    USARIEM位于波士顿西郊的纳蒂克士兵系统中心，这地方看上去就像一所老旧的社区大学。但是外表往往是骗人的，这里是美国陆军辖区里有趣的78英亩。士兵们吃的、穿的、用的都可能诞生于此。在一幢大楼内，研究者正在创造精确制导的运送供给品的降落伞；在另一幢大楼内，科学家们正在研制一种用特殊纤维制作的衬衣，这种纤维遇到电流后会自动膨胀，增加保温效果。

    一幢位于角落的大楼看上去像是大学的物理系。在这幢楼里工作的有生理学家、心理学家、生物数学建模师、营养学家、医生、兽医和后勤人员。墙壁上张贴的海报描述了正在进行的各种实验，比如：老鼠热中风恢复实验中血浆可溶性细胞因子受体水平增加。

    这里就是USARIEM.中心其他地方研究士兵们身体之外的东西———服装、装备———这里研究的是如何从内部提高他们的表现。“我们类似于运动员的生理学家，”USAR IEM副司令官威廉·拉茨卡中校说。不同的是，运动员们背着的是M4卡宾枪。

    每年，USAREM的经营费用高达1800万美元，这些钱花得不冤枉。“我们是在室外作战，”59岁的史蒂芬·穆扎说。他是高海拔研究小组主任，属于USARIEM的温度和山地医学部。更准确地说，严寒的极地、高海拔山区都可能成为战场。饥饿、缺水是士兵必须面对的问题。虽然武器技术高度发达，有了无人飞机和智能炸弹，但是，最终决定战争结果的还是前线的士兵。在今天尤其如此，因为恐怖分子和反叛武装往往藏身于丛林、山地等边远地区。

    USARIEM诞生于50年前，前身是哈佛大学的疲劳实验室。这个实验室创建于1927年，目的是研究热、冷和疲劳对在极限环境下工作的工人的影响。二战后，美军官员意识到，他们需要更好地了解气候对前线士兵的影响。今天，USARIEM是从事这类研究的主要场所，拥有各种古怪的实验器具。

    在大楼的地下室有一个水下实验室，士兵们可以在此尝试体温最低极限。在走廊尽头有3个高海拔模拟舱，可以让人体验珠穆朗玛峰山顶的感觉，而温度可以任意选择-15℃至40℃。在街道另一侧座落着世界上最大的环境实验室，房间有网球场大，在里面可以模拟高温、极寒、强风、暴雨各种自然条件。“在这里我们几乎可以复制地球上的任何环境。”46岁的生理学研究者约翰·卡斯特拉尼说。

    众多的智囊和先进设备发挥了它们的效果。已经成为登山爱好者必备品的防高原病药物Diamox，于上世纪70年代至80年代初，在USARIEM经过临床测试。上世纪60至70年代，美军对高热和脱水的研究让人们对于在高温环境中运动时的穿着和饮水量有了新的认识，当时制定的标准沿用至今。过去50年里，USARIEM解决了很多大大小小的问题，比如美国人每天应该使用多少克盐？在返回地球的途中，宇航员要承受什么样的高温。通过《美国运动医学院学刊》等生理医学杂志，这些研究结果传播开来，最先被医生、物理治疗师和媒体所注意，再传达给普通民众。USARIEM的科学家平均每年要发表至少100篇类似的论文。

    他们的工作从未停止：在街的另一边，生物力学研究者约瑟夫·赛伊正在研究，在不受伤的前提下，士兵能够承受多大的负重。旁边的实验室里，他的一位同事正在研究，富含锌和omeg-3脂肪酸的食物能否有助遭遇创伤性脑损伤的士兵的恢复。

    在学术界，人体生理学的研究主要集中于治疗疾病，这就使得那些在其他地方无法获得经费的研究集中到了USARIEM.“研究经费的竞争非常激烈，相比治愈癌症，没有人关心是否能让人变得更壮、更强、更优秀。”35岁的生物化学家玛丽亚·厄索说，她正在研究如何通过锻炼，增强士兵的力量和肌肉数量，“但是对于军队而言，这却是生死攸关的问题。”

    进入高海拔实验室前千万不要过于自信。

    我向USARIEM提出，自愿充当小白鼠，体验一次他们所进行的研究。陆军官僚立刻交给我一份7页厚的需要医生签名的免责声明。我哈哈大笑，毫不犹豫地签下大名，邮寄回去。几个小小的实验有什么可怕的？

    现在，在模拟海拔1万英尺实验舱中跑了5英里之后，我的想法已经彻底改变。我感觉糟糕透了，喘个不停，不停地回头看是谁在不停地往我的帆布背包里装保龄球。

    几分钟前，高海拔模拟舱的大门关上了。穆扎说，“我们要升到更高。”随着气压的变化，房间的墙壁发出叽叽嘎嘎的声音。飞机高度计的指数变高。10分钟后，我们抵达海平面上9843英尺。出于安全原因，USARIEM官员不允许我尝试更高海拔。

    “你感觉到变化了吗？是不是感觉像喝了一两杯啤酒？”28岁的马克·克莱斯科军士问我，“一开始偶尔会有愉快的感觉。有人还会咯咯地笑。”(南方都市报  www.nddaily.com SouthernMetropolisDailyMark 南都网)

    穆扎是个聒噪的家伙，留着扫把式的胡子，手上戴着带高度计的腕表。USARIEM的包括3个房间的低压舱是穆扎的宝贝，是北美仅有的几个可控环境高海拔模拟舱之一，不但能够让舱内的人体验喜马拉雅山上缺氧的感觉，还能随意控制舱内气压和温度，要体验南极或沙漠任人选择。一个房间的空间很大，志愿者可以在里面运动。另一个房间内设有床铺，可以在里面长时间休息。两个房间之间是一个带真空泵的厕所。

    在美国入侵阿富汗之后，军方更频繁地拜访穆扎。“阿富汗和巴基斯坦接壤的边界地区是反叛武装的重要据点，那里的海拔在5000至1.8万英尺。”美军希望知道高海拔对士兵体能的影响，越详尽越好。

    感谢模拟舱进行的实验，研究者在这方面已经有了不少的了解。在海拔约4000英尺，最大摄氧量———衡量有氧代谢能力的参数———开始减少。“有趣的是，运动员受海拔高度的影响比普通人更大。”穆扎说，“他们的身体的氧代谢能力高度发达，稍微剥夺一点点氧气，体能就会极度下降。”

    在海拔约8000英尺，将出现严重的高原反应（AMS）症状，比如头痛、恶心。约20%的人突然抵达这个高度将出现某些形式的AMS.由于视网膜中的视锥与视杆细胞缺氧，视力也开始下降，即使适应环境后，这个问题依然无法完全得到解决。视锥细胞使人可以看到颜色，而感应阴影和光线的视杆细胞帮助人分辨形状。“假如你是一名士兵，在海拔1万至1.2万英尺，”穆扎说，“你可能很难将远处一名身穿迷彩服的士兵和周围岩石区别开来。”

    在海拔约1.2万英尺，人将出现认知问题。做出正确的决定要花更长时间———在交火或是山地夜间作战时这可能带来致命后果。在这个高度还可能出现最致命的高原反应：高原肺水肿和脑水肿。

    约往上情况变得越糟。在海拔1.4万至1.8万英尺，未经过适应或药物帮助，任何人都会患上高原病，甚至死亡。这时，人的情绪会发生变化。“在高海拔待久了，尤其是在1.4万英尺之上，你会变得孤僻，富有侵略性，不爱合作，”穆扎说“这将极大地影响队伍团结，影响小组在压力条件下的决策和合作能力。”

    但是，在高海拔，人的身体和大脑能力到底会受到多大程度的影响？为了回答这个问题，我正在接近海拔1万米的气压环境下，在跑步机上挥汗如雨。穆扎想要得到确切的数据。“对于指挥官而言，仅仅知道‘海拔越高，人的体能越差’远远不够，”他解释说，在今天的军事合作攻击中，“他们要知道具体的影响是什么。”

    几年之内，穆扎和他的同事们希望将他们了解到的新知识转化为实际应用：前线指挥官只需要输入几个变数———比如士兵作战的海拔，他们适应的程度等等———电脑将告诉他们行军速度需要被延迟多长时间，有多少士兵可能患病倒下。

    但是，穆扎也希望尽可能减少环境因素对士兵的干扰。他已经取得了一些成功。比如，碳水化合物。之前，科学家一直认为，增加碳水化合物的摄取无助于改善人在高海拔的表现：制约因素似乎是氧。几年前，穆扎和他的同事成功反驳了这一观点。他们的实验显示，如果随着海拔高度，逐渐增加碳水化合物的摄取，可改善体能近25%.现在高海拔作战的士兵都可以获得一种富含碳水化合物的零食。

    另一项发现和酪氨酸有关。这是一种存在于肉食和坚果中的氨基酸，是肾上腺素、多巴胺和去甲肾上腺素的基本构成物质。研究者发现，当士兵身处压力环境———比如在冷水中———在服用酪氨酸之后受损的射击技术和思考能力可以恢复一半。现在USARIEM的营养部门正考虑将酪氨酸添加到士兵的食品中。不难想象，不久的将来，登山运动员的背包中也将出现这种含有酪氨酸的食物。

    吃一粒药片，就能防止高原反应，迅速适应高海拔，穆扎说，“这是我们的长期目标。”与此同时，通过了解人体对高海拔的适应机制，科学家已经找到了一些对策。最近，研究者开始测试乙醯半胱胺酸（NAC）。这是一种可以在保健品店购买的抗氧化物，急诊室也用它来治疗泰诺过量。穆扎说，“NAC似乎能够影响我们对呼吸的调节，尤其是影响高海拔时颈动脉化学受体对氧气水平的感知。”有证据显示，在缺氧环境中，服用了NAC的人呼吸加快。加快呼吸是对高海拔的正常适应方式之一，能迫使更多氧气进入血液。

    USARIEM的研究者还发现，“爬得越高，睡得越少”是绝对的真理。另一项高海拔模拟舱实验显示，每天只在高原地区待4个小时却在平原地区睡觉的人，适应高海拔的速度与长期待在高原地区的人一样快。

    穆扎说，USARIEM的研究结果经常否定从前的认识。“有时只是简单地告诉他们，‘不要那样做，于事无补’”。研究者一度希望抗氧化维生素能够减轻高原反应的症状。研究人员怀疑自由基是导致高原反应的原因之一，而抗氧化物可以消除氧自由基。但是研究显示，这一假设并不正确。穆扎说，“我们喜欢开玩笑说，吃大量的抗氧化维生素只有一个结果：昂贵的多余维生素随着尿液排出。”(南方都市报  www.nddaily.com SouthernMetropolisDailyMark 南都网)

    另一个颠覆性发现：职业自行车手和其他运动员使用的低氧帐篷并无助于士兵更快适应高海拔环境，因为低氧帐篷只能模拟缺氧环境，但不会降低大气压力，而研究显示，后者是高海拔调节的一个重要因素。

    USARIEM还专门对EPO进行了研究。EPO全称促红细胞生成素，是运动员尤其是职业自行车手使用的一种新型兴奋剂。研究者希望这种能够刺激大脑生成保护性蛋白的激素可以保护神经元抵御高原缺氧的影响。但是，在试验中，服用EPO没有达到预期的效果。“但是这并不说明它无效，”穆扎说，“要EPO发挥效果，需要到FD A（美国食品药品管理局）批准剂量的3至4倍。”

    回到跑步机上，我已经几乎听不到穆扎在说什么。我觉得难受极了，速度已经从跑放慢成了快步走。完成规定距离时，我所用的时间比第一次多了近25%.穆扎说，类似的退化程度并不罕见。一天之内，我第二次认识到，我并没有自己认为的那么强壮，尤其是和那些曾经在USARIEM实验室接受测试的士兵相比。

    1985年，9名志愿者在模拟珠穆朗玛峰高度的低压舱内住了40天。有的人还需在心脏插入导管的情况下运动到精疲力尽。海军也曾借用过高海拔舱模拟被困海底的潜艇内部的状况。为了了解故障潜艇内高二氧化碳环境对士兵的影响，8名海军潜水员在高海拔舱内住了一周，在湿度大，气温接近零度的环境中，静静地躺着几乎纹丝不动。几年前的另一次实验中，研究者希望了解持续军事行动的心理影响，志愿者们连续3天没有得到片刻休息，一直在不停地运动。

    因为害怕被指责强迫士兵接受残酷的实验，军队特别强调，所有的实验都经过了安全审核。这一点上和其他研究机构并无区别。所有参加实验的士兵———其中很多是刚入伍的新兵，在上战场之前，他们自愿在此接受3个月的测试———都可以自由选择参与什么样的实验。

    你也许以为，在残酷非人的实验中，很多志愿者会哭爹喊娘，半途而废。事实正好相反。“这是好几年前的事。一名志愿者在跑步机上跑步，他嘴上戴着一个口罩式样的东西。我的电脑突然不再收到新的数据，”穆扎回忆说，“我正在想‘这些数据到底怎么了？’我抬头看，那家伙鼻子上依然夹着夹子，口罩还在，再往下看是连接口罩的管道，‘管道里是什么东西？’这时，我才发现管子里充满了呕吐物。他吐在了我的设备里。他是一名特种兵。无论如何也不愿意退缩。”

    基尼菲克谈到他的高温实验，想起了类似的情形。“有的人哭了起来。但是谁也没有要求停下休息。”

    “他们了解我们的工作是重要的。”基尼菲克说。

    这些硬汉中最突出的包括克莱斯科军士，他是一名攀岩爱好者，参加了八九次实验，其中一次是测试一款通风头盔的降温效果。研究者想要知道，头部降温是否也能帮助身体降温。克莱斯科和其他的志愿者，在49℃的温度下，连续行走了几个小时，食道和肛门里还插着温度计。

    “确实有点难受，”克莱斯科回忆说，“你精疲力尽，严重脱水，屁股里插着温度计，喉咙里还有一个。但是我喜欢这样的挑战。”(南方都市报  www.nddaily.com SouthernMetropolisDailyMark 南都网)

    卡斯特拉尼报出我脚下的水温：“华氏58.2度（14.5℃），和新英格兰的水温差不多，”他笑着说，“今天你将要体验缩水。”

    卡斯特拉尼的专长是研究人体对寒冷的反应。他很高兴满足我对他工作的好奇心，让我亲自领略一下低体温。现在，我身穿迷彩服，屁股里插着温度计，站在一个冷水池里，水刚到胸部的位置，准备就绪，我站到了水下跑步机上。

    不久之前，卡斯特拉尼才向我解释了进行这类痛苦实验的原因。1995年，4名陆军游骑兵新兵在佛罗尼达北部沼泽地区经过冬季水下训练后因为体温过低死亡。事故发生后，美国陆军要求卡斯特拉尼和同事重新检查现有的冷水训练安全标准。

    “我们基本上在实验室内复制了穿越沼泽和河流的过程。”他说，“我们密切监视志愿者的身体核心温度，有时需要他们连续行走超过4个小时。老实说，最终只有两个人坚持了4个小时。那是一次残忍的实验。”

    实验结果重新修订了美军冬季水下训练的指导标准。现在的标准规定，在11℃（佛罗里达沼泽冬季水温）齐腰深水中训练的士兵在水下逗留的时间不能超过1个半小时。之前的标准为3个小时。

    USARIEM的一些最有趣的发明目前还只是设想。卡斯特拉尼希望很快能够找到一种方法，让赤裸的手在冬天也保持温暖。“我们朝数字化战场又近了一步，”他说，“到处都需要使用电脑，需要赤手操作电脑。”

    卡斯特拉尼不愿讨论细节，但他说，解决方法可能在于一种纳米设备，它可以在血液流入手部之前对其进行加温，这东西必须小巧方便，士兵或者野外作业的工人都愿意使用。

    这些都是未来的事情。回到寒冷的现在，我已经在水池里待了15分钟。身体核心温度下降到1℃。我对自己说，嘿，这还不算太糟。我还可以坚持几个小时，让腿上刺骨的感觉见鬼去吧。又过了5分钟，情况发生彻底改变。我的腿沉重起来，感觉就像行走在泥沼里。24分钟后，脊椎连头骨都有刺痛的感觉。很快，身体位于水面上的部分开始发抖。我的牙齿像响板一样敲个不停。30分钟时，卡斯特拉尼示意我爬上来。我还可以坚持更长时间。但是心里却在欢呼，我没有必要坚持下去。编译：宇