Позволит ли костюм, действующий как экстракардиальная система, бегать бесконечно?

Как правило, когда вы бежите на длинные дистанции или делаете что-то особенно напряженное, вы начинаете тяжело дышать из-за снижения уровня кислорода в крови. Ваше дыхание и всхлипывание — это попытка пополнить кислород, который вы израсходовали, пока усердно работали.

Допустим, существует костюм, в котором содержится дополнительная кровь, и своего рода насос, добавляющий кислород и питательные вещества в вашу кровь. По сути, это внешняя сердечно-сосудистая система, которая постоянно отфильтровывает израсходованную кровь и пополняет ее насыщенной кислородом и питательными веществами кровью. Теперь у вас есть две системы, работающие над поддержанием свежести вашей крови.

Поможет ли это вам бегать на большие расстояния, не чувствуя усталости? Что было бы наиболее эффективным способом включить это дополнение в вашу нынешнюю сердечно-сосудистую систему? (Я думал много игл, но ickkk).

Вы задыхаетесь и хрипите, потому что вы непригодны. Если вы тренируетесь в беге (или любой другой аэробной активности), вы увеличиваете свою сердечно-сосудистую систему и сможете бегать на длинные дистанции в разумном темпе, например марафоны и ультрамарафоны, и в этот момент вы обнаружите, что не сердечно-сосудистая система лимитирующим фактором, но мышечная усталость.
@jamesqf Да, но даже марафонцы задыхаются в конце пробежки. Я думал, что дополнительное CV может увеличить их выносливость, так что мышечная усталость действительно является единственным ограничивающим фактором.
Я думаю, вы, возможно, захотите найти «допинг крови», который был таким спорным явлением в различных видах спорта. Это очень близко по действию к тому, что вы хотите, и даже не обязательно должно быть физически на человеке, и для этого не нужны новые технологии. Вы могли бы использовать это как основу для перехода в более высокотехнологичное будущее, оставаясь при этом основанным на науке.
@Faulkner: Марафонцы запыхались, потому что это гонка, и поэтому они обычно заканчивают, вкладывая все, что могут, в последний спринт до финиша. Если вы просто развлекаетесь — например, трейлраннинг — вы не делаете такого большого финиша. Я хочу сказать, что ПРОСТО улучшение системы CV с помощью искусственной помощи мало что даст, потому что тогда вы столкнетесь со следующим слабым местом. Точно так же, чтобы изменить ситуацию, чисто силовые тренировки мало что дают для выносливости сердечно-сосудистой системы.
Возможно нет. В какой-то момент суставы ваших ступней, коленей, возможно, бедер и спины станут такими опухшими и болезненными, что вам захочется избавиться от своих страданий. Я не могу себе представить, чтобы процесс заживления тела опережал ухудшение, вызванное бегом. Я не эксперт, поэтому я полностью открыт для исправления.
Если вы хотите сравнить с вымышленной версией этого, то в отдельном романе Питера Ф. Гамильтона «Падший дракон» главный герой носит «костюм из кожи», биомеханический костюм силовой брони, который подключается к кровеносной системе владельца, так что обе крови запасы становятся симбиотическими во время использования. Чтобы ответить на ваш вопрос, это позволяет владельцу бегать быстрее, плавать глубже, прыгать выше и так далее, но только до пределов крови тела и костюма вместе взятых. Это как иметь два тела, из которых можно черпать; в конце концов у вас все равно закончится энергия, и вы будете вынуждены остановиться и перезарядиться (как в костюме, так и в человеке).
Зачем вам возиться с такой сложной системой, когда вы можете просто создать механический костюм из ног, пристегнуть себя к нему, а затем просто управлять им либо гироскопически (а-ля Segway), либо с помощью нейротрансмиссии (например, повязки на голове, которые улавливают мозг). волны и преобразовать их в команды в программе или системе)? Таким образом, вам не нужно вообще заниматься какой-либо деятельностью, и вы можете бежать, пока у вашего костюма есть сила.
@TylerH Зачем вам возиться с такой сложной системой, когда вы можете просто создать механический костюм из ног, пристегнуть себя к нему, а затем просто либо направить его гироскопически (а-ля Segway), либо с помощью нейротрансмиссии - зачем вам такая сложная система? сложная система, когда можно было просто создать мотоцикл?
@TessellatingHeckler Потому что речь идет об устройстве экзокостюма, которое помогает в беге. Точное имя пользователя является точным.
@TylerH Я пытался придумать что-то, что не стало бы слишком громоздким, когда / если бы у него закончилась мощность. Я вижу, что эта конструкция может быть не самой эффективной, но я пытался избежать механического экзоскелета.
@TessellatingHeckler: Потому что вы можете бегать во многих местах, где вы не смогли бы проехать на мотоцикле. Или, скажем, ваш бег прерывается карабканьем, карабканьем, ползанием и т. д.: вы планируете нести свой мотоцикл, когда будете выполнять эти фрагменты?

Ответы (6)

Процесс обморока на самом деле довольно сложен! Это больше, чем просто оксигенация.

В Стэнфорде был разработан прототип для расширения возможностей физических упражнений. Им не нужна была внешняя сердечно-сосудистая система. Все, что им было нужно, это кулак . Оказывается, на удивление большая часть того, что вызывает у нас усталость, — это температура. Наше тело решает перестать напрягаться, если думает, что может перегреться до такой степени, что навредит себе. Они разработали теплообменник, работающий с ладонью, и это продемонстрировало значительный эффект увеличения нашей выносливости.

Кислород на самом деле имеет меньше общего с физическими упражнениями, чем вы думаете. На самом деле нас больше заботит вывод CO2, чем поступления кислорода. Уровень CO2 в крови делает кровь более кислой, а это может вызвать серьезные проблемы со многими метаболическими процессами. Между тем, гемоглобин очень хорошо справляется со своей работой. Вообще говоря, даже при экстремальных нагрузках насыщение кислородом не опускается ниже 95%. Уровень ниже 90% считается гипоксией, а уровень ниже 55% обычно считается смертельным (хотя на Эвересте был проведен потрясающий сбор данных, который показал, что альпинисты не только выживали при 40% насыщении, но и поднимались. Просто показывает, насколько разум важнее материи!)

На самом деле, когда вы действительно сталкиваетесь с проблемами при беге на длинные дистанции, это энергия. Как оказалось, мозг — это своего рода загадка для эволюции. Если вы поместите достаточное количество энергии (т.е. сахара) в мозг, это на самом деле приведет к слишком большому распределению вещей, и мозг перестанет выполнять свою работу. Организм должен запасать сахар для мозга в другом месте. Решение чудесное , и оно основано на гормоне инсулине. Мозг на самом деле полностью существует за счет энергии, хранящейся в печени в виде гликогена (животного эквивалента крахмала), и печень выбрасывает его в кровоток в виде глюкозы для потребления. Конечно, глюкоза питает и другие части тела, например мышцы. Если вы бегаете слишком усердно, ваши мышцы могут попытаться лишить мозг глюкозы, что может быть плохо.

Решение - инсулин. Все скелетные мышцы и жировая ткань, которые вместе составляют 2/3 массы тела, не могут вытягивать глюкозу из крови, если в ней нет инсулина. Когда вы едите, ваше тело распознает, что в пище есть сахар/крахмал, и вырабатывает инсулин, чтобы позволить мышцам захватить свою долю. Когда пища съедена, организм перестает вырабатывать инсулин, а печень начинает выделять глюкозу, которую набрала во время застолья. Единственными мышцами, которым разрешено собирать эту глюкозу, являются сердечные мышцы и гладкие мышцы, выстилающие полые органы (необходимые для обработки большего количества пищи, когда она поступает... мы также находим гладкие мышцы, выстилающие сердечно-сосудистую систему для контроля кровяного давления).

При беге на длинные дистанции, например марафоне, бегуны испытывают то, что известно как «бонк». Это стена, которая возникает у большинства людей на отметке в 18 миль. Что на самом деле произошло, так это то, что печень хранит только около 4 часов сахара для работы, и бегуны преодолевают 18 миль примерно за 4 часа. В этот момент у вашего мозга начинаются проблемы. Ему буквально не хватает топлива, чтобы продолжать принимать правильные решения. В мышцах еще достаточно гликогена, чтобы поддерживать себя в рабочем состоянии, но мозг иссяк!

Решение простое: спортивный напиток. Немного сахара в напитке быстро попадает в кровоток и сразу поднимает настроение.

В конце концов, костюм может и вовсе не понадобиться. Окунитесь в мир ультрамарафонцев и знаменитого триатлона «Железный человек». Железный человек — это плавание на 2,4 мили, езда на велосипеде на 112 миль и бег на 26,2 мили в течение дня. Эти люди явно могут продолжать функционировать в течение длительного времени, но есть предел: сон. В какой-то момент вы должны перестать бежать, чтобы уснуть. Любая пробежка, которая пытается избежать сна, столкнется с новыми проблемами, которые не решить с помощью простого костюма для сердечно-сосудистых заболеваний. Чтобы понять, как они выглядят, рассмотрите требования военных, где добраться до нужного места буквально вопрос жизни и смерти. Даже там ценится сон .

В конце концов, выносливость на длинные дистанции — это гораздо больше, чем просто содержание кислорода. Существует огромное множество взаимосвязанных факторов, которые формируют выносливость. Мы действительно одна сложная машина!

+1 за объяснение очень сложной системы простыми словами! Хотя я бы сказал, что для самой простой формы вопроса ОП ответ на самом деле - нет. Мне любопытно, однако, не могли бы вы придумать решение, которое повысило бы производительность так, как он хочет? Однако сначала может потребоваться дополнительная информация от OP.
@automaton Я думаю, что уровень усилий должен быть увеличен. Если вы хотите иметь возможность бежать с мертвой скоростью в течение 10 минут, внешние мышцы могут быть наиболее эффективным способом максимизировать выносливость. Что касается долгосрочных решений, система, которая способствует охлаждению и обеспечивает подачу глюкозы, может позволить несколько очень длинных прогонов, но я не слишком хорошо знаком с побочными эффектами непрерывного источника глюкозы, как этот ... могут быть неприятные. .
Один маленький момент: я думаю, что триатлоны отличаются от ультрамарафонов, которые просто бегут на более длинные дистанции, чем марафонские — обычно 50 или 100 км или мили.
@jamesqf Обновлено. Ты прав. Когда я изначально писал это, я думал, что железный человек - это более длинный пробег, чем 26 миль. Когда я искал правильную статистику, я не исправлял формулировку.
Any run which tries to avoid sleeping is going to have new problems that aren't solved by a mere cardivascular suitхотя несколько лет назад была история об этом парне, который выиграл пешую гонку по пересеченной местности, потому что он (очевидно?) не понимал, что ему нужно немного поспать ночью ... полностью изменился, как эта гонка теперь беги.
Что касается CO2, я понимаю, что расщепление гликогена кислородом при аэробном дыхании приводит к CO2, который диффундирует в кровь, а затем возвращается в воздух в легких, который затем выдыхается. Если фильтрация произойдет до того, как кровь достигнет легких, эффективно заменив функцию легких в организме, будет ли этого достаточно для работы?
Одна вещь, которую вы пропустили, это мышечная усталость из-за накопления молочной кислоты , которая ухудшает мышечную функцию (т.е. движение). Но я все равно поставил +1 вашей пятерке.
Железный человек? Пффф, если вы хотите экстрима, я предлагаю Ultra Trails :D Серьезно, La Diagonale des Fous «всего» 170 км, но вы поднимаетесь от уровня моря до высоты ~ 2000 м и обратно. Более экстремальным является UTMB Ultra Trail du Mont Blanc , 170 км, более 10 000 м подъема на высоту от 1000 до ~ 25000 м за ~ 20 часов / ~ 21 час (для победителя). Эти люди сумасшедшие...
Я не могу найти его сейчас, но я читал исследование, в котором основное внимание уделялось температуре кожи головы — в основном, держите ее ниже, и вы продержитесь дольше. Конечно, я могу проехать быстрее 10 км, если водяное охлаждение сверху.
@SGR Это помогло бы с этой проблемой. Усталость — это многогранная проблема, поэтому, даже если вы избавитесь от CO2, вам придется иметь дело с другими эффектами.
Спасибо за этот очень подробный научный ответ, изложенный простым языком. Это была именно та проверка реальности, в которой я нуждался.

Я вижу два взгляда на эту проблему. Вы имеете в виду либо какую-то форму усиленного костюма или экзоскелета, либо вы думаете о легкой одежде в стиле спортивного костюма. Я буду обсуждать оба из них для полноты.

Экзокостюм

Во-первых, это вариант усиленного костюма/экзоскелета, который я буду называть просто экзокостюмом. Самой большой проблемой, которую я вижу в этом, является проблема веса. Согласно этому медицинскому каталогу , аппарат искусственного кровообращения имеет транспортировочный вес 500 фунтов (226,8 кг). Даже если бы мы предположили, что сможем улучшить эту технологию, уменьшив вес вдвое, все равно было бы неразумно пытаться бегать с ней. Вы также можете сделать костюм полностью механизированным, что также значительно снижает нагрузку на человека, занимающего его, и повышает производительность. При такой установке подача кислорода происходит постоянно с минимальным обслуживанием.

Мягкий костюм

Мягкий костюм, с другой стороны, может быть более удобным. Я бы хотел, чтобы он был оснащен чем-то вроде рюкзака с источником питания, парой небольших насосов и резервуаром микрочастиц, насыщенных кислородом . Вероятно, также датчик для определения уровня кислорода в крови владельца. Когда костюм обнаруживает, что ваш уровень кислорода падает, он включает два насоса: один для добавления микрочастиц, а другой для удаления лишней жидкости, чтобы компенсировать то, что закачивается (это немного). При такой установке вливание кислорода длится только до тех пор, пока резервуар не будет исчерпан, и в этот момент вы тащите дополнительные 20 фунтов (9 кг) собственного веса.

Инъекция

Добавление кислорода в кровоток человека с помощью аппарата — нелегкий процесс. Наиболее эффективным способом было бы введение непосредственно в крупную вену, например, в бедренную вену . Однако делать это опасно для здоровья, поскольку бедренная артерия и вена занимают одну и ту же часть тела, и отсечение любой из них является эффективным способом убить кого-либо. Эта деятельность не проводится за пределами клинических условий, за исключением чрезвычайных ситуаций.

Вывод

Так что это можно сделать, существуют исследования, подтверждающие это, и это улучшит производительность, связанную с кислородом, но существуют значительные риски, которые могут сделать это невозможным.

Дополнительное чтение: Популярная механика

Я представлял себе более мягкий костюм, но спасибо, что рассказали об обоих вариантах.
Как вы думаете, можно ли избежать инъекции непосредственно в бедренную вену, используя несколько точек введения меньшего размера?
@Faulkner Это возможно. Где-то в кровотоке перед бедренной должны быть точки инъекции, так как это вена, которая собирает все это и направляет к сердцу. Чем дальше в системе вы продвигаетесь, тем больше очков вы можете использовать. Я оставлю это кому-то другому, чтобы выяснить оптимальный баланс.

Вы не удивитесь, узнав, что американские военные рассматривают экзоскелеты для помощи солдатам на поле боя. При использовании современных технологий результаты ясно показывают, что использование экзо-ног требует от солдата больших усилий. Вместо того, чтобы облегчить их бремя, это усугубляет их! Это довольно ясно говорит о том, что 3 миллиарда лет эволюции довольно хорошо оптимизировали нас, и о сложности ее улучшения. Ваш сценарий предполагает, что больше крови означает, что больше кислорода будет доступно для мышечных клеток, И что ограничивающим метаболитом является O 2. Я направляю вас в Википедию/Мышечная усталость для получения дополнительной информации. Вы заметите, что в нем не упоминается O2 как фактор. Итак, я думаю, что ответ на ваш вопрос сводится к следующему: человеку с плохой физической подготовкой это, вероятно, очень поможет. Для человека в отличной физической форме это, вероятно, поможет незначительно. Вы будете поставлять больше питательных веществ, таких как фосфкреатин, и, я предполагаю, удалять больше метаболических отходов. Вопрос в том, где вы ставите шунты? Есть два очевидных варианта: в бедренную артерию (и вену). Боже, тебе лучше надеяться, что ничего не случится: ты можешь истечь кровью за считанные секунды .если перерезать бедренную артерию. Другой «очевидный» вариант — сращивание с аортой или подвздошной артерией (и веной). Если это также не звучит опасно, значит, вы не обращаете внимания. Считается, что бронежилеты увеличивают частоту обескровливания бедренной кости, не знаю почему. Мне кажется, что в теориидва сердца (если они правильно скоординированы, большое если) могут быть лучше, чем одно — и это часть того, о чем мы говорим. Другой вопрос, будут ли они достаточно хорошо скоординированы в реальной мировой практике. И вам понадобится дополнительный вес насоса, фильтра, питательных веществ, схемы контроля и мониторинга, построенной таким образом, чтобы быть столь же эффективной, как система, разработанная (методом проб и ошибок) за 3 миллиарда лет. Но скажем, мы выращиваем человеческое сердце, легкие, почки, печень (все, несомненно, генетически модифицированные/дополненные) и помещаем их в коробку на вашей спине, а затем подключаем вас к ним через серьезное отверстие в животе (бактериальные инфекции, кто-нибудь? ) и вы, возможно, удвоите свою текущую выносливость — а почему бы не утроить? Напрашивается вопрос: по какой причине? В любом случае, мы не самые лучшие бегающие животные.

> В любом случае, мы не самые лучшие бегающие животные . Взгляните на охоту за настойчивостью. Правда, люди не самые быстрые бегуны, но обогнать кого-то в долгосрочной перспективе — это то, что мы можем сделать, и о чем спрашивает ОП.
@Daerdemandt: Взгляните, однако, на ездовых собак. Пробегите тысячу миль, а затем на следующий день начните бежать еще одну. Пока прилично холодно, они оставляют людей и, вероятно, все остальное в рыхлом снегу.

Основная причина, по которой вы чувствуете сердечно-сосудистую усталость во время бега (особенно в начале), заключается в очистке от углекислого газа, а не в недостатке кислорода. Уровень O2 в крови обычно достаточно легко поддерживается на вдохе, и вы чувствуете, что накопление CO2 заставляет вас чаще выдыхать. Попробуйте сосредоточиться на более сильном выдохе, если чувствуете усталость во время бега.

Как уже говорили другие, следующим, вероятно, будет низкий уровень гликогена, и это может произойти всего за 2-3 часа. А потом настоящая мышечная усталость после этого.

Нет. Кислород — это только один из факторов производства энергии для бега. Другой - топливо. Если вы не можете поддерживать уровень топлива в своем теле (см. статьи о том, как заправляться топливом для бега на длинные дистанции, чтобы избежать «удара»), не имеет значения, сколько кислорода у вас есть — ему нечему гореть.

Все дело в накоплении молочной кислоты ...

Как объясняет Лоран Мессонье из Университета Савойи, разница в том, что ваша аэробная способность является мерой производительности вашей сердечно-сосудистой системы, а ваш лактатный порог — это ваша способность выводить лактат из крови и преобразовывать его обратно в энергию.

Возможно, ваш костюм может каким-то образом избавиться от молочной кислоты, чтобы мышцы тела могли продолжать работать с максимальной эффективностью?

Позволит ли костюм, действующий как экстракардиальная система, бегать бесконечно?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v