Жидкость для дыхания под водой

Дыхание под водой – возможно!

Тема жидкостного дыхания давно волнует умы людей – сначала фантастов, а затем и серьёзных учёных. Как выяснилось после долгих лет исследований, наши лёгкие всё же способны работать наподобие рыбьих жабр: для этого необходимо заполнить их специальной жидкостью, которая будет регулярно обновляться. Эти разработки являются победой человека над силами природы и законами физики, а понятие кессонной болезни скоро безнадёжно устареет.

Глубоководная болезнь

Декомпрессионная, или кессонная болезнь, известна с середины 19 века. Заболевание связано с тем, что в баллонах со сжатым воздухом, которыми пользуются водолазы, находится обычный по составу воздух. В нём содержится всего 20% кислорода, который наш организм полностью использует и перерабатывает в углекислый газ. Остальные 80% составляют, в основном, азот, гелий, водород и незначительные примеси. Когда дайвер быстро поднимается из глубины моря на поверхность, давление этих балластных газов изменяется. В результате они начинают выделяться в виде пузырьков в кровь и разрушать стенки клеток и кровеносных сосудов, блокировать кровоток. При тяжёлой форме декомпрессионная болезнь может привести к параличу или смерти.

Поэтому увлечённые дайвингом люди долгое время не могли себе позволить нырять глубже 70 метров, потому что это крайне опасно. На большие глубины способны погружаться лишь уникальные специалисты — их все­го несколько человек в мире. Мировой рекордсмен здесь — южно-африканец Нуно Гомес. Его погружение в 2005 году на глубину 318 метров заняло всего 14 минут, тогда как подъём продолжался около 12 часов. При этом Гомес потратил 35 баллонов (почти 450 литров) сжатого воздуха.

Группа риска включает в себя не только дайверов и рабочих, работающих в кессонах (камерах с повышенным давлением, обычно использующиеся для строительства туннелей под реками и закрепления в донном грунте опор мостов), но и пилотов на большой высоте, а так же космонавтов, использующих для выхода в открытый космос костюмы, поддерживающие низкое давление. К сожалению, заменить дыхательную смесь чистым кислородом – тоже не вариант. Он вызывает головные боли и общую слабость, а при продолжительном использовании наступает перекисное окисление липидов и активацию свободнорадикального окисления, что приводит к истощению антиоксидантов и возникновению окислительного стресса организма. А это уже практически 100%-ный риск развития онкологических заболеваний.

Первые успехи

Первые опыты, связанные с дыханием при помощи жидкости, были проведены в 1966 году на мышах. Кларк Леланд осуществил замену воздуха в легких у подопытных животных жидкими перфторуглеродными соединениями. Результаты были вполне удачными — мыши смогли дышать, будучи погруженными в жидкость на несколько часов, а затем снова дышать воздухом. Уже более 20 лет неонатологи используют подобные технологи для ухода за недоношенными младенцами. Лёгочная ткань таких детишек к рождению сформирована не до конца, поэтому с помощью специальных устройств дыхательную систему насыщают как раз кислородсодержащим раствором на основе перфторуглеродов.

Эти вещества представляют собой углеводороды, в которых все атомы водорода замещены на атомы фтора. Перфторуглероды обладают аномально высокой способностью растворять газы, например, кислород и углекислый газ. Они так же высокоинертны и не метаболизируются в организме, что позволяет использовать их не только для вентиляции лёгких, но даже в качестве искусственной крови. В последние год ведутся исследования по улучшению свойств дыхательной жидкости: новая формула получила название «перфлуброн» Это чистая, маслянистая жидкость, обладающая малой плотностью. Так как у нее весьма низкая температура кипения, она быстро и легко выводится (испаряется) из легких.

К погружению готов!

Арнольд Лэнди (Arnold Lande), бывший хирург, а ныне обычный американский пенсионер-изобретатель, зарегистрировал патент на водолазный костюм, оснащенный баллоном с «жидким воздухом». Оттуда он подаётся в шлем дайвера, заполняет собой все пространство вокруг головы, вытесняет воздух из легких, полостей носоглотки и ушей, насыщая легкие человека достаточным количеством кислорода. В свою очередь, углекислый газ, который выделяется в процессе дыхания, выходит наружу при помощи своеобразного подобия жабр, прикрепленных к бедренной вене ныряльщика.

Таким образом сам процесс дыхания становится попросту не нужен – кислород поступает в кровь через легкие, а углекислый газ выводится прямо из крови. Да и давление толщи воды на по-настоящему большой глубине слишком большое: пытаясь сделать вдох где-нибудь на дне Марианской впадины, водолаз рискует сломать рёбра. Так что во главе угла теперь стоит психологический момент: нужно отучить водолазов дышать, при этом не испытывая вполне понятной тревоги. Для этого дайверам потребуется проходить курс обучения, и только приобретя все необходимые навыки, из бассейна отправляться в «открытое плавание».

«Моё изобретение позволяет полностью избежать развития кессонной болезни, поскольку вдыхаемая жидкость не содержит азота, гелия и водорода, собственно и образующих пузырьки, закупоривающих сосуды и приводящих к серьезным поражениям внутренних органов», -торжествующе заявил Арнольд Лэнди, выступая на Международной конференции по прикладной бионике и биомеханике, состоявшейся в Италии.

Таким образом, изобретатель сделал ценный подарок не только одним лишь покорителям морских глубин. Предполагается, что жидкостное дыхание так же может быть успешно использовано при космических полётах и в качестве одного из средств комплексной терапии некоторых болезней. Порадоваться могли бы и защитники природы: к примеру, печально известный разрыв на нефтяной скважине в Мексиканском заливе произошёл на глубине полторы тысячи метров, что многовато даже для техники. А вот дайверы, дышащие как рыбы, смогли бы в данной ситуации быстро справиться с ремонтом.

Технология Жидкостного Дыхания

Для дыхания под водой нужно компенсировать давление воды на грудную клетку и человек вынужден дышать воздухом или смесями газов под повышенным давлением.

untitled-3

Декомпрессионная болезнь водолазов (подводников) — заболевание, происходящее из-за быстрого понижения давления при подъеме с больших глубин.

Газы, растворенные в крови и тканях организма (в период более высокого давления), начинают выделяться в виде пузырьков в кровь и блокируют кровоток в артериях и полостях сердца (УЗИ справа внизу).

При тяжелой форме декомпрессионная болезнь ведет к параличу и смерти.

Избавится декомпрессионных пузырьков газа в крови можно очень медленным (с продолжительными остановками) подъемом, что чревато замерзанием в холодной воде.

Решение: Жидкостное Дыхание

Дыхание жидким фторуглеродом, переносящим 40-50% О2 при нормальном давлении, исключает саму причину кессонной болезни при сохранении нормального газообмена.

untitled-5

Замена инертного газа на почти несжимаемую жидкость делает тело жидко-твердым «псевдогомогенным» для разных ударных нагрузок. В частности, это позволяет провести ударную компрессию и «взрывную» декомпрессию – быстрое всплытие на поверхность без замерзания в холодных водах с предельных для корпуса субмарин глубин.

Преимущества Жидкостного Дыхания перед другими технологиями:

  1. Глубина и перепады давления практически не влияют на человека, чьи полости (легкие) заполнены жидкостью. При дыхании газом (кислородно-азотно-гелиевой смесью) возникает при перепаде глубины смертельная декомпрессионная болезнь, которая при жидкостном дыхании не возникает даже при быстром свободном всплытии с глубины 1км.
  2. Сейчас водолазы вынуждены долгое время при погружении и при всплытии оставаться на одной глубине. Жидкостное дыхание позволяет без проблем передвигаться в трех измерениях.
  3. Максимальная глубина погружения в разы больше достижимой сейчас, точный расчет неизвестен, однако известно, что > 1000м.
  4. Порог допустимого ускорения выше в десятки раз. Военные пилоты теряют сознание при

О технологии

Человек может дышать не только газом (воздухом), но и жидкостью.

Многократные эксперименты на животных и медицинское применение жидкости (перфторуглерода) показали безопасность применения.

untitled-6

Только команде А. Филиппенко удалось добиться успеха в удержании животных (собак) при жидкостном дыхании в полном сознании на протяжении 2-3х часов, при изменении давления и без вреда для здоровья.

На базе экспериментов над животными удалось разработать принцип и особенности устройства аппарата жидкостного дыхания и точной системы очистки жидкости для безопасного применения.

Первый эксперимент погружения на глубину 30 метров в режиме жидкостного дыхания при полном сознании должен доказать верность расчетов и, возможно, скорректировать устройство аппарата жидкостного дыхания.

Исследования

Отечественные исследования

untitled-9

В 1986 -1990 годах во ВНИИ пульмонологии 1 Ленинградского медицинского института им. акад.И.П. Павлова в НИОКР «Олифа МЗ» по заказу ВМФ СССР изучалась возможность применения жидкостного дыхания для спасения подводников в опытах на крупных лабораторных животных (собаках).

В 1988 году в барокомплексе 40 НИИ аварийно-спасательного дела, водолазных глубоководных работ ВМФ мы провели ряд успешных опытов на собаках, в том числе по имитации в барокамере всплытия с глубин до 700 м.

В 2015г натурные (морские) испытания на глубине 27 м были проведены в аванпроекте А.В. Филиппенко «Терек». Собака была во фторуглероде, головой вниз.

Зарубежные исследования

untitled-7Впервые жидкостное дыхание для защиты от декомпрессии (с 300 м за 3 с) в 1962 г. использовал голландец J. Kylstra в опытах на мышах (их легкие наполнялись раствором воды, под давлением насыщенной О2).

С 90-х годов частичное жидкостное дыхание фторуглеродом (Sheffer T. &Wolfson M.) спасло сотни недоношенных детей, в США и Англии. Метод предусматривает газо-жидкостную механическую вентиляцию легких смесью фторуглеродной жидкости с О2 под общим наркозом.

Последние НИОКР по заказу ВМФ в Европе и США:

  • В 2012 г. консорциум немецких и английских фирм BFA и HDW завершил НИОКР по модернизации спасательного люка подводной лодки для обеспечения выхода на глубинах до 550 м, хотя по данным открытой печати жидкостное дыхание за рубежом не освоено.
  • В 2014 году по заказу Военно-морских сил США компания NuvOX (США) должна былв завершить первую фазу клинических испытаний препарата фторуглерода.

Пример жидкостного дыхания в научно-фантастическом фильме Бездна, режиссера Джеймса Кэмерона.

Эпизод с жидкостным дыханием крысы (Фильм Бездна, режиссер Джеймс Кэмерон)

Эпизод с жидкостным дыханием человека (Фильм Бездна, режиссер Джеймс Кэмерон)

Аппараты жидкостного дыхания АВФ

Главными факторами, формирующими новую нишу на рынке индивидуальных спасательных средств, являются жидкостной тип дыхания, глубина использования аппарата и время нахождение человека в отсеке аварийной лодки с повышенным давлением.

Вентиляция легких перфторуглером является уникальной чертой данных устройств, не имеющих мировых аналогов.

Дыхание жидкостью позволяет использовать аппараты АВФ15, АВФ60, АВФ240 на глубинах 250-1000 м без риска развития декомпрессионной болезни. Это представляет особую ценность для потребителя.

Включение в аппарат жидкостного дыхания осуществляется самостоятельно за 10 минут.

Жидкостной тип дыхания, глубина использования аппарата и время нахождение человека в отсеке аварийной лодки с повышенным давлением – это основные конкурентные преимущества АВФ15, АВФ60, АВФ240.

С их помощью для пользователей открываются широкие возможности в исследовании океанских глубин, производстве глубоководных работ, гарантируя полную защиту от декомпрессионной болезни.

Основные преимущества аппаратов АВФ

untitled-28

Аппарат жидкостного дыхания АВФ15

8

АВФ15 применяется для самостоятельного спасения свободным всплытием с глубин 250-1000 м.

Сфера использования: глубоководные обитаемые аппараты, туристические подводные лодки.

Использование АВФ15 является единственной возможностью для экипажей спастись свободным всплытием с глубин 250-1000 м, обеспечивая безопасную работу исследователей океана и туристов.

Время работы аппарата под водой 15 минут позволяет всему экипажу в нормальном рабочем темпе, соблюдая все правила эвакуации, покинуть аварийную подводную лодку в условиях возможного повышения давления в отсеке – это является решающим фактором успеха спасательной операции.

Наличие такого спасательного средства на борту глубоководного аппарата обеспечивает безопасную работу исследователей океана.

Основные характеристики и параметры АВФ15:

  • Тип дыхания – жидкостный;
  • Вместимость – 5л;
  • Глубина спасения: 250-1000 м;
  • Тип спасения: свободное всплытие;
  • Цикл работы: замкнутый;
  • Длина, мм: 350
  • Ширина, мм: 100
  • Высота, мм: 400
  • Время работы под водой: 15 минут;
  • Плавучесть: нейтральная;
  • Масса: 10 кг;

Аппарат жидкостного дыхания АВФ60

АВФ60 используется для нахождения в отсеках аварийной подводной лодки под повышенным давлением 45 минут с последующим самостоятельным спасением свободным всплытием с глубин 250-1000 м.

Время работы под повышенным давлением и водой – 60 минут.

Для экипажей исследовательских глубоководные аппаратов и туристических подводных лодок АВФ60 позволяет выполнить ремонтные работы корпуса, высвободить лодку из сетей или совершить уникальное исследование океанского дна.

Сфера использования: подводные лодки, глубоководные обитаемые аппараты, имеющие люк для выхода из прочного корпуса в море.

Основные характеристики и параметры АВФ60:

  • Тип дыхания – жидкостный;
  • Вместимость – 7л;
  • Глубина спасения: 250-1000 м;
  • Тип спасения: свободное всплытие;
  • Цикл работы: замкнутый;
  • Длина, мм: 350
  • Ширина, мм: 150
  • Высота, мм: 420
  • Время работы под водой: 60 минут;
  • Плавучесть: нейтральная;
  • Масса: 18 кг;

Аппарат жидкостного дыхания АВФ240

2

АВФ240 предназначен для водолазов-спасателей, организующих выход экипажей из аварийных подводных лодок, а также профессиональных глубоководных работ 2-4 часа на глубине 500-1000 м.

Профессиональная спасательная команда, включающая таких водолазов-спасателей, может быть десантирована на место аварии подводной лодки с самолета или вертолета, что значительно быстрее, чем доставка спасательного подводного аппарата на надводном корабле или подводной лодке.

Уникальной чертой АВФ240, дающей прорывное конкурентное преимущество, является тактильная чувствительность водолаза, что очень важно при сложных ремонтных работах на объектах глубоководной нефте- газодобычи, в исследовании дна океана.

Сфера использования: подводные обитаемые аппараты, подводные лодки – для водолазов – спасателей, организующих выход экипажа из подводных аппаратов; глубоководные работы, археология; нефте-газодобыча – подводные конструкции, их обслуживание и ремонт.

Основные характеристики и параметры АВФ240:

  • Тип дыхания – жидкостный;
  • Вместимость – 10 л;
  • Глубина работы: 500 -1000 м;
  • Цикл работы: замкнутый;
  • Длина, мм: 380
  • Ширина, мм: 200
  • Высота, мм: 550
  • Время работы под водой: 240 минут;
  • Плавучесть: нейтральная;
  • Масса: 36 кг;

Дополнительные услуги

Пользователям аппаратов АВФ15, АВФ60, АВФ240 предлагается обучение.

Тренировочный курс рассчитан на 30 часов, включающий теоретическую и практическую части.

Цель тренировочного курса – сделать работу с аппаратом максимально простой – достигается за счет практических занятий в бассейне с опытными инструкторами сервисного центра компании АВФ.

Тренировочный курс максимально снижает риск человеческого фактора в работе с аппаратом.

Для поддержания навыков работы с аппаратами тренировочный курс рекомендуется проходить один раз в пять лет.

Могут ли люди дышать жидкостью, как в триллере «Бездна»?

В конце подводного триллера Джеймса Кэмерона «Бездна» (1989 год) дайвер Бад Бригман, которого играет Эд Харрис, надевает экспериментальный водолазный костюм, в котором вместо воздуха он дышит специальной жидкостью, насыщенной кислородом. Это позволяет ему избежать смертельных последствий экстремального давления воды и спуститься на дно глубокой океанской впадины, чтобы обезвредить ядерную боеголовку. И хотя это, безусловно, запоминающийся сюжетный элемент, такая технология может существовать только в научной фантастике, не так ли?

Ну, не совсем. Дыхательная жидкость, представленная в фильме, насыщенный кислородом перфторуглерод, действительно существует. И хотя во время съёмок сцены в водолазном костюме Эду Харрису приходилось задерживать дыхание, более ранний эпизод, в котором крысу погрузили в дыхательную жидкость, был настоящим. «Бездна», безусловно, является самым известным изображением жидкостного дыхания; тем не менее, учёные экспериментируют с этой технологией уже больше века. И хотя она, возможно, не совсем готова для использования в глубоководных погружениях, она может иметь жизненно важное применение в области медицины.

Первые эксперименты с жидкостным дыханием были проведены после Первой мировой войны, когда врачи начали исследовать насыщенные кислородом физрастворы для лечения солдат, лёгкие которых были повреждены ядовитым газом. Но лишь в разгар холодной войны, в конце 1950-х годов, учёные приступили к более серьёзным и тщательным исследованиям, поскольку ВМС США искали способы, которые позволили бы морякам спастись с тонущей подводной лодки, не пострадав от декомпрессионной болезни.

Декомпрессионная болезнь – это состояние, возникающее в результате вдыхания воздуха под давлением. По мере того как дайвер спускается всё глубже и глубже, давление воды возрастает; в тканях организма происходит накопление большого количества азота. Если он решит слишком быстро подняться на поверхность, внезапное падение давления приведёт к высвобождению азота из раствора и образованию мелких пузырьков, которые могут вызвать сильную боль в суставах, воздушную эмболию, инсульт и смерть. Следовательно, дайверам приходится медленно подниматься и часто останавливаться для декомпрессии, чтобы позволить азоту постепенно покинуть организм. Но если бы вместо воздуха дайвер дышал насыщенной кислородом жидкостью, то давление внутри и снаружи лёгких было бы одинаковым, что препятствовало бы накоплению азота и исключило бы необходимость декомпрессии. Жидкостное дыхание также помогло бы уменьшить или устранить другие опасности глубокого погружения, включая азотное отравление, вызванное вдыханием азота под давлением. Сам кислород также становится опасным ниже определённой глубины – явление, известное как кислородная токсичность. Чтобы избежать нежелательных воздействий, дайверы используют различные смеси дыхательных газов, такие как «Гелиокс» или «Тримикс»; они разбавляют кислород и азот гелием. Но даже это работает только до определённого момента, так как ниже 160 метров вдыхание гелия вызывает сильную дрожь и другие симптомы, известные как неврологический синдром высокого давления. В результате максимальная глубина, на которую может опуститься дайвер, дышащий газом под давлением, составляет 701 метр – и то только в барокамере.

В 1962 году команде под руководством доктора Йоханнеса Клистры из Университета Дьюка удалось заставить мышей и других мелких животных дышать насыщенным кислородом физраствором под давлением 160 атмосфер, достаточным для растворения кислорода в жидкости. И хотя дыхание удавалось поддерживать таким образом около часа, животные вскоре умерли от респираторного ацидоза – или, проще говоря, отравления углекислым газом. Это выявило один из основных недостатков жидкостного дыхания, который с тех пор мучает исследователей: дыхательная жидкость способна легко доставлять достаточное количество кислорода в организм, однако она гораздо менее эффективна при удалении выдыхаемого углекислого газа. Чтобы предотвратить ацидоз, среднестатистическому человеку необходимо пропускать через лёгкие пять литров дыхательной жидкости в минуту во время покоя и десять литров, выполняя тот или иной вид физической активности – скорость потока, которую человеческие лёгкие не смогут выдержать. Таким образом, любая практическая система жидкостного дыхания должна активно закачивать и выкачивать жидкость из лёгких подобно аппаратам искусственной вентиляции, используемым в больницах.

В 1966 году американские исследователи Лиланд Кларк и Фрэнк Голлан совершили прорыв в области исследований жидкостного дыхания, заменив насыщенный кислородом физраствор Клистры экзотической жидкостью под названием перфторуглерод (ПФУ). Впервые разработанный в рамках Манхэттенского проекта во время Второй мировой войны, ПФУ представляет собой бесцветную жидкость, состоящую из элементов углерода и фтора. Связь между этими двумя элементами является одной из самых сильных в природе, что делает ПФУ нереактивным и биологически инертным. Он в два раза превышает плотность воды, но обладает на четверть большей вязкостью, что позволяет ей удерживать почти в 20 раз больше кислорода и углекислого газа. Эти свойства делают её идеальной в качестве дыхательной жидкости. Первые эксперименты Кларка и Голлана включали простое погружение крыс и мышей в насыщенный кислородом ПФУ, в котором они дышали естественным образом. И хотя высокая плотность жидкости затрудняла дыхание, животные могли пробыть в полном погружении до 20 часов без каких-либо вредных последствий. Более крупным животным требовалась принудительная вентиляция, чтобы предотвратить накопление углекислого газа. Эксперименты на собаках, которым ввели обезболивающие, ещё раз продемонстрировали жизнеспособность ПФУ в качестве дыхательной жидкости.

В скором времени Клистра продолжил работу Кларка и Голлана. В период с 1969 по 1975 год он провёл одно из самых тщательных исследований жидкостного дыхания в истории, в котором в качестве подопытных использовались как животные, так и люди. В ходе этого исследования водолаз ВМС США Фрэнсис Дж. Фалейчик стал первым человеком, который дышал как насыщенным кислородом физраствором, так и ПФУ. Несмотря на то, что Фалейчик не получал никаких лекарств, кроме местной анестезии для облегчения интубации, он не испытывал чрезмерного дискомфорта, однако учёные столкнулись с трудностями при откачке жидкости из его лёгких, в результате у него развилась пневмония. В 1971 году Фалейчик прочитал лекцию о своём опыте. На ней присутствовал 17-летний Джеймс Кэмерон. Вдохновившись, он написал короткий рассказ, который в конечном итоге станет сценарием для «Бездны». Исследования Клистры показали, что человек может дышать ПФУ без каких-либо последствий (имеется в виду отравление углекислым газом) в течение часа при условии, что он не слишком усердствует. Этот факт делает жидкостное дыхание возможным методом спасения с тонущей подводной лодки. Клистра также экспериментировал с эмульсиями из ПФУ и гидроксида натрия, которые позволили бы легче удалять углекислый газ из кровотока. Тем не менее, ни один из этих методов никогда не применяли в реальных ситуациях. Морские котики, как сообщается, экспериментировали с жидкостным дыханием в начале 1980-х годов. Однако дыхание ПФУ оказалась настолько напряжённым, что несколько дайверов получили травмы (включая переломы) рёбер от усилий, прилагаемых во время выполнения упражнений.

Одно из предлагаемых решений проблемы ацидоза – оснащение водолазов венозным шунтирующим устройством, которое удаляет углекислый газ непосредственно из кровотока. К сожалению, медицинские и логистические проблемы в данном случае довольно очевидны, и жидкостному дыханию ещё предстоит пройти долгий путь, прежде чем оно станет жизнеспособной техникой для глубоководного погружения. Однако оно может сыграть важную роль в медицине, особенно в уходе за недоношенными детьми.

Наши лёгкие содержат около полумиллиарда альвеол, крошечных тканевых мешочков, через которые кислород всасывается в кровь. Чтобы они не «схлопывались» сами по себе, организм вырабатывает вещество, называемое лёгочным сурфактантом. Это смесь липидов, которая снижает поверхностное натяжение воды и позволяет альвеолам оставаться открытыми. Однако недоношенные дети не способны вырабатывать достаточное количество лёгочного сурфактанта, и как только они рождаются, большая часть их альвеол разрушается, что затрудняет дыхание. В то время как традиционные аппараты искусственной вентиляции уже давно используются, чтобы помочь дышать недоношенным детям, высокое давление, создаваемое ими, может серьёзно повредить нежные лёгкие. Однако, наполняя лёгкие дыхательной жидкостью, жидкостная вентиляция воссоздаёт условия, существующие в утробе матери, и позволяет альвеолам открываться, существенно увеличивая газообмен. Эта методика также обеспечивает удобное введение лекарств непосредственно в лёгкие.

Неонатальная жидкостная вентиляция была впервые введена Дж. С. Гринспеном из Университетской больницы Темпл в Филадельфии. В 1989 году он назначил 13 недоношенным детям жидкостную вентиляцию лёгких продолжительностью от 24 до 96 часов. В итоге все они быстро перешли на дыхание воздухом, а у 11 из них отмечалось заметное улучшение функции лёгких (шесть младенцев, однако, позже умерли от причин, не связанных с экспериментом). Аналогичное исследование, проведённое Р. Б. Хиршлем в 1995 году при участии 19 взрослых, детских и неонатальных пациентов подтвердило жизнеспособность жидкостной вентиляции, причём 11 из 19 пациентов выжили, функционирование лёгких у них улучшилось.

Как бы там ни было, оборудование, необходимое для проведения полной жидкостной вентиляции, оказалось чрезмерно сложным и дорогим, поэтому в 1991 году Б. П. Фулман разработал более простую технику, известную как частичная жидкостная вентиляция, или ЧЖВ. При ЧЖВ лёгкие лишь частично заполняют дыхательной жидкостью, остальная часть снабжается воздухом с помощью обычного механического вентилятора. Это позволяет дыхательной жидкости открывать около 40% альвеол лёгких, обеспечивая при этом более эффективное удаление углекислого газа. Другой предложенный метод включает введение дыхательной жидкости в виде аэрозоля, смешанного с воздухом или кислородом, что даёт аналогичные результаты, будучи при этом гораздо более комфортным вариантом для пациентов, чем дыхание непосредственно жидкостью. В 1995 году Майк Дарвин и Стивен Харрис продемонстрировали применение жидкостного дыхания в индукции терапевтической гипотермии. Речь идёт об охлаждении человеческого тела после остановки сердца с целью замедлить начало повреждения мозга и других тканей. Путём наполнения лёгких охлаждённым ПФУ Дарвин и Харрис достигли скорости охлаждения 0,5 градуса Цельсия в минуту – быстрее, чем позволяет получить любая другая существующая техника. В результате этих и других прорывов Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США предоставило жидкостной перфузии статус «ускоренной разработки», чтобы как можно быстрее донести начать применять то, что может спасти не одну человеческую жизнь.

Таким образом, Джеймс Кэмерон ещё какое-то время не сможет погрузиться на дно Марианской впадины без причудливой подводной лодки, однако его, по крайней мере, может утешить тот факт, что технология, которая сильно вдохновила его в подростковом возрасте, может однажды спасти миллионы жизней.

Человек – амфибия. Дыхание с помощью жидкости

Человек - амфибия

Современная наука не стоит на месте. С каждым годом происходят все новые и новые исследования, благодаря чему и открытия. Ученые трудятся над изобретением множества новых веществ, а также над множеством новых особенностей живых существ. Специально обученные люди занимаются над постановкой экспериментов, изучая живые существа. Иногда мы задаемся вопросом, а может ли человек летать? А можно ли прожить до ста лет? А можно ли заморозить человека и разморозить через 100 лет? И, наконец, может ли человек дышать жидкостью, то есть под водой? Именно такими вопросами и занимаются ученые, трудясь над постановкой различных испытаний.

К сожалению, все эти эксперименты чаще всего производятся над животными, однако, для новых и новых открытий им не жалко ничего и никого. Давайте задумаемся вместе, а реально ли дышать под водой? Что может заставить человека переступить за границу реальности и дышать под водой также легко, как и воздухом? Может ли это быть осуществлено в реальность? Именно об этом и пойдет речь в нашей статье.

Мозговой штурм — Человек-амфибия

Жидкостное дыхание. Это реально?

Итак, дышать водой – это реально? Для того, чтобы лучше разобраться с тем, реально ли это, давайте дадим понятие, что же такое жидкостное дыхание? Жидкостное дыхание – это жидкостная вентиляция легких или дыхание с помощью жидкостью, которая хорошо растворяет кислород. Само дыхание жидкостью означает заполнение легких такой жидкостью, которая насыщенна кислородом. При жидкостном дыхании кислород проникает в кровь. Но не всякая вода подходит для такого процесса. Самыми удачными примерами для такого дыхания являются перфтоуглеродные соединения. Именно они являются хорошими растворителями кислорода и углекислого газа, к тому же, имеют небольшое поверхностное напряжения. К тому же, они совершенно не матаболизируются в организме, что и требуется для такого процесса. Но для чего же применяется такое дыхание? При постановке определенного рода экспериментов, жидкостное дыхание может использоваться при погружениях на большую глубину и даже для интенсивной терапии болезней.

Как его организм будет реагировать на то, что дыхание будет осуществляться не воздухом, а водой? Возможно ли это? Попробуем ответить на этот вопрос. Произнеся вслух фразу человек-амфибия», каждому на ум приходит легендарный роман Александра Беляева «Человек-амфибия» . Данный роман произвел огромный резонанс мнений среди всех читающих. Некоторые считают, что этого в принципе не может быть, ведь это нереально. Но существуют и иные мнения. Сюжетом данного романа является то, как хирург смог пересадить жабры молодой акулы маленькому мальчику. В итоге, после операции мальчик мог спокойно жить под водой. Знаменитый фантаст описал данный процесс настолько правдоподобно, что у некоторых не оставалось сомнений, что такое можно осуществить. Произведение получило такой громкий общественный резонанс, что, по словам советского хирурга к нему обращался мужчина, который пришел к нему с просьбой пересадить жабры сома, поскольку акула не водится в его местности. Этот человек был готов на что угодно, готов был дать специальную расписку, лишь бы данная операция состоялась. Его не страшила ни смерть, ни любой отрицательный исход ситуации. Однако хирург был непреклонен. Ведь в то время все прекрасно понимали, что это лишь выдумка.

Жак Ив Кусто , знаменитый океанолог был уверен в том, что данная операция станет реальна. Он считал, что прогресс не стоит на месте, ученые способны решиться на данный эксперимент. Однако решиться на такую операцию никто не решился. Но в желтой прессе однажды мелькала новость о том, что будто одному юноше из Кейптауна была сделана операция по трансплантации жабр акулы. Якобы юноша страдал легочной недостаточностью и был готов на любой исход событий. Также было сказано, что операция по трансплантации была совершена успешно, а врачи наблюдают за пациентом, стремясь, чтобы не произошла реакция отторжения пересаженного органа. Но, дальнейших новостей об этом событии так и не последовало. Но что же говорят об этом ученые? Были ли произведены специальные исследования на эту тему?

Вода как воздух

Вода как воздух

Мнение ученых о дыхании человека жидкостью

В 50-х годах 20 века профессор Йоганнес Килстра создал свою собственную теорию о дыхании жидкостью. По его мнению, так как в жабрах и легких животного и человека происходят абсолютно одинаковые процессы, то человек сможет прекрасно дышать под водой, но существует одно условие. В воздухе обязательно должно быть растворено специально необходимое для человеческого дыхания количество кислорода.

В 1959 году этим же профессором была проведена масса экспериментов, которые показали ошеломляющие результаты. Эксперимент производился над мышами. Они были погружены в специальный физиологический раствор, в котором была создана та среда, которая доступна для дыхания пол водой. Так вот, при определенном давлении, мыши смогли прожить в такой среде несколько часов! Килстра стал первым, кто поверил в возможность обитания животного в воде. Однако его работой заинтересовались совсем не ученые, а различные спецслужбы военно-морского ведомства США. В данном эксперименте они нашли ту возможность, которая смогла бы спасти жизни многим людям, попавшим в неблагоприятную ситуацию. Она представляла огромную значимость, именно поэтому дальнейшая разработка такого рода проекта была засекречена. Однако, судя по результатам на данный момент, создать амфибию так и не удалось.

Тем не менее, через некоторые время в прессе появились сведения, что в США был поставлен эксперимент с первым на планете ихтиандром. Судя по сведениям прессы, некому Френсису Фалейчику была проведена анестезия горла. В описании процедуры было сказано, что мужчине ввели в трахею специальную трубку, а через нее заполнили легкие специализированным раствором. Кроме того, было сказано, что молодой человек дышал под водой 4 часа.

Ученые и их эксперименты

  • Существует масса примеров того, как ученые стремились сделать потрясающее открытие: человек может дышать под водой! Так и американским биохимиками в 1976 удалось создать специальный прибор, который смог бы извлекать кислород из морской воды и обеспечивать им того, кто ныряет на большую глубину. Самое главное в данном процессе является то, что дышать под водой ныряльщик смог бы неограниченно долго.
  • Свой эксперимент ученые начали с того, что гемоглобин- это то вещество, который доставляет кислород из легких, а также жабр во все клетки организма. В самом начале исследования ученые брали кровь из своих собственных вен, далее смешивали ее с полиуретаном и погружали в воду. В результате, данные сгустки поглощали растворенный в воде кислород. Далее, ученые нашли заменитель крови. Для этого они решили промокнуть мелкопористый материал, который не известен до сих пор, активизатором гемоглобина, при этом увеличив его накопление. Таким образом, появилось на свет специальное устройство, которое действует по принципу обыкновенных жабр: оно усваивает кислород из морской воды, позволяя водолазу бесконечно долго находиться под водой. Однако, бесконечно долго – лишь теоретически. Данное изобретение за огромные деньги, а если точнее, то за миллион долларов, приобрела американская компания. Однако в продаже данное устройство так и не вышло.
  • Однако речь идет о техническом приспособлении, то есть целью всех ученых, занимающихся данными разработками, является «заставить» человека самостоятельно дышать под водой. То есть самостоятельно стараться извлекать кислород из воды. Проще говоря, самостоятельно дышать жидкостью.
  • Стоит отметить, что подобные опыты проводятся по сей день. Так, в одном из НИИ России был проведен эксперимент на добровольце. У добровольца ввиду хирургического вмешательства, полностью отсутствовала гортань. Эта патология очень опасна. Все дело состоит в том, что у человека просто напросто отсутствовала врожденная реакция организма на воду. Если хотя бы одна капля попадет на чувствительные клетки бронхов, то кольцевая мышца настолько сдавливает горло, что возникают спазмы, которые сопровождаются удушьем. Таким образом, у добровольца данная мышца просто напросто отсутствовала, что и способствовало успешному итогу эксперимента. Данный эксперимент заключался в том, что человеку поочередно залили раствор в легкие. Человек поработал мышцами живота, для того, что перемешать специально залитый раствор. В данном растворе состав солей соответствовал содержанию солей в крови. После того, как больному залили раствор, он погрузился в воду, предварительно надев на себя специальную маску. Проведя эксперимент, данный раствор был успешно и совершенно безболезненно откачан.
  • Ученые говорят, что в дальнейшем дышать под водой смогут все обычные люди, обладающие нормальным горлом. Данное убеждение основывается на том, что рефлекторная реакция на организм- это лишь дело техники, которые постичь сможет любой здоровый человек.

Дышать под водой. Реальность или миф?

К сожалению, множество экспериментов, проводимых учеными, так и оставались лишь экспериментами. На данный момент, в 21 веке водолазы все также ныряют с аквалангами, не используя собственные легкие в борьбе с морской стихией. Все зачатки создания специального ихтиандра так и остались лишь заготовками, так сказать, черновиками в подготовке открытия на уровне чуда. Возможно, при более тщательном изучении данного вопроса и появилась бы та возможность дыхания под водой, которая изменила бы весь мир.

Однако существует множество факторов, которые способствуют тому, чтобы это не произошло. Пожалуй, одно из самых современных и наиболее влиятельных – это финансирование. Именно от этого фактора зависит частота проводимых экспериментов. Однако не все так просто, как кажется на первый взгляд. Возможно, совсем скоро наступит тот день, который перевернет обычное восприятие понятия того, что человек дышит исключительно воздухом? К сожалению, вердикты ученых совсем неутешительны. Дело в том, что как бы ни старались ученые, какое бы финансирование проекта не было, долгая жизнедеятельность человека в глубинах воды априори невозможна.

Но в чем же заключается главная причина такого недоразумения? Дело в том, что природа самостоятельно распоряжается тем, кто и где должен обитать. Рыбы должны жить в воде, природа создала для этого жабры. Человек должен жить на суше, именно поэтому он имеет легкие. Конечно, каждый хоть раз задумывался над тем, а реально ли это летать? Либо реально ли это дышать под водой?

Однако, увы, но такое человеку не суждено. Люди и рыбы, теплокровные и холоднокровные существа отличаются по слишком многим факторам. Хотя, несомненно, и имеют нечто общее. Но этого общего слишком мало. Природой создано все именно так, как и должно быть. Иначе царил бы полный хаос, который, возможно, препятствовал бы жизнедеятельности всего живого. Так и человек-амфибия. Человек-амфибия не вынес бы условий океана, его температуру. Однако ко всему можно приспособиться! Но и тут мимо. Приспособившись к условиям океана, он не смог бы жить на суше. Такова природа и ее законы. Именно поэтому, как бы не старались ученые и профессоры, природа расставила все на свои места. Идти против природы как минимум глупо, ведь все старания заранее обречены на провал.

Дно океана никогда не станет постоянным местом жительства человека

Однако человеку есть что делать на морском дне. Его физиологические способности, а также новейшие технические способности вполне позволяют обеспечить ему долгое пребывание на дне. Но дело в том, что речь идет о самостоятельном, то есть чисто физиологическом дыхании, а не при помощи техники.

Таким образом, мы можем сделать вывод, что совсем скоро дно океана сможет стать рабочим местом для человека, но никак не место жизнедеятельности и постоянного места жительства. Однако при долгосрочном исследовании человек может добиться ошеломляющих результатов, близких к реальному дыханию под водой. Стоит лишь много трудиться над этим вопросом. Таким образом, менять ли современную историю цивилизации человеку или нет, зависит только от него!

Жидкость вместо газовых смесей

Доктор Иоханнес Килстра, сотрудник Дьюкского университета в штате
Северная Каролина, заставил мышей дышать вместо воздуха жидкостью.
Погруженные во фторуглеводород <Фторуглеводород представляет собой
изотоническую жидкость, перенасыщенную кислородом, объемное содержание
которого в этом химическом соединении в 30 раз превышает содержание
кислорода в атмосферном воздухе> они хотя и с трудом, но вдыхали эту
жидкость, вместо того чтобы тут же захлебнуться в ней, чего с полным
основанием следовало ожидать. Но это еще не все. Килстра доказал, что
использование для дыхания жидкости предотвращает возникновение кессонной
болезни. Он подверг мышь декомпрессии от давления 30 кгс/см2 до 1 кгс/см2
всего за три секунды, причем животное ничуть не пострадало от такой
процедуры. Для водолаза подобная операция означала бы подъем с глубины 300 м
на поверхность со скоростью 1200 км/ч.
Поскольку мыши, как и человек, относятся к классу млекопитающих и
обладают сходными с человеческими органами дыхания, Килстра решил сделать
следующий шаг и продолжил свои эксперименты вместе с Фрэнком Фалейчиком,
водолазом, специалистом в области подводной фотографии, увлекавшимся к тому
же затяжными прыжками с парашютом. Фалейчик охотно согласился стать объектом
дальнейших опытов Килстры.
"После того, как его трахею подвергли анестезии, в нее ввели состоявший
из двух трубок катетер, направив по одной трубке в каждое легкое, — писал
впоследствии Килстра. — "Затем воздух в одном легком вытеснили 0,9 %-ным
физиологическим раствором, нагретым до температуры тела. Процесс "дыхания"
состоял в введении новых порций физиологического раствора при одновременном
откачивании такого же объема. Подобная операция повторялась семь раз".
В последующих экспериментах физиологическим раствором заполнялись
одновременно оба легких Фалейчика.
Если результаты экспериментов Килстры будут успешно повторены в
реальных условиях, это будет означать, что человек сможет погружаться на
огромные глубины и оставаться там в течение гораздо более продолжительного
времени. Отпадет необходимость в декомпрессии, а опасность кессонной болезни
навсегда уйдет в прошлое, поскольку организм водолаза не будет более
поглощать ни одной молекулы инертного газа.
Но до какой же глубины сможет погружаться человек? Проведенные ВМС США
эксперименты показали, что продолжительность десатурации тканей
человеческого организма после того, как они были насыщены в результате
вдыхания газа, сжатого до давления, соответствующего любой заданной глубине,
не зависит от времени пребывания человека на этой глубине. При дыхании
сжатым воздухом предельная глубина погружения практически составляет 90 м;
погружение с предварительным насыщением увеличивает этот предел примерно до
900 м. На более значительной глубине любой газ, каким бы легким он ни был,
будет сжат до такой плотности, что мощность легких станет недостаточной,
чтобы им дышать.
Но что будет, если вместо газа человек станет дышать жидкостью? Тогда,
согласно мнению д-ра Джорджа Бонда, участника знаменитого эксперимента
"Силаб", он сможет погружаться до глубины порядка 4 км. По мнению Бонда, мы
уже сейчас располагаем для этого достаточными техническими возможностями.
— Все мы дышим жидкостью, — отмечает он. — Если бы наши легкие высохли,
мы были бы мертвы через одну-две минуты. Поэтому использование для дыхания
жидкости не таит в себе каких-либо серьезных опасностей.
Вполне вероятно, что водолазы будут доставляться на дно океана в
специальных исследовательских подводных лодках. Предварительно им сделают
под местной анестезией трахеотомию и в образовавшееся отверстие введут
дыхательную трубку. В комплект их снабжения войдут специальные резервуары,
насосы и системы регулирования. В резервуарах будет находиться 7 л
рингеровского раствора-чистой соленой воды-широко применяемого в настоящее
время в медицине. Чтобы обеспечивать необходимое насыщение этого раствора
кислородом, будет предусмотрен небольшой по размерам источник кислорода под
высоким давлением.
Затем легкие и полости тела водолаза заполнят раствором и после очень
быстрой компрессии в воздушном шлюзе подводной лодки он сможет выйти в воду.
Проведя под водой около часа, водолаз вернется на лодку, где подвергнется
быстрой декомпрессии в воздушном шлюзе. По окончании этой операции из легких
водолаза выпустят жидкость. Никакой дальнейшей декомпрессии не потребуется,
и водолазу не будут грозить даже малейшие проявления кессонной болезни.
С мнением Бонда соглашается столь авторитетный специалист в области
водолазного дела, как Жак-Ив Кусто. Появление таких водолазов он считает
возможным в 1980 г., вероятным в 1995 г. и несомненным в 2020 г.
Теперь остается задать вопрос: что же принесут с собой подобные
достижения для спасательных работ.
Не так уж много. На глубине 600 м или даже 6 км водолаз сможет
выполнить то же самое, что он делает, находясь на расстоянии 60 м от
поверхности: наблюдать, управлять механизмами, работать с помощью
инструментов.
Все это означает, что сколь бы глубоко ни погрузился водолаз,
эффективность его действий будет строго ограничена методами подъема
затонувших объектов или возможностями созданных нами спасательных устройств.
В будущем водолазы явятся неоценимыми помощниками при подъеме со дна моря
различных грузов и очень небольших предметов, но при выполнении спасательных
работ на больших глубинах — порядка 2000 м и более — будут играть в лучшем
случае второстепенную, вспомогательную роль.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: