To chyba frazes science fiction: pewna lepka substancja bardzo szybko dostaje się do skafandra lub kapsuły, a główny bohater nagle odkrywa na własnej skórze, jak szybko traci resztę powietrza z własnych płuc, a jego wnętrzności wypełniają się niezwykła ciecz o odcieniu od limfy do krwi. W końcu nawet panikuje, ale odruchowo bierze kilka łyków, a raczej wzdycha i ze zdziwieniem stwierdza, że może oddychać tą egzotyczną mieszanką tak, jakby oddychał zwykłym powietrzem.
Czy jesteśmy tak daleko od urzeczywistnienia idei oddychania cieczą? Czy można oddychać płynną mieszanką i czy istnieje taka potrzeba?
Istnieją trzy obiecujące sposoby wykorzystania tej technologii: medycyna, nurkowanie na dużych głębokościach i astronautyka.
Ciśnienie na ciele nurka wzrasta co dziesięć metrów o jedną atmosferę. Z powodu gwałtownego spadku ciśnienia może rozpocząć się choroba dekompresyjna, której objawami są gazy rozpuszczone we krwi, które zaczynają wrzeć z bąbelkami. Również przy wysokim ciśnieniu możliwe jest zatrucie tlenem i narkotycznym azotem. Z tym wszystkim walczy się za pomocą specjalnych mieszanek oddechowych, ale nie dają one żadnych gwarancji, a jedynie zmniejszają prawdopodobieństwo przykrych konsekwencji. Oczywiście można używać skafandrów nurkowych, które utrzymują ciśnienie na ciele nurka i jego mieszaninie oddechowej dokładnie do jednej atmosfery, ale one z kolei są duże, nieporęczne, utrudniają poruszanie się, a także są bardzo drogie.
Oddychanie cieczą może stanowić trzecie rozwiązanie tego problemu przy zachowaniu mobilności elastycznych pianek i niskiego ryzyka związanego ze sztywnymi skafandrami. Płyn oddechowy, w przeciwieństwie do drogich mieszanek oddechowych, nie nasyca organizmu helem ani azotem, więc nie ma też potrzeby powolnej dekompresji, aby uniknąć choroby dekompresyjnej. 
W medycynie oddychanie cieczą może być stosowane w leczeniu wcześniaków w celu uniknięcia uszkodzenia słabo rozwiniętych oskrzeli płucnych przez ciśnienie, objętość i stężenie tlenu w powietrzu z respiratorów. Selekcję i testowanie różnych mieszanek zapewniających przeżycie wcześniaka rozpoczęto już w latach 90. Możliwe jest stosowanie mieszaniny płynnej przy całkowitym zatrzymaniu oddechu lub częściowej niewydolności oddechowej.
Loty kosmiczne wiążą się z dużymi przeciążeniami, a ciecze równomiernie rozkładają ciśnienie. Jeśli osoba jest zanurzona w cieczy, to podczas przeciążeń nacisk przechodzi na całe jej ciało, a nie na określone podpory (oparcia krzeseł, pasy bezpieczeństwa). Ta zasada została wykorzystana do stworzenia kombinezonu Libelle, czyli sztywnego skafandra wypełnionego wodą, który pozwala pilotowi zachować przytomność i sprawność nawet przy przeciążeniach powyżej 10 g.
Ta metoda jest ograniczona różnicą gęstości między tkanką ludzkiego ciała a zastosowanym płynem immersyjnym, więc limit wynosi 15-20 g. Ale możesz pójść dalej i wypełnić płuca cieczą o gęstości zbliżonej do wody. Astronauta całkowicie zanurzony w cieczy i oddychający cieczą odczuje stosunkowo niewielki wpływ ekstremalnie wysokich sił g, ponieważ siły w cieczy rozkładają się równomiernie we wszystkich kierunkach, ale efekt nadal będzie wynikał z różnej gęstości tkanek jego ciała . Limit nadal pozostanie, ale będzie wysoki.
Pierwsze eksperymenty z oddychaniem cieczą przeprowadzono w latach 60. ubiegłego wieku na myszach i szczurach laboratoryjnych, które zmuszano do wdychania roztworu soli z dużą zawartością rozpuszczonego tlenu. Ta prymitywna mieszanka pozwoliła zwierzętom przeżyć przez pewien czas, ale nie mogła usunąć dwutlenku węgla, więc płuca zwierząt zostały nieodwracalnie uszkodzone.
Później rozpoczęto prace nad perfluorowęglowodorami, a ich pierwsze wyniki były znacznie lepsze niż w eksperymentach z solanką. Perfluorowęglowodory to substancje organiczne, w których wszystkie atomy wodoru są zastąpione atomami fluoru. Związki perfluorowęglowodorowe mają zdolność rozpuszczania zarówno tlenu, jak i dwutlenku węgla, są bardzo obojętne, bezbarwne, przezroczyste, nie uszkadzają tkanki płucnej i nie są wchłaniane przez organizm.
Od tego czasu płyny oddechowe są udoskonalane, najbardziej zaawansowane jak dotąd rozwiązanie nosi nazwę perflubron lub „Liquivent” (nazwa handlowa). Ta oleista przezroczysta ciecz o gęstości dwa razy większej od wody ma wiele przydatnych właściwości: może przenosić dwa razy więcej tlenu niż zwykłe powietrze, ma niską temperaturę wrzenia, więc po użyciu ostateczne usunięcie jej z płuc odbywa się poprzez odparowanie . Pęcherzyki pod wpływem tej cieczy lepiej się otwierają, a substancja dostaje dostęp do ich zawartości, co poprawia wymianę gazową.
Płuca mogą całkowicie wypełnić się płynem, co będzie wymagało oksygenatora membranowego, elementu grzejnego i wymuszonej wentylacji. Ale w praktyce klinicznej najczęściej tego nie robią, ale stosują oddychanie cieczą w połączeniu z konwencjonalną wentylacją gazową, wypełniając płuca perflubronem tylko częściowo, około 40% całkowitej objętości.
Kadr z filmu Otchłań, 1989
Co powstrzymuje nas przed oddychaniem płynem? Płyn oddechowy jest lepki i słabo usuwa dwutlenek węgla, dlatego wymagana będzie wymuszona wentylacja płuc. Aby usunąć dwutlenek węgla z typowej osoby ważącej 70 kilogramów, potrzebny byłby przepływ 5 litrów na minutę lub więcej, a to dużo, biorąc pod uwagę dużą lepkość cieczy. Przy wysiłku fizycznym ilość wymaganego przepływu tylko wzrośnie i jest mało prawdopodobne, aby dana osoba była w stanie przenieść 10 litrów płynu na minutę. Nasze płuca po prostu nie są przystosowane do oddychania cieczą i nie są w stanie samodzielnie pompować takich objętości.
Wykorzystywanie pozytywnych właściwości płynu do oddychania w lotnictwie i astronautyce też może na zawsze pozostać marzeniem – płyn w płucach dla g-skafandra musi mieć gęstość wody, a perflubron jest dwa razy cięższy.
Tak, nasze płuca są technicznie zdolne do „oddychania” pewną mieszanką bogatą w tlen, ale niestety w tej chwili możemy to robić tylko przez kilka minut, ponieważ nasze płuca nie są wystarczająco silne, aby krążyć w mieszaninie oddechowej przez dłuższy czas . Sytuacja może się zmienić w przyszłości, pozostaje tylko pokładać nadzieje w badaczach tej dziedziny.
Podczas wspinaczki górskiej, na skutek spadku ciśnienia atmosferycznego, spada ciśnienie cząstkowe tlenu w przestrzeni pęcherzykowej. Gdy ciśnienie to spadnie poniżej 50 mmHg . Sztuka. (5 km wysokości) osoba nieprzystosowana musi oddychać mieszanką gazów, w której podwyższona jest zawartość tlenu. Na wysokości 9 km ciśnienie cząstkowe powietrza pęcherzykowego spada do 30 mm Hg. . Art., a wytrzymanie takiego stanu jest praktycznie niemożliwe. Dlatego stosuje się inhalację 100% tlenem. W tym przypadku przy danym ciśnieniu barometrycznym ciśnienie cząstkowe tlenu w powietrzu pęcherzykowym wynosi 140 mm Hg. . Art., co stwarza ogromne możliwości wymiany gazowej. Na wysokości 12 km, podczas wdychania zwykłego powietrza, ciśnienie w pęcherzykach płucnych wynosi 16 mm Hg. . Sztuka. (śmierć), przy wdychaniu czystego tlenu - tylko 60 mm Hg . Art., czyli jeszcze można oddychać, ale to już jest niebezpieczne. W takim przypadku możliwe jest podanie czystego tlenu pod ciśnieniem i zapewnienie oddychania podczas wychodzenia na wysokość 18 km. Dalsze wejście jest możliwe tylko w skafandrach.
Oddychanie pod wodą na dużych głębokościach
Po opuszczeniu pod wodą ciśnienie atmosferyczne wzrasta. Na przykład na głębokości 10 m ciśnienie wynosi 2 atmosfery, na głębokości 20 m - 3 atmosfery itp. W tym przypadku ciśnienie cząstkowe gazów w powietrzu pęcherzykowym wzrasta odpowiednio 2 i 3 razy.
Grozi to dużym rozpuszczeniem tlenu. Ale jego nadmiar jest nie mniej szkodliwy dla organizmu niż jego niedobór. Dlatego jednym ze sposobów zmniejszenia tego niebezpieczeństwa jest stosowanie mieszaniny gazów, w której obniżona jest zawartość procentowa tlenu. Na przykład na głębokości 40 m dają mieszaninę zawierającą 5% tlenu, na głębokości 100 m - 2%.
Drugi problem jest wpływ azotu. Gdy ciśnienie cząstkowe azotu wzrasta, prowadzi to do zwiększonego rozpuszczania azotu we krwi i powoduje stan narkotyczny. Dlatego zaczynając od głębokości 60 m , mieszaninę azotu z tlenem zastępuje się mieszaniną helio-tlenu. Hel jest mniej toksyczny. Zaczyna działać narkotycznie dopiero na głębokości 200-300 m. . Obecnie trwają badania nad wykorzystaniem mieszanin wodorowo-tlenowych do pracy na głębokościach do 2 km, gdyż wodór jest gazem bardzo lekkim.
Trzeci problem operacje nurkowe - to jest dekompresja. Jeśli szybko podniesiesz się z głębokości, wówczas gazy rozpuszczone we krwi gotują się i powodują zator gazowy - zablokowanie naczyń krwionośnych. Dlatego wymagana jest stopniowa dekompresja. Dla przykładu wspinaczka z głębokości 300 m wymaga 2 tygodni dekompresji.
Ichthyanderowie są wśród nas. Rosyjscy naukowcy rozpoczęli testy technologii oddychania cieczą na okrętach podwodnych. Obecnie przeprowadzane są eksperymenty na psach. Rekord w oddychaniu cieczą wynosi już 30 minut. Jak ożywają cuda z powieści i filmów, dowiedział się korespondent Vesti FM Sergey Gololobov.
obserwacja eksperymentu. Jamniki zanurza się w kąpieli z płynem twarzą w dół. Co zaskakujące, pies nie zakrztusił się, ale zaczął oddychać tym samym płynem. Połykam konwulsyjnie, gwałtownie. Ale oddychała. Po 15 minutach wyciągnęli ją. Pies był ospały, prawdopodobnie z powodu hipotermii, ale co najważniejsze, żywy. A po chwili wróciła do swojego zwykłego figlarnego nastroju. Cud. Coś podobnego pokazano w słynnym hollywoodzkim filmie „Abyss” w 1989 roku. Tam do kolby z wodą wlano trochę dodatków i tam wypuszczono białego szczura. I wszystko jest sfilmowane naturalnie. A szczur faktycznie oddychał rzekomo pod wodą.
A sztuczka tego odcinka z filmu „Otchłań” polega na tym, że szczur nie oddychał wodą jako taką, ale jakimś specjalnym płynem. Na tym opiera się technologia oddychania cieczą. Związki perfluorowęglowodorowe są uważane za substancje najbardziej odpowiednie do tego celu. Dobrze rozpuszczają w sobie tlen i dwutlenek węgla i nie szkodzą organizmowi. Oznacza to, że żywe istoty nie wdychają wody, ale te same ciekłe węgle. Dlaczego ludzie tego potrzebują, powiedział pulmonolog, kierownik tematu naukowego dotyczącego oddychania cieczą od lat osiemdziesiątych. Andriej Filippenko.
„To jest potrzebne, aby uratować okręty podwodne. Przy wysokim ciśnieniu, jeśli mają płyn w płucach, jeśli wydobędą tlen z tej cieczy, to będą mogli wydostać się na dużą głębokość i szybko, bez problemu dekompresyjnego, wynurzyć się na powierzchnię.
Wiadomo, że wyjście z dużych głębin zajmuje nurkom i marynarzom wiele godzin. Jeśli szybko wypłyniesz na powierzchnię, dopadnie cię choroba dekompresyjna. Pęcherzyki azotu, które dostają się do krwioobiegu z mieszaniną oddechową, gotują się z powodu gwałtownego spadku ciśnienia i niszczą naczynia krwionośne. Jeśli używasz urządzenia ze specjalnym płynem do oddychania, problemy te nie wystąpią, wyjaśnia Andriej Filippenko.
„Płyn fluorowęglowodorowy jest, że tak powiem, nośnikiem azotu i tlenu, czyli nośnikiem. Ale w przeciwieństwie do azotu, który przedostaje się do tkanek ciała pod wysokim ciśnieniem na głębokości iz tego powodu pojawia się choroba zginająca, w tym przypadku tak nie jest. Oznacza to, że nie ma powodu do choroby dekompresyjnej. Nie występuje przesycenie organizmu gazem obojętnym. Oznacza to, że nie ma fundamentalnego powodu dla bąbelków”.
Eksperymenty z oddychaniem cieczą są aktywnie prowadzone od lat 60. w Związku Radzieckim i USA. Ale sprawa nie poszła dalej niż eksperymenty na zwierzętach. Po rozpadzie Unii nasze naukowe poszukiwania w tym kierunku spełzły na niczym. Ale pozostały bardzo silne zmiany. A teraz postanowiono wykorzystać je w nowy sposób, mówi Andriej Filippenko.
„Świetne podstawy w technologii oddychania cieczą iw cieczach. A na dodatek nadal mamy konsekwencje tych płynów. Ponieważ wszystkie fluorowęglowodory są wstrzykiwane do krwi, a używamy takiej substancji od 25 lat, wydostają się przez płuca. Oznacza to, że znamy również konsekwencje wpływu na organizm wprowadzenia do niego perfluorowęglowodorów. Amerykanie czy Francuzi, Brytyjczycy nie mają takich danych.
Niedawno rosyjscy naukowcy stworzyli specjalną kapsułę dla psów, którą zanurzono w ciśnieniowej komorze wodnej. A teraz psy mogą oddychać bez konsekwencji zdrowotnych przez ponad pół godziny na głębokości do pół kilometra. Wkrótce planowane jest przejście do eksperymentów na ludziach. Najgorsze jest oczywiście zmuszanie się do wdychania płynu, zastanawia się prezes Konfederacji Działalności Podwodnej Rosji. Walentyn Staszewski:
„Kiedy wdychasz wodę, to tylko koszmar. Oznacza to pierwszy sposób na utonięcie. Tak było ze wszystkimi poprzednimi wydarzeniami historycznymi. Dusisz się, gdy tylko woda dostanie się do dróg oddechowych i tak dalej.
Niemniej jednak ci, którzy chcą rzeczywiście utonąć, ale jednocześnie zaczynają oddychać jak płaz, no cóż, albo Sadko, mamy, zauważa Andriej Filippenko.
„Są ochotnicy. Ale od razu wyjaśnijmy, że tylko ci ludzie, którzy bardzo dobrze rozumieją, co może się wydarzyć, mogą tu zostać wolontariuszami. Oznacza to, że w rzeczywistości mogą to być tylko ci lekarze, którzy wykonali dużo płynnego oddychania. To są ci z naszego zespołu. I nie sam. Trzeba tylko wszystko odpowiednio zorganizować”.
Teraz prace nad oddychaniem płynami zostały przeniesione do Instytutu Medycyny Pracy. Głównym celem badań jest stworzenie specjalnego skafandra, który przyda się nie tylko okrętom podwodnym, ale także pilotom i astronautom. Ale powtarzamy, mówimy o oddychaniu specjalnymi płynami. Oddychaj bezpośrednio wodą, jak ichthyander, podczas gdy nie jest to dostępne dla osoby.
Badania naukowe nie zatrzymują się na jeden dzień, postęp trwa, dając ludzkości coraz więcej nowych odkryć. Setki naukowców i ich asystentów zajmują się badaniem istot żywych i syntezą niezwykłych substancji. Całe wydziały eksperymentują, testują różne teorie, a czasem odkrycia zadziwiają wyobraźnię – w końcu to, o czym można było tylko marzyć, może stać się rzeczywistością. Rozwijają pomysły, a pytania o zamrożenie człowieka w kriokomorze z późniejszym rozmrożeniem za sto lat czy o umiejętność oddychania płynem to dla nich nie tylko fantastyczna opowieść. Ich ciężka praca może sprawić, że te fantazje staną się rzeczywistością.
Naukowcy od dawna martwią się pytaniem: czy człowiek może oddychać cieczą?
Czy osoba potrzebuje płynnego oddychania
Na takie badania nie oszczędza się żadnych wysiłków, czasu ani pieniędzy. A jedno z tych pytań, które od dziesięcioleci niepokoją najbardziej oświecone umysły, brzmi: czy człowiek może oddychać cieczą? Czy płuca będą w stanie wchłonąć tlen nie ze specjalnego płynu? Dla tych, którzy wątpią w rzeczywistą potrzebę tego rodzaju oddychania, możemy podać co najmniej 3 obiecujące obszary, w których będzie on dobrze służył osobie. Jeśli oczywiście uda im się to zrealizować.
- Pierwszy kierunek to nurkowanie na duże głębokości. Jak wiadomo, podczas nurkowania nurek doświadcza ciśnienia środowiska wodnego, które jest 800 razy gęstsze od powietrza. I wzrasta o 1 atmosferę co 10 metrów głębokości. Tak gwałtowny wzrost ciśnienia jest obarczony bardzo nieprzyjemnym efektem - gazy rozpuszczone we krwi zaczynają wrzeć w postaci bąbelków. Zjawisko to nazywane jest „chorobą kesonową”, często dotyka tych, którzy są aktywnie zaangażowani. Również podczas pływania w głębokich wodach istnieje ryzyko zatrucia tlenem lub azotem, ponieważ w takich warunkach te niezbędne dla nas gazy stają się bardzo toksyczne. Aby jakoś z tym walczyć, używają specjalnych mieszanek oddechowych lub sztywnych skafandrów, które utrzymują w sobie ciśnienie 1 atmosfery. Ale gdyby oddychanie cieczą było możliwe, byłoby to trzecie, najłatwiejsze rozwiązanie problemu, ponieważ ciecz oddechowa nie nasyca organizmu azotem i gazami obojętnymi i nie ma potrzeby długiej dekompresji.
- Drugim sposobem aplikacji jest medycyna. Zastosowanie w nim płynów oddechowych mogłoby uratować życie wcześniakom, ponieważ ich oskrzela są słabo rozwinięte, a wentylatory mogą je łatwo uszkodzić. Jak wiadomo, w łonie matki płuca zarodka są wypełnione płynem i do czasu porodu gromadzi się w nim płucny środek powierzchniowo czynny - mieszanina substancji, która nie pozwala na sklejanie się tkanek podczas oddychania powietrzem. Ale przy wczesnym porodzie oddychanie wymaga od dziecka zbyt dużej siły, co może być śmiertelne.
Historia ma precedens stosowania całkowitej wentylacji płynowej i sięga 1989 roku. Zastosował ją T. Shaffer, który pracował jako pediatra na Temple University (USA), ratując wcześniaki przed śmiercią. Niestety próba się nie powiodła, troje małych pacjentów nie przeżyło, ale warto wspomnieć, że zgony były spowodowane innymi przyczynami, a nie samą metodą oddychania cieczą.
Od tamtej pory w pełni wentylowane płuca człowieka nie odważyły się, ale w latach 90. pacjentów z ciężkim stanem zapalnym poddawano częściowej wentylacji cieczą. W tym przypadku płuca są wypełnione tylko częściowo. Niestety, skuteczność metody była kontrowersyjna, ponieważ konwencjonalna wentylacja powietrzna działała równie dobrze.
- Zastosowanie w astronautyce. Przy obecnym poziomie technologii astronauta doświadcza podczas lotu siły przeciążenia dochodzącej do 10 g. Po przekroczeniu tego progu niemożliwe jest utrzymanie nie tylko zdolności do pracy, ale także świadomości. Tak, a obciążenie ciała jest nierównomierne, a wzdłuż punktu podparcia, co można wykluczyć po zanurzeniu w cieczy, ciśnienie rozłoży się równomiernie na wszystkie punkty ciała. Na tej zasadzie zaprojektowano sztywny skafander Libelle, wypełniony wodą i pozwalający na zwiększenie limitu do 15-20 g, i to nawet ze względu na ograniczenie gęstości tkanek ludzkich. A jeśli astronauta jest nie tylko zanurzony w płynie, ale także jego płuca są nim wypełnione, będzie mógł z łatwością znieść ekstremalne przeciążenia znacznie przekraczające granicę 20 g. Oczywiście nie w nieskończoność, ale próg będzie bardzo wysoki, jeśli zostanie spełniony jeden warunek - ciecz w płucach i wokół ciała musi mieć gęstość równą gęstości wody.
Geneza i rozwój oddychania cieczą
Pierwsze eksperymenty sięgają lat 60. ubiegłego wieku. Jako pierwsze przetestowały powstającą technologię oddychania cieczą laboratoryjne myszy i szczury, zmuszone do oddychania nie powietrzem, ale roztworem soli, który znajdował się pod ciśnieniem 160 atmosfer. I oddychali! Pojawił się jednak problem, który uniemożliwiał im przetrwanie w takim środowisku przez długi czas – ciecz nie pozwalała na usunięcie dwutlenku węgla.
Ale eksperymenty na tym się nie skończyły. Następnie rozpoczęto badania nad substancjami organicznymi, w których atomy wodoru zastąpiono atomami fluoru - tzw. perfluorowęglowodorami. Wyniki były znacznie lepsze niż w przypadku starożytnego i prymitywnego płynu, ponieważ perfluorowęglowodór jest obojętny, nie wchłaniany przez organizm i doskonale rozpuszcza tlen i wodór. Było to jednak dalekie od doskonałości i badania w tym kierunku były kontynuowane.
Obecnie najlepszym osiągnięciem w tej dziedzinie jest perflubron (nazwa handlowa - „Liquivent”). Właściwości tego płynu są niesamowite:
- Pęcherzyki płucne otwierają się lepiej, gdy ten płyn dostaje się do płuc i poprawia się wymiana gazowa.
- Ta ciecz może przenosić 2 razy więcej tlenu niż powietrze.
- Niska temperatura wrzenia pozwala na usunięcie go z płuc przez odparowanie.
Ale nasze płuca nie są przystosowane do całkowicie płynnego oddychania. Jeśli wypełnisz je całkowicie perflubronem, będziesz potrzebować oksygenatora membranowego, elementu grzejnego i wentylacji. I nie zapominaj, że ta mieszanina jest 2 razy grubsza niż woda. Dlatego stosuje się wentylację mieszaną, w której płuca są wypełnione płynem tylko w 40%.
Ale dlaczego nie możemy oddychać cieczą? Wszystko za sprawą dwutlenku węgla, który w środowisku ciekłym jest bardzo słabo usuwany. Osoba ważąca 70 kg musi co minutę przepuszczać przez siebie 5 litrów mieszanki, i to w stanie spokoju. Dlatego chociaż nasze płuca są technicznie zdolne do wydobywania tlenu z cieczy, są one zbyt słabe. Można więc mieć tylko nadzieję na przyszłe badania.
woda jak powietrze
By wreszcie z dumą ogłosić światu – „Teraz człowiek może oddychać pod wodą!” - naukowcy czasami opracowywali niesamowite urządzenia. Tak więc w 1976 roku biochemicy z Ameryki stworzyli cudowne urządzenie zdolne do regeneracji tlenu z wody i dostarczania go nurkowi. Przy wystarczającej pojemności baterii nurek mógłby przebywać i oddychać na głębokości prawie w nieskończoność.
Wszystko zaczęło się od tego, że naukowcy rozpoczęli badania w oparciu o fakt, że hemoglobina równie dobrze dostarcza powietrze zarówno ze skrzeli, jak iz płuc. Użyli własnej krwi żylnej zmieszanej z poliuretanem - zanurzono ją w wodzie i ten płyn wchłaniał tlen, który obficie rozpuszcza się w wodzie. Ponadto krew zastąpiono specjalnym materiałem, w wyniku czego uzyskano urządzenie, które działało jak zwykłe skrzela każdej ryby. Los wynalazku jest taki: został nabyty przez pewną firmę, wydając na niego 1 milion dolarów i od tego czasu nic nie słyszano o urządzeniu. I oczywiście nie poszedł na sprzedaż.
Ale to nie jest główny cel naukowców. Ich marzeniem nie jest urządzenie do oddychania, chcą nauczyć samą osobę oddychania cieczą. A próby realizacji tego marzenia nie zostały do tej pory zaniechane. Na przykład jeden z instytutów badawczych w Rosji przeprowadził testy oddychania płynem na ochotniku z wrodzoną patologią - brakiem krtani. A to oznaczało, że po prostu nie miał takiej reakcji organizmu na płyn, w której najmniejszej kropli wody na oskrzelach towarzyszy ucisk pierścienia gardłowego i uduszenie. Ponieważ po prostu nie miał tego mięśnia, eksperyment zakończył się sukcesem. Do jego płuc wlano płyn, który przez cały czas trwania eksperymentu mieszał za pomocą ruchów brzucha, po czym spokojnie i bezpiecznie go wypompowano. Co charakterystyczne, skład soli płynu odpowiadał składowi soli krwi. Można to uznać za sukces, a naukowcy twierdzą, że wkrótce znajdą metodę oddychania płynem dostępną dla osób bez patologii.
Więc mit czy rzeczywistość?
Mimo uporu osoby, która z pasją chce podbić wszystkie możliwe siedliska, natura nadal sama decyduje, gdzie żyć. Niestety, bez względu na to, ile czasu poświęca się na badania, bez względu na to, ile wydaje się milionów, jest mało prawdopodobne, aby człowiek oddychał zarówno pod wodą, jak i na lądzie. Ludzie i życie morskie mają oczywiście wiele wspólnego, ale wciąż istnieje znacznie więcej różnic. Człowiek będący płazem nie zniósłby warunków panujących w oceanie, a gdyby udało mu się przystosować, droga powrotna na ląd byłaby dla niego zamknięta. I podobnie jak płetwonurkowie, amfibie chodziły na plażę w kombinezonach wodnych. I dlatego, bez względu na to, co mówią entuzjaści, werdykt naukowców jest wciąż stanowczy i rozczarowujący - długie życie człowieka pod wodą jest niemożliwe, nierozsądne jest sprzeciwianie się matce naturze w tym zakresie, a wszelkie próby oddychania cieczą są skazane na niepowodzenie. do porażki.
Ale nie rozpaczaj. Choć dno morskie nigdy nie stanie się naszym domem, mamy wszelkie mechanizmy organizmu i możliwości techniczne, by być na nim częstymi gośćmi. Czy warto więc być smutnym? W końcu środowiska te zostały już w pewnym stopniu podbite przez człowieka, a teraz stoją przed nim otchłanie kosmosu.
I na razie możemy śmiało powiedzieć, że głębiny oceanu będą dla nas doskonałym miejscem pracy. Ale wytrwałość może doprowadzić do bardzo cienkiej linii prawdziwego oddychania pod wodą, trzeba tylko pracować nad rozwiązaniem tego problemu. A jaka będzie odpowiedź na pytanie, czy zmienić cywilizację lądową na podwodną, zależy tylko od samego człowieka.
Zdjęcie: RIA Novosti
Siergiej Piatakow
Człowiek przyszłości będzie mógł nurkować na duże głębokości, ale będzie musiał nauczyć się oddychać cieczą.
Oddychanie cieczą, czyli oddychanie za pomocą cieczy, która dobrze rozpuszcza tlen, od dawna jest stałym pomysłem naukowców na całym świecie. Urządzenie „amfibia” jest w stanie uratować życie płetwonurkom i marynarzom podwodnym, technologia ta może znaleźć zastosowanie w medycynie, aw przyszłości przyda się w długoterminowych lotach kosmicznych podczas eksploracji innych planet. Prawdziwe prace nad stworzeniem płynnego aparatu oddechowego miały miejsce w latach 1970-1980 w ZSRR i USA, następnie przeprowadzono eksperymenty na zwierzętach, ale nie osiągnięto wielkiego sukcesu. Jak obiecująca i realistyczna pozostaje ta technologia, zrozumiał korespondent Sovershenno Sekretno.
Należy zauważyć, że oddychanie cieczą na pierwszy rzut oka wydaje się fantastyczną fikcją, ale w rzeczywistości ma całkowicie naukowe podstawy, a pod tą ideą postawiono poważne podstawy teoretyczne. Zamiast tlenu naukowcy proponują zastosowanie specjalnych związków chemicznych, które bardzo dobrze rozpuszczają tlen i dwutlenek węgla.
ODDYCHANIE CIEKŁYM URATUJĄ NURKĘ OD CHOROBY OD ŁUKU
Wiceadmirał, Bohater Pracy Socjalistycznej, doktor nauk technicznych, profesor, pełnoprawny członek Rosyjskiej Akademii Nauk Przyrodniczych, przewodniczący Specjalnego Komitetu Operacji Podwodnych przy rządzie Federacji Rosyjskiej w latach 1992-1994, Tengiz Borysow powiedział Top Secret, że eksperymenty z oddychaniem cieczą trwają od kilkudziesięciu lat.
„Obecnie człowiek ma ograniczone możliwości – nurek, w którego butlach oddechowych znajduje się zwykłe powietrze, może nurkować na głębokość 60 metrów bez narażania zdrowia. W wyjątkowych przypadkach najbardziej doświadczeni pływacy osiągali 90 metrów, dalej organizm ludzki narażony jest na toksyczne działanie azotu. Po pojawieniu się specjalnych mieszanin gazowych zawierających hel, w których utrzymywane jest małe stałe ciśnienie tlenu i nie ma azotu, stało się możliwe nurkowanie do 300 metrów w twardych skafandrach i to jest granica.
Głównym wrogiem nurków jest choroba dekompresyjna: przy wynurzaniu się z dużej głębokości, na skutek gwałtownego spadku ciśnienia wdychanej mieszaniny oddechowej, gazy rozpuszczające się we krwi zaczynają gwałtownie wydzielać się, jak po wstrząśnięciu butelką szampana i wino pieniło się w środku. Gazy niszczą ściany komórek i naczyń krwionośnych, zatykają naczynia włosowate, blokują przepływ krwi, konsekwencje są straszne – w ciężkiej postaci choroba dekompresyjna może doprowadzić do paraliżu lub śmierci.
Aby przejść głębiej, potrzebne są nowe technologie. A dzisiaj zasada oddychania cieczą jest uważana za najbardziej obiecującą. Ta metoda powinna przezwyciężyć główne problemy nurków: podczas zanurzania i wynurzania problem kompresji zostanie rozwiązany, nie będzie uciskania klatki piersiowej, ponieważ płyny praktycznie nie są ściśliwe.
Jednak nawet jeśli zostaną stworzone specjalne płynne mieszaniny, konieczne będzie opracowanie metod stosowania płynnego oddychania. Rzeczywiście, aby osoba mogła wypełnić płuca lepką substancją, będzie musiała pokonać najpoważniejszy psychologiczny opór ciała. Eksperymenty przeprowadzono na ludziach: próbując napełnić płuca, osoba mimowolnie wyzwala odruchy, krtań zaczyna się kurczyć, a płuca zachodzą na siebie.
Osoba ma wrodzoną reakcję na wodę - wystarczy, aby kropla spadła na wrażliwe komórki oskrzeli, gdy mięsień pierścieniowy ściska gardło, pojawiają się skurcze, a następnie następuje uduszenie. Chociaż specjalny płyn nie może wyrządzić żadnej szkody, organizm nie chce tego zrozumieć, a mózg wydaje polecenie stawiania oporu. Podsumowując, nie mniej nieprzyjemna procedura, gdy ten płyn musi zostać usunięty z płuc. Ale jeśli rozwiązanie zostanie znalezione, będzie to poważny przełom - wtedy nurkowie będą mogli pracować na bardzo dużych głębokościach.
Zakłada się, że technologia ta będzie wykorzystywana do celów wojskowych, do eksploracji złóż ropy i gazu oraz konserwacji studni głębinowych, a także do wydobywania kosztowności ze statków zatopionych na dużych głębokościach. Obecnie na świecie jest kilka wydarzeń, które pozwalają nam mieć nadzieję, że ta technologia dostanie bilet do przyszłości”.
BADANIA POMOGŁY PRACY AMERYKAŃSKICH NEONATOLOGÓW
Amerykanie zwrócili się ku idei oddychania cieczą w latach 60. A być może ich największym osiągnięciem jest zarejestrowany patent na kombinezon do nurkowania wyposażony w butlę ze specjalną cieczą wzbogaconą tlenem. Według pomysłu autora tzw. płynne powietrze, które dostarczane jest z butli do hełmu nurka, wypełnia całą przestrzeń wokół głowy, wypiera powietrze z płuc, jam nosowo-gardłowych i uszu, nasycając płuca człowieka wystarczającą ilością tlenu . Miał on stworzyć ciecz oddechową na bazie perfluorowęglowodorów, w której można rozpuścić wymaganą ilość gazu.
Z kolei dwutlenek węgla, który uwalnia się podczas oddychania, musiał być wydalany za pomocą swoistego odpowiednika skrzeli przyczepionych do żyły udowej nurka. W rezultacie tlen dostaje się do krwi przez płuca, a dwutlenek węgla jest usuwany bezpośrednio z krwi. To prawda, że \u200b\u200baby korzystać z takiego systemu, osoba będzie musiała nauczyć się obejść bez korzystania z głównych funkcji układu oddechowego - wdechów i wydechów.
Pierwsze eksperymenty związane z oddychaniem za pomocą płynu przeprowadzili Amerykanie w latach 60. XX wieku. Przeprowadzano je na gryzoniach. Naukowcy przeprowadzili całkowite zastąpienie krwi szczurów emulsją o wysokim stężeniu ciekłego tlenu. Przez pewien czas zwierzęta mogły oddychać cieczą, ale ich organizm nie był w stanie usunąć dwutlenku węgla, co po krótkim czasie doprowadziło do zniszczenia płuc. W kolejnych latach formuła była udoskonalana.
Jednym z najbardziej udanych odkryć był płyn stosowany w LiquiVent, leku przeznaczonym do leczenia poważnych problemów z oddychaniem u wcześniaków. Dzięki swojej konsystencji jest klarowną oleistą cieczą o małej gęstości, która zawiera więcej tlenu niż powietrza. Ponieważ ta ciecz jest obojętna, nie szkodzi płucom, ponieważ ma bardzo niską temperaturę wrzenia i jest szybko i łatwo usuwana z płuc.
Substancja ta przyciąga również specjalistów, ponieważ jest bezbarwna, bezwonna i nietoksyczna - prawie jak powietrze. Ta ciecz zawiera znacznie więcej niż powietrze, ilość tlenu na jednostkę objętości. Podczas kolejnych eksperymentów myszy i koty zanurzone w natlenionej cieczy perfluorowęglowodorowej żyły przez kilka dni. Jednak w trakcie eksperymentów okazało się również, że delikatne płuca ssaków są słabo przystosowane do ciągłego wtłaczania i wypompowywania cieczy - w związku z tym powietrze może nim zastąpić tylko na bardzo krótki czas.
Idea płynnego układu oddechowego jest obecnie wykorzystywana w ich praktyce przez neonatologów, którzy od ponad 20 lat stosują podobne technologie do opieki nad wcześniakami. W tej gałęzi medycyny oddychanie cieczą było szeroko stosowane. Ta metoda służy do ratowania noworodków. Tkanka płuc takich dzieci nie jest w pełni uformowana od urodzenia, dlatego za pomocą specjalnych urządzeń układ oddechowy jest nasycony roztworem zawierającym tlen na bazie perfluorowęglowodorów. To nie przypadek, że amerykańscy eksperymentatorzy z pewnością włączają lekarzy tego profilu do składu grup do tworzenia płynnego oddychania.
DUŻE SSAKI NIGDY NIE NAUCZYŁY SIĘ ODDYCHAĆ CIECZĄ
Następnie, dzięki poprawie stanu płynu oddechowego, udało się osiągnąć wielogodzinne oddychanie płynem u małych zwierząt laboratoryjnych – myszy i szczurów oraz u szczeniąt psów. Jednak naukowcy stanęli przed nowym problemem - nie udało się osiągnąć zrównoważonego oddychania cieczą u dużych zwierząt laboratoryjnych (dorosłych psów, których średnica tchawicy i budowa płuc są zbliżone do człowieka). Dorosłe psy wytrzymywały nie więcej niż 10-20 minut i umierały z powodu niewydolności płuc. Przejście na sztuczną wentylację z płynnymi płucami przy użyciu sprzętu klinicznego poprawiło wydajność, ale twórcy nie biorą pod uwagę dodatkowego wyposażenia do sprzętu do oddychania.
Aby osoba mogła oddychać płynem, musi spełniać dwie główne funkcje: dostarczać tlen do płuc i usuwać dwutlenek węgla. Tę właściwość posiada tlen, który człowiek wdycha, i kilka innych gazów, a jak udowodnili naukowcy, niektóre ciecze są również w stanie pełnić podobne funkcje. Jednocześnie nieudane eksperymenty z oddychaniem cieczą mają również wyjaśnienie: ludzkie płuca postrzegają i usuwają ciecz znacznie trudniej niż powietrze, więc proces zastępowania dwutlenku węgla tlenem zachodzi z dużym spowolnieniem.
Rzeczywiście, ludzkie płuca są technicznie zdolne do „oddychania” pewną płynną mieszaniną bogatą w tlen, ale tylko przez kilka minut. Zakładając, że oddychanie cieczą stanie się powszechne, wówczas chorzy używający ciekłego powietrza do celów medycznych będą musieli stale korzystać z dodatkowych urządzeń, a właściwie nosić przy sobie respirator do stymulacji oddychania. Nurkowie, którzy już odczuwają silny dyskomfort pod wodą, będą musieli nosić ze sobą dodatkowy sprzęt, a oddychanie cieczą podczas długich i głębokich nurkowań nie będzie łatwe.
KOMBINEZON NURKOWY WYKORZYSTUJĄCY ZASADĘ ODDYCHANIA CIECZĄ ZOSTAŁ OPATENTOWANY W USA
MOŻLIWE W ROSJI DOKONALI DOŚWIADCZEŃ NA CZŁOWIEKU
Związek Radziecki miał również programy oddychania płynami. W jednym z sowieckich instytutów badawczych osiągnięto znaczące wyniki we wdrażaniu oddychania cieczą. Opracowano specjalne urządzenia, przeprowadzono eksperymenty na zwierzętach i osiągnięto pewne wyniki. Myszy i psy rzeczywiście oddychały cieczą i to dość długo. Istnieją informacje, że w 1991 roku miały odbyć się pierwsze eksperymenty na ochotnikach. Należy zauważyć, że w Związku Radzieckim programy te nie miały charakteru komercyjnego i były związane wyłącznie z rozwojem wojskowym.
Dlatego w związku z zakończeniem finansowania wszystkie prace zostały ograniczone, a później całkowicie wstrzymane. Jednak ostatnio niektóre projekty zostały reaktywowane. Jak udało się ustalić „Ściśle tajnemu”, w jednym z rosyjskich instytutów badań nad obronnością przeprowadzono eksperyment z ochotnikiem, któremu usunięto krtań w wyniku operacji chirurgicznej z powodu niebezpiecznej patologii (dlatego mięsień pierścieniowy został nieobecny, co umożliwiło pomyślne przeprowadzenie eksperymentu).
Mężczyznę najpierw wlano specjalnym roztworem do płuc, a następnie zanurzono pod wodą w specjalnie wykonanej masce. Po eksperymencie płyn z jego płuc został bezboleśnie wypompowany. Zachęceni tym sukcesem rosyjscy eksperci twierdzą, że w przyszłości zwykli ludzie z normalnym gardłem będą mogli oddychać pod wodą, ponieważ pokonanie odruchowej reakcji organizmu na ciecz jest całkiem realne.
Członek korespondent Rosyjskiej Akademii Nauk Przyrodniczych, kandydat nauk medycznych Andrey Filippenko, który od dłuższego czasu pracuje nad projektem oddychania cieczą, powiedział Top Secret, że obecnie praktycznie nic nie można powiedzieć o tych wydarzeniach ze względu na ich zamknięte Natura.
„Dzisiaj te zmiany są prowadzone zarówno w interesie wojskowym, jak iw sferze cywilnej. Istnieje wiele trudności technologicznych, które wstrzymują postęp tych projektów. Obecnie technologia ta sprawdza się wyłącznie w warunkach laboratoryjnych i jest zupełnie nieprzydatna do stosowania w rzeczywistych warunkach. Na przykład na dużych głębokościach. Ta technologia nie sprawdza się dobrze nie tylko w Rosji, ale także za granicą. Aby iść do przodu, trzeba udoskonalić wiele technologii, w tym te związane z pokonywaniem dużej presji”.
ODDYCHANIE CIECZAMI MOŻE BYĆ WYMAGANE W KOSMOSIE I NA OKŁADKACH PODWODNYCH
W Związku Radzieckim rozważano kiedyś pomysł lotu międzyplanetarnego. Ponieważ lot kosmiczny wiąże się z dużymi przeciążeniami astronautów, przeanalizowano możliwości ich zmniejszenia. Zaproponowano między innymi opcję zanurzenia kosmicznych podróżników w płynie. Rzeczywiście, jeśli osoba zostanie zanurzona w roztworze przypominającym wodę, to podczas przeciążeń ciśnienie rozłoży się równomiernie na całe ciało. Ta zasada została wykorzystana do stworzenia kombinezonu anty-g, który jest używany w niemieckich siłach powietrznych. Producent - niemiecko-szwajcarska firma AutoflugLibelle - wymienił poduszki powietrzne na hermetyczne naczynia z płynem. Zatem skafander jest sztywnym skafandrem wypełnionym wodą. Pozwala to pilotowi zachować świadomość i wydajność nawet przy ogromnych (ponad 10 g) przeciążeniach.
Jednak wykorzystanie pozytywnych właściwości płynu do oddychania w lotnictwie i astronautyce może na zawsze pozostać marzeniem – substancja na kombinezon antygrawitacyjny musi mieć gęstość wody, a jedyny działający dziś płyn fluorowęglowodorowy jest dwa razy cięższy. Jeśli pomysł zostanie pomyślnie zrealizowany, astronauta zanurzony w ciekłym ośrodku i oddychający stałym tlenem praktycznie nie odczuje wpływu ekstremalnie dużych sił grawitacyjnych, ponieważ siły te rozłożą się równomiernie we wszystkich kierunkach.
Nie ma wątpliwości, że technologia oddychania cieczą jest potrzebna przede wszystkim okrętom podwodnym. Choć brzmi to paradoksalnie, obecnie nie ma niezawodnych sposobów ratowania ludzi znajdujących się w niebezpieczeństwie na dużych głębokościach. Nie tylko tutaj, ale na całym świecie od wielu lat praktycznie nie opracowano metod i technik ratowania osób znajdujących się w niebezpieczeństwie na dużych głębokościach. O tym, że środki ratownictwa załóg są beznadziejnie przestarzałe i wymagają szybkiej modernizacji, pokazała tragedia okrętu podwodnego Kursk.
Łódź podwodna była wyposażona w sprzęt ułatwiający wydostanie się z niej w razie wypadku, jednak wyskakująca komora ratunkowa została uszkodzona przez eksplozję i nie nadawała się do użytku. Dodatkowo dla każdego członka zespołu zapewniono całodobowy indywidualny sprzęt ratowniczy, który umożliwił ewakuację z głębokości do 120 metrów. Do podniesienia potrzeba kilku minut, a osoba w tym sprzęcie może oddychać mieszaniną tlenu i helu. Ale ludzie też nie mogli korzystać z tych funduszy. Wynika to między innymi z faktu, że butle z helem nie są przechowywane na łodzi podwodnej, ponieważ przy wysokim stężeniu w powietrzu gaz ten może powodować uduszenie i stan niedoboru tlenu.
Taka jest wielka wada wyposażenia indywidualnego. Ratownicy musieli przekazać butle członkom zespołu na zewnątrz, przez włazy komory śluzy. Należy zauważyć, że cały ten sprzęt został opracowany w 1959 roku i od tego czasu nie zmienił się w żaden sposób. A dzisiaj nie ma żadnych alternatyw w zasięgu wzroku. Być może dlatego stosowanie oddychania cieczą w ratownictwie morskim uchodzi za najbardziej obiecującą metodę przyszłości.
