Человек-амфибия
Научное изобретение Ланде может применяться не только в водолазании, но и в медицине.
Человек-амфибия
Как вы, наверное, помните, в этом произведении основоположника отечественной фантастики Александра Беляева учеными была проведена операция, благодаря которой молодой человек смог одинаково свободно пребывать как на воздухе, так и в воде. В воде даже более свободно, потому что в воздушной среде его жабры быстро пересыхали и начинали причинять неудобства. Это не первый роман с пророческим продолжением, были и «Голова профессора Доуэля» и «Вечный хлеб». Так уж получается, что на долю этого писателя выпадает посмертная слава футуролога и провидца. Сегодня и идея с человеком-амфибией – не такая уж и фантастика.
Манящие глубины
Видимо, мечты о глубине, так же, как и мечты о небе – древний спутник человечества. Поэтому водолазы и дайверы мечтают о дополнительной паре дыхательных органов – жабрах. Однако мечте этой до поры было суждено сбыться отчасти – изобретение акваланга продвинуло любителей глубины значительно дальше ныряльщиков за жемчугом. Препятствием на пути к исследованию глубин стоит две проблемы – невозможность легкими добывать из воды кислород, концентрация которого там гораздо ниже, нежели в воздухе, и перепады давления, возникающие в связи с глубоководными погружениями. Обе эти проблемы по сей день мешают людям погружаться на бесконечно большие расстояния от поверхности.
Кессонная болезнь
Или, как ее назвать более правильно – декомпрессионная болезнь (ДКБ). Суть ее заключается, главным образом, в эффекте чисто физического явления – насыщения жидкости газом исходя из давления газа на поверхности этой жидкости. Если это давление превышает давление газа в самой жидкости, то создается градиент диффузии газа в жидкость — начинается процесс насыщения жидкости газом, это происходит при погружении человека на глубину, туда, где давление возрастает. Этот процесс продолжается без особых эффектов и перемен в самочувствии водолаза, и продолжается до тех пор, пока давление газа в жидкости не сравняется с давлением газа на поверхности жидкости. При понижении внешнего давления, которое имеет место при всплытии, происходит обратный процесс. Давление газа в жидкости превышает внешнее давление газа на поверхность жидкости, происходит процесс «рассыщения». Газ начинает выделяться из жидкости наружу в виде пузырьков. Говорят, что жидкость закипает. Именно это происходит с кровью подводника стремительно поднимающегося с глубины на поверхность.
Если всплытие проходит медленно, то образующиеся пузырьки имеют возможность выйти через альвеолы легких с каждым вдохом-выдохом. Если же происходит резкое всплытие, то пузырей образуется много и они не успевают выйти. Как результаты, во-первых, газовая эмболия, во-вторых, агрегация клеток крови и неравномерная ее вязкость приводят к образованию тромбов, закупоривающих сосуды. И, наконец, присутствие пузырей и их соединение с кровяными тельцами приводит к биохимическим реакциям, так же стимулирующим сворачивание крови прямо в сосудах, выброс в кровь гистаминов и специфических белков. Последние исследования показали, что связывание пузырей с белыми кровяными тельцами вызывает сильное воспаление сосудов. Таким образом, иммунологические факторы и биохимические реакции так же играют весьма важную роль в развитии болезни.
На протяжении сотни лет ученые экспериментировали с составом газовой смеси для дыхания водолазов. И, надо сказать, они были небезуспешны – уменьшение концентрации азота из нее дали результат, ведь именно азот на большую долю составляет воздух и является как раз тем газом, который и заставляет кровь «закипать». Но тем не менее, принципиально проблему это не решило, а позволило водолазам лишь увеличить возможную глубину погружения и смягчить декомпрессионные явления при всплытии.
Назад, к природе
Большие просторы в перспективе дает новая технология, благодаря которой водолаз будет получать из жидкого раствора, а углекислый газ должен выделяться через искусственные жабры. Дыхание с помощью жидкости – идея не новая, она продиктована самой природой. Правда, в природе существа как «вдыхают», так и «выдыхают» воду – наполнитель окружающей среды, а в искусственном варианте для обеспечения организма кислородом предполагается использовать специальную жидкость, насыщенную им – раствор перфторуглерода (ПФУ). Как же это возможно?
Допустим, водолаза готовят к погружению. Врач устанавливает в бедренную вену два длинных трубчатых катетера, которые трубками соединяются с искусственными жабрами, находящимися в рюкзаке акванавта. Теперь его кровь циркулирует через устройство, которое абсорбирует углекислый газ, на подобии аппарата гемодиализа («искусственной почки»), с той лишь разницей, что там удаляются другие вещества. Водолаз надевает маску и начинает погружение. В воде он подсоединяет рюкзак к винтовой торпеде, которая несет баллон с кислородом и аккумулятор питания для жабр и прочего оборудования – освещения, передвижения, и пр. На глубине примерно 10 м, где давление составляет 2 атмосферы, воздух в маске заменяется ПФУ (в этом растворе можно растворить огромное количество кислорода).
Естественно, если вы попробуете вдохнуть жидкость, то произойдет рефлекторное сжатие гортани и бронхов – этот рефлекс в процессе эволюции выработался для того, чтобы не дать человеку утонуть. Его можно преодолеть с помощью заблаговременного орошения гортани местным анестетиком. Итак, водолаз начал дышать жидкостью ПФУ и его организм обеспечен кислородом, искусственные жабры избавляют кровь от углекислого газа. Однако дышать жидкостью гораздо труднее, ведь это более плотная среда. Поэтому помогает водолазу дышать кираса – специальное устройство, работающее в унисон с диафрагмой и межреберной мускулатурой. Кираса работает по принципу аппарата искусственного дыхания, который помогает коматозным больным дышать, обеспечивая вдох за счет снижения давления на грудную клетку, а выдох из-за сильного давления.
С новой дыхательной системой «кесонка» акванавту не грозит. Он дышит кислородом через раствор и его подъем может происходить быстро. За 10 м до поверхности водолаз переворачивается вниз головой, чтобы под действием гравитации жидкость ушла из легких и он снова смог дышать газом. На поверхности он еще некоторое время получает кислород через маску, пока доктор отключает его искусственные жабры.
Перспективы водолазания
Сегодня с помощью современных устройств, водолазы имеют возможность погружения на глубину максимум 60-70 метров. По словам автора идеи глубоководного дыхания жидкостью Арнольда Ланде, использование его системы позволит погружаться человеку без ущерба для здоровья на целый километр. Кроме того, на морском дне акванавт сможет отсоединяться от торпеды и получать свободу движения для исследовательских или спасательных работ. Но научное изобретение Ланде может применяться не только в водолазании, но и в медицине.
Живи, малыш!
Как известно, в утробе матери плод получает кислород вместе с кровью через пуповину. Поэтому часто у недоношенных детей, появившихся на свет раньше срока, дыхательная система не готова принять на себя функцию, отведенную ей природой. В 1989 году в одной из больниц США профессор Томас Шаффер попытался спасти трех недоношенных новорожденных с легочной недостаточностью и применил жидкостную вентиляцию легких. На некоторое время состояние младенцев улучшилось, но спасти их, к сожалению, не удалось. В 1996 году Шаффер, проведя исследования, повторил попытку применения метода, так как считал его перспективным. Его ожидания оправдались – из 13-ти малюток, не имевших шанса на выживание, выжили семеро. Их и по сей день наблюдает профессор Шаффер, и по его словам, они вполне здоровы и развиваются в соответствии с возрастными нормами.
