"تنفس مایع" تا کنون فقط برای سگ ها مناسب است. جزئیات فیلم

همه چیز به این سادگی که امروز ارائه شد نیست. سگ بیچاره." با این سخنان، کارشناسان در مورد آزمایشی که دیمیتری روگوزین به رئیس جمهور صربستان به عنوان نمونه ای از آخرین پیشرفت های علمی در روسیه نشان داد، اظهار می کنند: سگ قادر بود نه هوا، بلکه مایع را تنفس کند. این فناوری چیست و آیا می تواند به ارتش روسیه کمک کند؟

دیمیتری روگوزین معاون نخست وزیر روز سه شنبه در دیدار با الکساندر ووچیچ رئیس جمهور صربستان در مسکو تعدادی از آخرین تحولات بنیاد تحقیقات پیشرفته روسیه (FPI) را ارائه کرد. روگوزین خاطرنشان کرد که میهمان صربستانی را می توان به تعدادی بزرگ برد بنگاه صنعتی، اما بسیار جالب تر است که "نشان دادن همان فردایی که در آن آرزو داریم". چنین "برجستگی برنامه" یک پروژه منحصر به فرد تنفس مایع بود که برای اولین بار به صورت عمومی نشان داده شد.

همانطور که مدیر پروژه، دکتر نیروی دریایی فئودور آرسنیف، توضیح داد، وظیفه این اختراع نجات خدمه یک زیردریایی در حال مرگ است. همانطور که می دانید، از عمق زیر 100 متر به دلیل بیماری رفع فشار، نمی توان به سرعت به سطح زمین رسید. همانطور که TASS گزارش داد، برای جلوگیری از آن، می توان دستگاهی را با "مایع بدون نیتروژن" روی زیردریایی قرار داد. ریه های یک فرد فشرده نمی شود، که به شما امکان می دهد به سرعت به سطح بروید و فرار کنید.

در مقابل رئیس جمهور صربستان، یک سگ، یک سگ داشوند در یک مخزن مخصوص با مایع قرار داده شد. در عرض چند دقیقه، او به آن عادت کرد و شروع به "تنفس" مایع خود به خود کرد. پس از اینکه کارکنان آزمایشگاه سگ را از مخزن خارج کردند، آن را با حوله خشک کردند و رئیس جمهور صربستان شخصاً توانست صحت سگ را تأیید کند. ووچیچ سگ را نوازش کرد و اعتراف کرد که بسیار تحت تأثیر قرار گرفته است.

رویای "مرد دوزیست"

« تنفس مایعچگونه فن‌آوری پزشکی شامل تهویه ریه‌ها نه با هوا، بلکه با مایع اکسیژن‌دار می‌شود. بخش روابط عمومی بنیاد تحقیقات پیشرفته، در چارچوب این پروژه، یک کار علمی برای بررسی ویژگی‌های تأثیر مواد حامل اکسیژن بر تبادل گاز و سایر عملکردهای سلول‌ها، بافت‌ها و اندام‌های پستانداران حل می‌شود. (FPI) به روزنامه VZGLYAD گفت.

FPI اشاره کرد که یکی از جهت‌ها، شکل‌گیری پایه‌های زیست‌پزشکی فناوری برای تخلیه خود زیردریایی‌ها از اعماق زیاد به سطح است، اما این فناوری به طور کلی می‌تواند به طور قابل‌توجهی اکتشاف انسان در اعماق دریاها و اقیانوس‌ها را که قبلاً کشف نشده بود، پیش ببرد. استدلال می شود که این پیشرفت در پزشکی نیز مورد نیاز خواهد بود - به عنوان مثال، به نوزادان نارس یا افرادی که دچار سوختگی مجرای تنفسی شده اند کمک می کند تا بیرون بیایند و در درمان برونش انسدادی، عفونی و سایر موارد جدی استفاده شود. بیماری ها

لازم به ذکر است که تنفس مایع در نگاه اول یک داستان خارق العاده به نظر می رسد، اما در واقع این کار را انجام داده است. مبنای علمی، و این ایده یک مبنای نظری جدی دارد. به جای اکسیژن، دانشمندان پیشنهاد می کنند از مواد ویژه استفاده کنند ترکیبات شیمیاییکه قادرند اکسیژن و دی اکسید کربن را به خوبی حل کنند.

"تنفس مایع" مدتهاست که یک ایده ثابت برای دانشمندان در سراسر جهان است. دستگاه «مرد دوزیست» توانایی نجات غواصان و زیردریایی ها را دارد و در آینده در پروازهای فضایی طولانی مدت مفید خواهد بود. تحولات در دهه 1970-1980 در اتحاد جماهیر شوروی و ایالات متحده آمریکا انجام شد، آزمایشاتی روی حیوانات انجام شد، اما موفقیت بزرگنتوانست به دست آورد.

عضو مسئول آکادمی علوم طبیعی روسیه، کاندیدای علوم پزشکی آندری فیلیپنکو، که مدتهاست روی یک پروژه تنفس مایع کار می کند، قبلاً به روزنامه Sovershenno Sekretno اعتراف کرد که عملاً هیچ چیز در مورد تحولات به دلیل آنها نمی توان گفت. نزدیکی اما این واقعیت که وسایل نجات اضطراری خدمه به طرز ناامیدکننده ای منسوخ شده و نیاز به نوسازی اولیه دارند با فاجعه زیردریایی کورسک نشان داده شد.

به یاد بیاورید که قبلاً در مورد سایر پروژه های جسورانه FPI گزارش شده بود ، به ویژه ، این یک "سازنده" برای ایجاد هواپیمای آینده است.

احیا باید در طبقه بالا منتظر باشد

این فناوری برای دهه‌ها کامل شده است، اما این به افراد بسیار آموزش دیده نیاز دارد. وقتی این مایع در ریه های انسان ریخته می شود، غریزه حفظ خود به طور خودکار عمل می کند، اسپاسم ها گلو را مسدود می کنند، بدن با تمام قدرت مقاومت می کند. این معمولا تحت نظارت پزشکی انجام می شود. در انسان، چنین آزمایشاتی در موارد جداگانه انجام شد، اما بیشتر آنها بر روی حیوانات انجام شد، "رئیس کمیته تحت دولت فدراسیون روسیه برای کارهای زیر آب به روزنامه VZGLYAD توضیح داد. هدف خاصدر 1992-1994، دکترای علوم فنی، پروفسور، معاون دریاسالار تنگیز بوریسوف.

بوریسوف گفت: "به عنوان یک قاعده، یک لوله مخصوص به حنجره وارد می شود که با کمک آن، ریه ها به آرامی با این مایع پر می شوند."

- در عین حال بدن به هر طریق ممکن مقاومت می کند، به داروهایی نیاز داریم که اسپاسم را مسدود کنند، به داروهای بی حس کننده نیاز داریم. همه چیز به این سادگی که امروز ارائه شد نیست. سگ بیچاره."

"اگر فردی از زیردریایی خارج شود، واقعاً از بیماری رفع فشار جلوگیری می کند، اما در هر صورت، زیردریایی ها به تنهایی قادر به فرار نخواهند بود. لازم است: الف) افراد با سواد استثنایی در یک زیردریایی، ب) در بالا، به طور تقریبی، یک تیم احیا باید منتظر باشد که این مایع را از یک فرد خارج کند و او را مجبور به تنفس به روش معمول کند. این کارشناس افزود.

"من فکر می کنم که در پزشکی، زمانی که متخصصان و تعداد زیادی تجهیزات لازم در نزدیکی وجود دارد، پیاده سازی و استفاده از این فناوری در محیط بیمارستان بسیار آسان تر است. اما نجات خدمه یک زیردریایی غرق شده با چنین روش هایی در آینده قابل پیش بینی بسیار بعید است.

زندگی در سیاره ما ظاهراً در آب - در محیطی که ذخایر اکسیژن بسیار کمیاب است - سرچشمه گرفته است. در فشار اتمسفر، میزان اکسیژن هوا در سطح دریا 200 میلی لیتر در لیتر است و کمتر از هفت میلی لیتر اکسیژن در یک لیتر آب سطحی حل می شود.

اولین ساکنان سیاره ما، با سازگاری با محیط آبی، با آبشش نفس کشیدند که هدف آن استخراج حداکثر اکسیژن از آب است.

در طول تکامل، حیوانات بر جو زمین غنی از اکسیژن تسلط یافتند و شروع به تنفس با ریه های خود کردند. عملکرد اندام های تنفسی یکسان باقی مانده است.

هم در ریه ها و هم در آبشش ها، اکسیژن از طریق غشاهای نازک از محیطوارد رگ های خونی می شود و دی اکسید کربن از خون به محیط آزاد می شود. بنابراین، فرآیندهای مشابه در آبشش ها و در ریه ها انجام می شود. این سؤال را ایجاد می کند: آیا حیوانی که دارای ریه است می تواند در یک محیط آبی تنفس کند اگر اکسیژن کافی داشته باشد؟

پاسخ به این سوال به چند دلیل شایسته توجه است. اول، می‌توانیم یاد بگیریم که چرا اندام‌های تنفسی جانوران خشکی‌زی از نظر ساختار با اندام‌های مربوط به حیوانات آبزی تفاوت دارند.

علاوه بر این، پاسخ به این سوال کاملاً کاربردی است. اگر یک فرد آموزش دیده خاص بتواند در محیط آبی تنفس کند، این امر کاوش در اعماق اقیانوس و سفر به سیارات دور را تسهیل می کند. همه اینها مبنایی برای انجام تعدادی آزمایش برای مطالعه امکان تنفس پستانداران خشکی با آب بود.

مشکلات تنفسی در آب

این آزمایش ها در آزمایشگاه های هلند و ایالات متحده آمریکا انجام شد. تنفس آب با دو مشکل اصلی همراه است. یکی قبلاً ذکر شد: در فشار جوی معمولی، اکسیژن بسیار کمی در آب حل می شود.

مشکل دوم این است که آب و خون مایعاتی با خواص فیزیولوژیکی بسیار متفاوت هستند. هنگامی که آب "استنشاق" می شود، می تواند به بافت ریه آسیب برساند و باعث تغییرات کشنده در حجم و ترکیب مایعات در بدن شود.

فرض کنید ما یک محلول ایزوتونیک مخصوص تهیه کرده ایم که در آن ترکیب نمک ها مانند پلاسمای خون است. تحت فشار بالا، محلول با اکسیژن اشباع می شود (غلظت آن تقریباً مشابه هوا است). آیا حیوان در چنین محلولی قادر به تنفس خواهد بود؟

اولین چنین آزمایشاتی در دانشگاه لیدن انجام شد. از طریق یک قفل هوایی شبیه به قایق نجات یک زیردریایی، موش ها به محفظه ای پر از محلول آماده شده مخصوص وارد شدند که با اکسیژن تحت فشار قرار داشت. از طریق دیواره های شفاف محفظه می توان رفتار موش ها را مشاهده کرد.

در لحظات اول، حیوانات سعی کردند خود را به سطح زمین برسانند، اما شبکه سیمی مانع آنها شد. پس از اولین هیجان، موش ها آرام شدند و به نظر نمی رسید در شرایط مشابه رنج چندانی نکشند. آنها حرکات تنفسی آهسته و ریتمیک انجام می دادند، ظاهراً مایع را دم و بازدم می کردند. برخی از آنها ساعت ها در چنین شرایطی زندگی کردند.

مشکل اصلی تنفس آب

پس از یک سری آزمایش‌ها، مشخص شد که عامل تعیین‌کننده طول عمر موش‌ها کمبود اکسیژن نیست (که می‌توان با افزایش فشار جزئی محلول به هر میزان دلخواه وارد محلول شد)، بلکه دشواری دفع کربن است. دی اکسید از بدن به میزان لازم.

موشی که بیشتر زندگی کرد مدت زمان طولانی- 18 ساعت - در محلولی بود که مقدار کمی بافر آلی به نام تری (اکسی متیل) آمینو متان به آن اضافه شد. دومی اثر نامطلوب تجمع دی اکسید کربن در حیوانات را به حداقل می رساند. کاهش دمای محلول به 20 درجه سانتیگراد (تقریباً نیمی از دمای طبیعی بدن یک موش) نیز به افزایش عمر کمک کرد.

در این مورد، این به دلیل کندی کلی در فرآیندهای متابولیک بود.

به طور معمول، یک لیتر هوای بازدم شده توسط یک حیوان حاوی 50 میلی لیتر دی اکسید کربن است. همه چیزهای دیگر برابر هستند (دما، فشار جزئی دی اکسید کربن)، تنها 30 میلی لیتر از این گاز در یک لیتر محلول نمکی حل می شود که از نظر ترکیب نمک با خون یکسان است.

این بدان معناست که برای آزادسازی مقدار مورد نیاز دی اکسید کربن، حیوان باید دو برابر هوا آب استنشاق کند. (اما پمپاژ مایع از طریق عروق برونش به 36 برابر بیشتر انرژی نیاز دارد، زیرا ویسکوزیته آب 36 برابر بیشتر از ویسکوزیته هوا است.)

از این رو واضح است که حتی در صورت عدم حرکت متلاطم مایع در ریه ها، تنفس آب 60 برابر بیشتر از هوای تنفسی به انرژی نیاز دارد.

بنابراین، هیچ چیز شگفت انگیزی در این واقعیت وجود ندارد که حیوانات آزمایشی به تدریج ضعیف شدند، و سپس - به دلیل خستگی و تجمع دی اکسید کربن در بدن - تنفس متوقف شد.

نتایج آزمایش

بر اساس آزمایش های انجام شده، قضاوت در مورد میزان اکسیژن وارد شده به ریه ها، میزان اشباع آن در خون شریانی و میزان تجمع دی اکسید کربن در خون حیوانات غیرممکن بود. به تدریج، ما به یک سری آزمایش های پیشرفته تر نزدیک شدیم.

آنها بر روی سگ ها در یک اتاق بزرگ مجهز به تجهیزات اضافی انجام شد. محفظه با فشار 5 اتمسفر با هوا پر شد. یک حمام نمکی نیز وجود داشت که با اکسیژن اشباع شده بود. یک حیوان آزمایشی در آن غوطه ور شد. قبل از آزمایش، به منظور کاهش نیاز کل اکسیژن بدن، سگ ها بیهوش شدند و تا دمای 32 درجه سانتی گراد خنک شدند.

در حین شیرجه، سگ حرکات تنفسی شدیدی انجام داد. چکه های آب که از سطح بالا می آمد به وضوح نشان می داد که او محلول را از طریق ریه هایش پمپاژ می کند. در پایان آزمایش، سگ از حمام بیرون کشیده شد، آب از ریه‌ها خارج شد و دوباره با هوا پر شدند. از شش حیوان مورد آزمایش، یک حیوان زنده ماند. سگ به مدت 24 دقیقه در آب نفس کشید.

نتایج آزمایش را می توان به صورت زیر فرمول بندی کرد: تحت شرایط خاص، حیواناتی که هوا تنفس می کنند می توانند برای مدت زمان محدودی آب را تنفس کنند. عیب اصلی تنفس در آب، تجمع دی اکسید کربن در بدن است.

در طول آزمایش، فشار خون سگ زنده‌مانده تا حدودی کمتر از حد طبیعی بود، اما ثابت ماند. نبض و تنفس کند اما منظم بود، خون شریانی اشباع از اکسیژن بود. محتوای دی اکسید کربن در خون به تدریج افزایش یافت.

این بدان معناست که فعالیت تنفسی شدید سگ برای حذف مقادیر لازم دی اکسید کربن از بدن کافی نیست.

سری جدیدی از آزمایشات تنفس در آب

در نیویورک دانشگاه دولتیمن به کار با هرمان ران، ادوارد اچ. لانفر و چارلز دبلیو. پاگانلی ادامه دادم. در سری جدیدی از آزمایش‌ها، از ابزارهایی استفاده شد که به دست آوردن داده‌های خاصی در مورد تبادل گازی که در ریه‌های سگ هنگام تنفس مایع رخ می‌دهد، ممکن می‌سازد. مانند قبل، حیوانات محلول نمک اشباع شده با اکسیژن را با فشار 5 اتمسفر تنفس کردند.

ترکیب گاز مایع دم و بازدم در ورودی و خروجی محلول از ریه سگ تعیین شد. مایع غنی از اکسیژن از طریق لوله لاستیکی وارد شده به داخل نای وارد بدن سگ بیهوش شد. جریان توسط یک پمپ شیر تنظیم می شد.

با هر دم، محلول تحت تأثیر جاذبه به داخل ریه ها جاری می شود و در حین بازدم، مایع طبق همان اصل وارد گیرنده مخصوص می شود. مقدار اکسیژن جذب شده در ریه ها و میزان دی اکسید کربن آزاد شده به عنوان اختلاف بین مقادیر مربوطه در حجم مساوی مایع دم و بازدم تعیین شد.

حیوانات خنک نشدند. معلوم شد که در این شرایط، سگ تقریباً همان مقدار اکسیژن را از آب استخراج می کند که معمولاً از هوا انجام می دهد. همانطور که انتظار می رفت، حیوانات دی اکسید کربن کافی را بازدم نکردند، بنابراین محتوای دی اکسید کربن در خون به تدریج افزایش یافت.

در پایان آزمایش که تا چهل و پنج دقیقه به طول انجامید، آب از ریه های سگ از طریق سوراخ مخصوصی در نای خارج شد. ریه ها با چند قسمت هوا پاکسازی شدند. رویه های اضافی برای "احیای" انجام نشد. از هر شانزده سگ، شش سگ بدون هیچ عواقبی از آزمایش جان سالم به در بردند.

تعامل سه عنصر

تنفس ماهی ها و پستانداران بر اساس تعامل پیچیده ای از سه عنصر است:

1) نیازهای بدن به تبادل گاز،

2) خواص فیزیکی محیط و

3) ساختار دستگاه تنفسی.

برای بالا رفتن از یک ارزیابی کاملاً شهودی از اهمیت ساختار اندام ها در فرآیند سازگاری، لازم است همه این تعاملات را به درستی درک کنیم. بدیهی است که چنین سوالاتی باید مطرح شود. چگونه یک مولکول اکسیژن از محیط به خون می رسد؟ مسیر دقیق او چیست؟ پاسخ به این سؤالات بسیار دشوارتر از آن چیزی است که تصور می شود.

هنگامی که قفسه سینه منبسط می شود، هوا (یا آب) وارد ریه های حیوان می شود. برای مایعی که وارد کیسه های هوایی مرزی ریه ها می شود چه می شود؟ بیایید با یک مثال ساده به این پدیده نگاه کنیم.

اگر مقدار کمی جوهر به آرامی از طریق یک سوزن به سرنگی که تا حدی پر از آب است تزریق شود، ابتدا یک جریان نازک در مرکز ظرف تشکیل می دهند. پس از توقف "استنشاق"، جوهر به تدریج در کل حجم آب پخش می شود.

اگر جوهر به سرعت تزریق شود، به طوری که جریان متلاطم باشد، البته اختلاط بسیار سریعتر اتفاق می افتد. بر اساس داده های به دست آمده و همچنین با در نظر گرفتن اندازه لوله های برونش، می توان نتیجه گرفت که جریان هوا یا آب استنشاقی به آرامی و بدون تلاطم وارد کیسه های هوایی می شود.

بنابراین، می توان فرض کرد که وقتی هوای تازه (یا آب) استنشاق می شود، مولکول های اکسیژن ابتدا در مرکز کیسه های هوا (آلوئول ها) متمرکز می شوند. اکنون آنها باید قبل از رسیدن به دیواره هایی که از طریق آن وارد خون می شوند، با انتشار بر فواصل قابل توجهی غلبه کنند.

این فواصل چندین برابر بیشتر از ضخامت غشاهایی است که هوا را از خون در ریه ها جدا می کند. اگر محیطی که باید استنشاق شود هوا باشد، اینطور نیست واجد اهمیت زیاد: اکسیژن به طور مساوی در سراسر آلوئول در میلیونم ثانیه توزیع می شود.

سرعت انتشار گازها در آب 6 هزار برابر کمتر از هوا است. بنابراین، هنگام تنفس با آب، در فشارهای جزئی اکسیژن در نواحی مرکزی و محیطی تفاوت وجود دارد. به دلیل سرعت کم انتشار گازها، فشار اکسیژن در مرکز آلوئول ها با هر چرخه تنفسی بیشتر از دیواره ها می شود. غلظت دی اکسید کربن خروجی از خون در نزدیکی دیواره آلوئول ها بیشتر از مرکز آن است.

تبادل گاز در ریه ها

چنین پیش نیازهای نظری بر اساس مطالعه ترکیب گاز مایع بازدمی در طی آزمایشات روی سگ ها بوجود آمد. آب جاری از ریه های سگ در یک لوله بلند جمع آوری شد.

معلوم شد که در قسمت اول آب، که ظاهراً از قسمت مرکزی آلوئول ها می آمد، اکسیژن بیشتری نسبت به قسمت آخر که از دیواره ها می آمد، وجود داشت. وقتی سگ ها نفس می کشند محیط هواتفاوت قابل توجهی در ترکیب قسمت های اول و آخر هوای بازدمی وجود نداشت.

جالب است بدانید که تبادل گازی که در ریه‌های سگ هنگام تنفس آب رخ می‌دهد بسیار شبیه فرآیندی است که در یک قطره ساده آب هنگام تبادل روی سطح آن اتفاق می‌افتد: اکسیژن - دی اکسید کربن. بر اساس این قیاس، یک مدل ریاضی از ریه ها ساخته شد و کره ای به قطر حدود یک میلی متر به عنوان واحد عملکردی انتخاب شد.

محاسبات نشان داد که ریه‌ها حدود نیم میلیون از این سلول‌های کروی تبادل گاز را تشکیل می‌دهند که در آنها انتقال گاز تنها از طریق انتشار انجام می‌شود. تعداد و اندازه محاسبه‌شده این سلول‌ها با تعداد و اندازه ساختارهای ریوی خاصی به نام «لوبول‌های اولیه» (لوبول‌ها) مطابقت دارد.

ظاهراً این لوبول ها واحدهای عملکردی اصلی ریه ها هستند. به طور مشابه، با دخالت داده‌های آناتومیکی، می‌توان یک مدل ریاضی از آبشش‌های ماهی ساخت که واحدهای مبادله گاز اولیه آن شکل متفاوتی خواهند داشت.

ساختمان مدل های ریاضیاین امکان را فراهم کرد که یک خط مشخص بین اندام های تنفسی پستانداران و ماهی ها ترسیم شود. به نظر می رسد که نکته اصلی در ساختار هندسی سلول های تنفسی نهفته است. این امر به ویژه هنگام مطالعه وابستگی که نیاز ماهی به تبادل گاز و ویژگی های محیط را با شکل اندام های تنفسی ماهی مرتبط می کند آشکار می شود.

معادله ای که این وابستگی را بیان می کند شامل مقادیری مانند در دسترس بودن اکسیژن، یعنی غلظت، سرعت انتشار و حلالیت آن در محیط حیوان است.

حجم هوا یا آب استنشاق شده، تعداد و اندازه سلول های تبادل گاز، میزان اکسیژن جذب شده توسط آنها و در نهایت فشار اکسیژن در خون شریانی. فرض کنید ماهی به عنوان اندام تنفسی آبشش ندارد، بلکه ریه دارد.

با جایگزینی داده های واقعی تبادل گازی که در طول تنفس ماهی رخ می دهد در معادله، متوجه می شویم که ماهی با ریه نمی تواند در آب زندگی کند، زیرا محاسبه عدم وجود کامل اکسیژن در خون شریانی ماهی شما را نشان می دهد. مدل.

این به این معنی است که در این فرض اشتباه وجود دارد، یعنی: شکل انتخابی سلول تبادل گاز نادرست است. ماهی ها به لطف آبشش ها که از صفحات صاف، نازک و متراکم تشکیل شده اند، در آب زندگی می کنند. در چنین ساختاری - برخلاف سلول های کروی ریه ها - مشکل انتشار گازها وجود ندارد.

حیوانی با اندام‌های تنفسی ریه‌مانند تنها زمانی می‌تواند در آب زنده بماند که نیاز به اکسیژن آن بسیار کم باشد. بیایید خیار دریایی را به عنوان مثال در نظر بگیریم.

آبشش‌ها به ماهی‌ها توانایی زندگی در آب را می‌دهند و همین آبشش‌ها به آن‌ها اجازه وجود بیرون از آب را نمی‌دهند. در هوا، آنها تحت تأثیر گرانش فرو می ریزند. کشش سطحی در رابط هوا و آب باعث می‌شود که صفحات آبشش محکم بسته‌شده به هم بچسبند.

سطح کل آبشش های موجود برای تبادل گاز به قدری کاهش می یابد که ماهی با وجود اکسیژن فراوان در هوا نمی تواند نفس بکشد. آلوئول های ریه اولاً توسط قفسه سینه و ثانیاً توسط یک عامل مرطوب کننده آزاد شده در ریه ها از تخریب محافظت می شوند که کشش سطحی را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد.

تنفس پستانداران در آب

بنابراین مطالعه فرآیندهای تنفس پستانداران در آب اطلاعات جدیدی در مورد اصول اساسی تنفس به طور کلی به دست داد. از سوی دیگر، این فرض واقعی وجود داشت که فرد می تواند برای مدت محدودی بدون عواقب مضر مایع تنفس کند. این به غواصان اجازه می دهد تا به اعماق بسیار بیشتری از اقیانوس فرود آیند.

خطر اصلی غواصی در اعماق دریا با فشار آب بر روی سینه و ریه ها مرتبط است. در نتیجه فشار گازها در ریه ها بالا می رود و مقداری از گازها وارد جریان خون می شود که عواقب جدی در پی دارد. در فشارهای بالا، بیشتر گازها برای بدن سمی هستند.

بنابراین ورود نیتروژن به خون غواص از قبل در عمق 30 متری باعث مسمومیت می شود و عملاً او را در عمق 90 متری به دلیل بیهوشی نیتروژن حاصل از آن خارج می کند. (این مشکل را می توان با استفاده از گازهای کمیاب مانند هلیوم که حتی در غلظت های بسیار بالا سمی نیستند حل کرد.)

علاوه بر این، اگر غواص خیلی سریع از عمق به سطح برگردد، گازهای محلول در خون و بافت ها به شکل حباب آزاد می شود و باعث بیماری رفع فشار می شود.

اگر غواص هوا را تنفس نکند، بلکه مایع غنی شده با اکسیژن را تنفس کند، می توان از این خطر جلوگیری کرد. مایع موجود در ریه ها فشار خارجی قابل توجهی را تحمل می کند و حجم آن عملا تغییر نمی کند. در چنین شرایطی، غواصی که تا عمق چند صد متری فرود می‌آید، می‌تواند به سرعت بدون هیچ عواقبی به سطح زمین بازگردد.

به منظور اثبات اینکه بیماری رفع فشار هنگام تنفس آب رخ نمی دهد، آزمایشات زیر در آزمایشگاه من انجام شد. در آزمایش‌هایی که با موشی که مایع تنفس می‌کرد، فشار 30 اتمسفر به مدت سه ثانیه به یک اتمسفر آورده شد. هیچ نشانه ای از بیماری وجود نداشت. این درجه تغییر فشار معادل اثر بلند شدن از عمق 910 متری با سرعت 1100 کیلومتر در ساعت است.

انسان می تواند آب را تنفس کند

تنفس مایع ممکن است برای انسان در سفرهای فضایی آینده مفید باشد. هنگام بازگشت از سیارات دور، به عنوان مثال، از مشتری، نیاز به شتاب های عظیم وجود خواهد داشت که به شما امکان می دهد منطقه جذب سیاره را ترک کنید. این شتاب ها بسیار بیشتر از آن چیزی است که بدن انسان، به ویژه ریه هایی که به راحتی آسیب پذیر هستند، می تواند تحمل کند.

اما اگر ریه ها از مایع پر شود و بدن فضانورد در مایعی با چگالی برابر خون غوطه ور شود، همین بارها کاملاً قابل قبول خواهد بود، همانطور که جنین در مایع آمنیوتیک رحم مادر غوطه ور می شود.

فیزیولوژیست های ایتالیایی رودولف مارگاریا، تی. گوالتروتی و دی اسپینلی چنین آزمایشی را در سال 1958 برپا کردند. استوانه فولادی حاوی موش های باردار از آنجا پرتاب شد ارتفاعات مختلفبر پایه سرب هدف از این آزمایش آزمایش این بود که آیا جنین در برابر کاهش سرعت و ضربه شدید فرود زنده می ماند یا خیر. نرخ کاهش سرعت از عمق فرورفتگی سیلندر به پایه سرب محاسبه شد.

خود حیوانات در طول آزمایش بلافاصله مردند. کالبد شکافی آسیب قابل توجهی به ریه نشان داد. با این حال، جنین های آزاد شده توسط جراحی زنده بودند و به طور طبیعی رشد کردند. جنین که توسط مایع رحم محافظت می شود، می تواند شتاب منفی تا 10 هزار گرم را تحمل کند.

پس از آزمایش هایی که نشان داد حیوانات خشکی می توانند مایع تنفس کنند، منطقی است که چنین امکانی را برای انسان فرض کنیم. ما اکنون شواهد مستقیمی در حمایت از این فرض داریم. به عنوان مثال، ما اکنون از یک روش جدید برای درمان برخی بیماری های ریوی استفاده می کنیم.

این روش شامل شستن یک ریه با محلول نمکی است که ترشحات پاتولوژیک را از آلوئول ها و برونش ها خارج می کند. ریه دوم در اکسیژن گازی تنفس می کند.

موفقیت این عملیات ما را برانگیخت تا آزمایشی را راه اندازی کنیم که برای آن یک غواص عمیق به نام فرانسیس دی فالئیچیک داوطلب شد.

تحت بیهوشی، یک کاتتر دوتایی در نای او قرار داده شد که هر لوله آن به ریه ها می رسید. در دمای طبیعی بدن، هوای یک ریه با محلول نمکی 0.9 درصد جایگزین شد. "چرخه تنفسی" شامل وارد کردن محلول نمکی به ریه و سپس خارج کردن آن بود.

چرخه هفت بار با 500 میلی لیتر محلول برای هر "نفس" تکرار شد. فالیچیک که در تمام طول عمل کاملا هوشیار بود، گفت که تفاوت قابل توجهی بین نور، هوای تنفسی و نور، آب تنفسی مشاهده نکرده است. او همچنین در هنگام ورود و خروج جریان مایع از ریه احساس ناراحتی نکرد.

البته این آزمایش هنوز بسیار دور از تلاش برای انجام فرآیند تنفس با هر دو ریه در آب است، اما نشان داده است که پرکردن ریه های فرد با سالین در صورتی که این روش به درستی انجام شود، آسیب جدی به بافت وارد نمی کند و احساسات ناخوشایند ایجاد نمی کند.

سخت ترین مشکل تنفس آب

احتمالاً سخت ترین مشکلی که باید حل شود، انتشار دی اکسید کربن از ریه ها هنگام تنفس آب است. همانطور که قبلاً گفتیم ویسکوزیته آب حدود 36-40 برابر ویسکوزیته هوا است. این بدان معنی است که ریه ها آب را حداقل چهل برابر کندتر از هوا پمپ می کنند.

به عبارت دیگر، یک غواص جوان سالم که می تواند 200 لیتر هوا در دقیقه تنفس کند، تنها می تواند 5 لیتر آب در دقیقه تنفس کند. کاملاً بدیهی است که با چنین تنفسی، حتی اگر فرد کاملاً در آب غوطه ور باشد، دی اکسید کربن به مقدار کافی آزاد نخواهد شد.

آیا با استفاده از محیطی که دی اکسید کربن در آن بهتر از آب حل می شود، می توان این مشکل را حل کرد؟ در برخی از فلوئوروکربن های مصنوعی مایع، دی اکسید کربن، به عنوان مثال، سه برابر بیشتر از آب، و اکسیژن - 30 برابر حل می شود. لیلاند اس. کلارک و فرانک گولان نشان دادند که موش می تواند در فلورید کربن مایع حاوی اکسیژن در فشار اتمسفر زندگی کند.

نه تنها فلوراید کربن حاوی اکسیژن بیشتری نسبت به آب است، بلکه سرعت انتشار گاز نیز در این محیط چهار برابر بیشتر است. با این حال، حتی در اینجا مشکل کوچک همچنان یک مانع باقی می ماند. توان عملیاتیمایعات از طریق ریه ها: فلوئوروکربن ها حتی چسبناک تر از نمک هستند.

ترجمه از انگلیسی توسط N. Poznanskaya.

اخیراً، شورای علمی و فنی بنیاد دولتی مطالعات پیشرفته "پروژه ای برای ایجاد فناوری برای نجات زیردریایی ها با صعود آزاد با استفاده از روش تنفس مایع" تصویب کرد که باید توسط موسسه پزشکی کار مسکو (در آن زمان) اجرا شود. مدیریت موسسه برای اظهار نظر در دسترس نبود). "آتتیک" تصمیم گرفت تا بفهمد در پس عبارت مرموز "نفس مایع" چه چیزی پنهان شده است.

تنفس مایع در فیلم The Abyss ساخته جیمز کامرون به طرز چشمگیری نشان داده شده است.

درست است، در این شکل، آزمایشاتی بر روی انسان هرگز انجام نشده است. اما به طور کلی دانشمندان از نظر بررسی این موضوع چندان دست کمی از کامرون ندارند.

موش ها مثل ماهی

اولین کسی که نشان داد پستانداران، در اصل، می توانند اکسیژن را نه از مخلوط گازها، بلکه از مایع به دست آورند، یوهانس کیلسترا از مرکز پزشکی دانشگاه دوک (ایالات متحده آمریکا) بود. او به همراه همکارانش در سال 1962 اثر "Mice as fish" (Of mice as fish) را در مجله منتشر کرد. تراکنش های انجمن آمریکایی اندام های داخلی مصنوعی.

کیلسترا و همکارانش موش ها را در آب نمک غوطه ور کردند. محققان به منظور حل کردن اکسیژن کافی برای تنفس در آن، گاز را به مایعی تحت فشار تا 160 اتمسفر - در عمق 1.5 کیلومتری هدایت کردند. موش‌ها در این آزمایش‌ها زنده ماندند، اما نه برای مدت طولانی: اکسیژن کافی در مایع وجود داشت، اما فرآیند نفس کشیدن، کشیدن و بیرون راندن مایع از ریه‌ها نیاز به تلاش زیادی داشت.

"مواد جو"

مشخص شد که لازم است مایعی انتخاب شود که در آن اکسیژن بسیار بهتر از آب حل شود. دو نوع مایع دارای خواص مورد نیاز بودند: روغن های سیلیکونی و پرفلوئوروکربن های مایع. پس از آزمایشات للند کلارک، بیوشیمیدان دانشکده پزشکی دانشگاه آلاباما، در اواسط دهه 1960، مشخص شد که از هر دو نوع مایعات می توان برای رساندن اکسیژن به ریه ها استفاده کرد. در آزمایش‌ها، موش‌ها و گربه‌ها به طور کامل در روغن‌های پرفلوئوروکربن و سیلیکون غوطه‌ور شدند. با این حال، دومی سمی بود - حیوانات آزمایشی اندکی پس از آزمایش مردند. اما پرفلوئوروکربن ها برای استفاده کاملاً مناسب بودند.

پرفلوئوروکربن‌ها برای اولین بار در طول پروژه منهتن سنتز شدند بمب اتمی: دانشمندان به دنبال موادی بودند که در اثر برهمکنش با ترکیبات اورانیوم تجزیه نشوند و با اسم رمز «مواد جو» نامگذاری شدند. آنها برای تنفس مایع بسیار مناسب هستند: "مواد جو" با بافت های زنده تعامل ندارند و گازها از جمله اکسیژن و دی اکسید کربن را در فشار اتمسفر و دمای طبیعی بدن انسان کاملاً حل می کنند.

کیلسترا و همکارانش در حال تحقیق در مورد فناوری تنفس مایع در جستجوی فناوری هستند که به افراد اجازه می دهد بدون ترس از خم شدن، شیرجه بزنند و روی سطح شناور شوند. صعود سریع از اعماق زیاد با عرضه گاز فشرده بسیار خطرناک است: گازها در مایعات تحت فشار بهتر حل می شوند، بنابراین با بالا رفتن غواص، گازهای حل شده در خون، به ویژه نیتروژن، حباب هایی تشکیل می دهند که به رگ های خونی آسیب می زند. نتیجه می تواند غم انگیز و حتی کشنده باشد.

در سال 1977، کیلسترا نظری را به وزارت نیروی دریایی ایالات متحده ارائه کرد و در آن نوشت که طبق محاسبات خود، مرد سالممی تواند در هنگام استفاده از پرفلوئوروکربن ها مقدار مورد نیاز اکسیژن را دریافت کند و بر این اساس، به طور بالقوه امکان استفاده از آنها به جای گاز فشرده وجود دارد. این دانشمند خاطرنشان کرد که چنین فرصتی چشم اندازهای جدیدی را برای نجات زیردریایی ها از زیردریایی های بزرگ باز می کند.

آزمایش بر روی انسان

در عمل، تکنیک تنفس مایع، که در آن زمان تهویه مایع ریه ها نامیده می شد، تنها یک بار، در سال 1989، برای انسان اعمال شد. سپس توماس شفر، متخصص اطفال در دانشکده پزشکی دانشگاه تمپل (ایالات متحده آمریکا) و همکارانش از این روش برای نجات نوزادان نارس استفاده کردند. ریه های جنین در رحم پر از مایع است و زمانی که فردی به دنیا می آید و شروع به تنفس هوا می کند، مخلوطی از موادی به نام سورفکتانت ریوی اجازه نمی دهد که بافت های ریه تا آخر عمر به هم بچسبند. در نوزادان نارس، زمان لازم برای تجمع در مقدار مناسب را ندارد و تنفس نیاز به تلاش بسیار زیادی دارد که مملو از مرگ است. با این حال، در آن زمان، تهویه مایع نوزادان نجات پیدا نکرد: هر سه بیمار به زودی جان خود را از دست دادند، اما این واقعیت غم انگیز به دلایل دیگری نسبت داده شد و نه به ناقص بودن روش.

آزمایش‌های بیشتری بر روی تهویه مایع کامل ریه‌ها، همانطور که این فناوری به روش علمی نامیده می‌شود، روی انسان‌ها انجام نشده است. با این حال، در دهه 1990، محققان این روش را اصلاح کردند و با تهویه جزئی مایع، که در آن ریه ها به طور کامل از مایع پر نمی شود، روی بیماران مبتلا به التهاب شدید ریه آزمایش کردند. اولین نتایج دلگرم کننده به نظر می رسید، اما در نهایت به کاربرد بالینی نرسید - معلوم شد که تهویه معمولی ریه ها با هوا به همان خوبی کار می کند.

ثبت اختراع داستانی

اکنون محققان به ایده استفاده از تهویه کامل مایع بازگشته اند. با این حال، تصویر خارق‌العاده لباس غواصی که در آن شخص به جای مخلوطی از گازها، مایع تنفس می‌کند، با واقعیت فاصله زیادی دارد، اگرچه تخیل عموم و ذهن مخترعان را به هیجان می‌آورد.

بنابراین، در سال 2008، جراح بازنشسته آمریکایی، آرنولد لنده، یک لباس غواصی را با استفاده از فناوری تهویه مایع به ثبت رساند. به جای گاز فشرده، او استفاده از پرفلوئوروکربن ها را پیشنهاد کرد و دی اکسید کربن اضافی که در خون تشکیل می شود باید با استفاده از آبشش های مصنوعی که مستقیماً در ورید فمورال غواص گیر کرده اند، حذف شود. این اختراع پس از اینکه یک نشریه در مورد آن نوشت، شهرت زیادی به دست آورد. ایندیپندنت.

به گفته فیلیپ میشو، متخصص تهویه مایع در دانشگاه شربروک در کانادا، پروژه لنده مشکوک به نظر می رسد. «در آزمایش‌های ما (میشوت و همکارانش آزمایش‌هایی را روی بره‌ها و خرگوش‌هایی با ریه‌های سالم و آسیب‌دیده انجام می‌دهند - تقریباً «تخت زیر شیروانی») روی تنفس کامل مایع، حیوانات تحت بیهوشی هستند و حرکت نمی‌کنند. بنابراین، ما می توانیم تبادل گاز طبیعی را سازماندهی کنیم: تحویل اکسیژن و حذف دی اکسید کربن. برای مردم در فعالیت بدنیمانند شنا و غواصی، رساندن اکسیژن و حذف دی اکسید کربن مشکل ساز خواهد بود، زیرا تولید دی اکسید کربن در چنین شرایطی بالاتر از حد معمول است. این دانشمند همچنین خاطرنشان کرد که فناوری تثبیت "آبشش مصنوعی" در ورید فمورال برای او ناشناخته است.

مشکل اصلی "تنفس مایع"

علاوه بر این، Michaud خود ایده "تنفس مایع" را مشکوک می داند، زیرا عضلات انسان برای "تنفس" با مایع سازگار نیستند، اما سیستم کارآمدپمپ‌هایی که به پمپاژ و خروج مایع از ریه‌های فرد در هنگام حرکت و انجام برخی کارها کمک می‌کنند، هنوز ساخته نشده‌اند.

این محقق معتقد است: "باید نتیجه بگیرم که در مرحله فعلی توسعه فناوری، توسعه لباس غواصی با استفاده از روش تهویه مایع غیرممکن است."

با این حال، کاربرد این فناوری برای اهداف واقعی‌تر دیگر همچنان مورد بررسی قرار می‌گیرد. به عنوان مثال، برای کمک به غرق شدگان، شستن ریه ها در صورت ابتلا به بیماری های مختلف یا کاهش سریع دمای بدن (در موارد احیا در هنگام ایست قلبی در بزرگسالان و نوزادان مبتلا به آسیب مغزی هیپوکسیک-ایسکمیک استفاده می شود).

من حتما 8 بار تماشا کردم. و هر بار من این کار را صرفا برای اهداف سرگرمی و طرح جالببا یک بازی بازیگری شگفت انگیز که به شهادت گروه فیلمبرداری، بازیگران نقش های اصلی را به شدت خسته کرد.

و در آخرین بارفهمیدم که این فیلم چیز بیشتری دارد.

در طول فیلم به ما در مورد تنفس مایع گفته می شود. کاری که در رحم شروع کردیم می تواند ادامه پیدا کند. نکته اصلی وضعیت است.

تمام 7 نمایش برای من فیلم فقط یک فانتزی بود، بازی تخیل فیلمنامه نویس یا کارگردان. در یک صحنه، یک موش در حال تنفس مایع خاصی نشان داده شده است. در دیگری، بادا (شخصیت اد هریس) در لباس فضایی پر از همین مایع است. او را به عمقی می فرستند که هیچ کس در آن نبوده و ریه هایش را با «آب مخصوص» پر می کند، زیرا اکسیژن موجود در بدن انسان در چنین اعماق ربطی ندارد.

ژاک ایو کوستو فرانسوی که حدود شصت سال پیش تجهیزات غواصی را توسعه داد، اصطلاح "آب" و "ریه" را به نام خود معرفی کرد. با این حال، خود فن آوری پر کردن کامل ریه ها با آب (به شکل محلول آب نمک) از انتشار Kylstra J. "A Mouse Like a Fish" شناخته شد - اولین مورد در تنفس مایع که در مورد چنین چیزی صحبت می کند. ایده نجات غواصان او اولین کسی بود که فرود را تا عمق 1000 متری روی پستانداران خشکی (موش) انجام داد و نشان داد که انتقال به تنفس مایع به طور کامل از مرگ ناشی از تشکیل گاز رفع فشار جلوگیری می کند. در اتحاد جماهیر شوروی، این امر در طی تهویه مصنوعی ریه (ALV) با مایع سگ ها در شرایط تقلید از فرودهای غواصی 1000 متر تأیید شد.

کل سیستم تنفس مایع بر اساس فرمول پرفلوئوروکربن است. پرفلوبرون یک مایع شفاف و روغنی با چگالی کم است. اکسیژن بیشتری نسبت به هوا دارد. از آنجایی که این مایع بی اثر است، به ریه ها آسیبی نمی رساند. از آنجایی که نقطه جوش بسیار پایینی دارد، به سرعت و به راحتی از ریه ها خارج می شود.

تولیدکنندگان کمی از این مایعات در بازار جهانی وجود دارد، زیرا توسعه آنها یک محصول جانبی است. پروژه های هسته ای". مایعات با کیفیت پزشکی فقط از چند شرکت جهانی شناخته شده است: DuPont (ایالات متحده آمریکا)، ICI و F2 (بریتانیا)، Elf-Atochem (فرانسه). مایعات پرفلوئوروکربن که از نظر فناوری در مؤسسه شیمی کاربردی سنت پترزبورگ توسعه یافته اند، اکنون در پزشکی و آرایشی پیشرو هستند.

در روسیه با جدیت و بدون خنده در اتاق سیگار به موضوع صعود آزاد از طریق سیستم ویژه تنفس مایع فکر کردند.

از زمان تشکیل فدراسیون روسیه ، توسعه روش تنفس مایع برای نجات زیردریایی ها و همچنین آماده سازی آزمایشات داوطلبانه در سال 2007 بدون کمک هزینه و با هزینه AVF با همکاری St. دانشگاه پزشکی دولتی پترزبورگ. آی پی پاولوف و سایر سازمان ها؛

در حال حاضر، یک دستگاه ویژه غواصی در اعماق دریا به عنوان پروژه ای در چارچوب مفهوم نویسنده نجات سریع زیردریایی ها وجود دارد. بر اساس آن است خواص منحصر به فردغواصان تنفس مایع سریع و مقاوم (در برابر فشار).

آرنولد لنده، جراح سابق و مخترع بازنشسته آمریکایی، حق ثبت اختراع برای لباس غواصی مجهز به سیلندر مایع غنی شده با اکسیژن ویژه به ثبت رساند. به اصطلاح "هوای مایع" از یک سیلندر به کلاه ایمنی غواص می شود، کل فضای اطراف سر را پر می کند، هوا را از ریه ها، نازوفارنکس و گوش جابجا می کند و ریه های انسان را با اکسیژن کافی اشباع می کند. به نوبه خود، دی اکسید کربن که در طول تنفس آزاد می شود، با کمک نوعی آبشش متصل به ورید فمورال غواص خارج می شود. یعنی به خودی خود فرآیند تنفس نیازی نیست - اکسیژن از طریق ریه ها وارد خون می شود و دی اکسید کربن مستقیماً از خون خارج می شود. درست است که چگونه این تراکم ناپذیرترین مایع از سیلندر تامین می شود هنوز کاملاً مشخص نیست ....

اطلاعاتی وجود دارد مبنی بر اینکه آزمایش‌ها روی تنفس در مایعات با قدرت و اصلی انجام می‌شود. و همچنین در روسیه؛

در فیلم «پرتگاه» البته هیچ یک از بازیگران «آب خاصی» دم نزدند. و در یکی از سکانس ها حتی یک جامب کوچک اما بسیار به یاد ماندنی مجاز شد، وقتی باد به عمق فرود آمد، حباب خائنانه ای از دهانش بیرون می آید، که نباید در شرایط تنفس مایع باشد.

بازیگر اد هریس که یکی از نقش های اصلی یعنی نقش باد را ایفا می کرد به دلیل حمله گریه های غیرارادی در راه مجبور شد به نوعی خود را از صحنه خارج کند.. روند ساخت فیلم بسیار طاقت فرسا بود. کامرون خواستار اعتبار استثنایی شد.

تماشای فیلم. آزادانه نفس بکشید و فقط برای عکس گرفتن از پروانه ها کنار جاده بکشید.

از شما برای دسترسی آزاد به برخی از داده ها سپاسگزاریم عضو مسئول آکادمی علوم طبیعی روسیه، Ph.D.A. V. Filippenko.

28 دسامبر 2017

از زمانی که بنیاد مطالعات پیشرفته (FPI) پروژه تنفس مایع را در سال 2016 تایید کرد، عموم مردم علاقه زیادی به موفقیت آن داشتند. نمایش اخیر از قابلیت های این فناوری به معنای واقعی کلمه اینترنت را منفجر کرد. در جلسه ای بین دیمیتری روگوزین، معاون نخست وزیر و الکساندر ووچیچ، رئیس جمهور صربستان، این سگ را به مدت دو دقیقه در یک آکواریوم با مایع مخصوص اشباع شده از اکسیژن غوطه ور کردند. پس از انجام این عمل، سگ به گفته معاون نخست وزیر، زنده و سالم است.

البته شخصاً برای من روشن نیست که چرا انبوهی از کسانی که در شبکه های اجتماعی به سگ ترحم می کنند برای محافظت از آنها عجله نمی کنند ، به عنوان مثال از موش ها و خرگوش ها که معمولاً در موسسات به صورت دسته جمعی می میرند. و همچنین جالب است، آنها فکر می کنند، به عنوان مثال، ملکه نیز ظالم و بی رحم است - او بیش از یک سگ را به نفع بشر اهدا کرد. و اینجا، الف. خوب، ما اصلاً در مورد آن صحبت نمی کنیم.

این مایع چی بود؟ آیا می توان مایع را تنفس کرد؟ و اوضاع در این حوزه از تحقیقات علمی چگونه است؟

برای اینکه روشن شود چرا این کشف یک پیشرفت واقعی نامیده می شود. در اواخر دهه 80، تنفس مایع مورد توجه قرار گرفت علمی تخیلی. قهرمانان فیلم جیمز کامرون کارگردان آمریکایی «The Abyss» از آن استفاده کردند. و حتی در تصویر آن را توسعه تجربی نامیدند.

مدتهاست سعی شده است که به انسان و حیوانات تنفس مایعات آموزش داده شود. اولین آزمایش ها در دهه 60 ناموفق بود، موش های آزمایشی عمر زیادی نداشتند. در انسان، تکنیک تهویه مایع ریه تنها یک بار در ایالات متحده آزمایش شد تا نوزادان نارس را نجات دهد. با این حال، هیچ یک از این سه نوزاد را نمی توان احیا کرد.

سپس از پرفتوران برای رساندن اکسیژن به ریه ها استفاده شد، همچنین از آن به عنوان جایگزین خون استفاده می شود. مشکل اصلی این بود که این مایع به اندازه کافی تصفیه نمی شد. دی اکسید کربن ضعیف در آن حل شده بود و برای تنفس طولانی مدت نیاز به تهویه اجباری ریه ها بود. در حالت استراحت، یک مرد با ساختار متوسط ​​​​قد متوسط ​​باید 5 لیتر مایع در دقیقه از خود عبور می داد، با بار - 10 لیتر در دقیقه. ریه ها برای چنین بارهایی سازگار نیستند. محققان ما موفق به حل این مشکل شدند.

تنفس مایع، تهویه مایع ریه ها - تنفس با کمک مایعی که اکسیژن را به خوبی حل می کند. در حال حاضر، تنها چند آزمایش از چنین فناوری هایی انجام شده است.

تنفس مایع شامل پر کردن ریه ها با مایع اشباع شده با اکسیژن محلول است که به داخل خون نفوذ می کند. مناسب ترین مواد برای این منظور ترکیبات پرفلوئوروکربنی در نظر گرفته می شوند که اکسیژن و دی اکسید کربن را به خوبی حل می کنند، کشش سطحی کمی دارند، بسیار بی اثر هستند و در بدن متابولیزه نمی شوند.

تهویه مایع جزئی ریه ها در حال حاضر در مرحله آزمایشات بالینی برای اختلالات مختلف تنفسی است. چندین روش برای تهویه مایع ریه ها توسعه یافته است، از جمله تهویه با کمک بخارات و آئروسل های پرفلوئوروکربن.

تهویه کامل ریه ها با مایع پر شدن کامل ریه ها با مایع است. آزمایش‌هایی بر روی تهویه مایع کامل ریه‌ها بر روی حیوانات در دهه‌های 1970 و 1980 در اتحاد جماهیر شوروی و ایالات متحده آمریکا انجام شد. به عنوان مثال، در سال 1975 در موسسه جراحی قلب و عروق. A. N. Bakuleva، پروفسور F. F. Beloyartsev، برای اولین بار در کشور، کار بر روی اکسیژن رسانی خارج از ریوی طولانی مدت با استفاده از اکسیژن سازهای فلوروکربن و جایگزینی محیط گازی در ریه ها با پرفلوئوروکربن مایع انجام داد. با این حال، این آزمایش ها هنوز از این مرحله خارج نشده اند. این به دلیل این واقعیت است که ترکیبات مورد مطالعه مناسب برای تهویه مایع ریه ها دارای معایبی هستند که به طور قابل توجهی کاربرد آنها را محدود می کند. به طور خاص، هیچ روشی یافت نشد که بتواند به طور مداوم اعمال شود.

فرض بر این است که تنفس مایع می تواند در غواصی در اعماق دریا، پروازهای فضایی، به عنوان یکی از ابزارها در درمان پیچیده بیماری های خاص استفاده شود.

در فدراسیون روسیه، آندری ویکتوروویچ فیلیپنکو، دانشمند، دکتر، توسعه‌دهنده فناوری و مخترع دستگاه تنفس مایع، درگیر آزمایش‌ها و پیشرفت‌هایی در زمینه تنفس مایع است. پیشرفت های این دانشمند هم در روسیه و هم در خارج از کشور شناخته شده است. فیلیپنکو یک متخصص فعال MD PhD در تنفس مایعات، پاتوفیزیولوژی ریه، پزشکی ترمیمی، آزمایش های فارماکولوژیک و توسعه دستگاه های پزشکی است. تولید بیش از 20 گزارش علمی و فنی و انتشار حدود 30 گزارش مقالات علمیدر مطبوعات روسیه و خارجی. او در کنفرانس های متعددی در مورد تنفس مایع و نجات زیردریایی از جمله در روسیه، آلمان، بلژیک، سوئد، بریتانیای کبیر و اسپانیا سخنرانی کرده است. او دارای گواهی‌های حق چاپ برای روش مکان یابی حباب‌های گاز کاهش فشار و غیره است. در سال 2014، آندری ویکتوروویچ فیلیپنکو قراردادی را با بنیاد تحقیقات پیشرفته امضا کرد که کار با آن تا سال 2016 به طول انجامید.

"دانشمندان موادی را سنتز کرده‌اند که در طبیعت وجود ندارند - پرفلوئوروکربن‌ها، که در آن‌ها نیروهای بین مولکولی آنقدر کوچک هستند که چیزی حدواسط بین مایع و گاز در نظر گرفته می‌شوند. آنها 18 تا 20 برابر بیشتر از آب در خود اکسیژن حل می‌کنند." دکترای علوم پزشکی اوگنی مایوسکی، پروفسور، رئیس آزمایشگاه انرژی سیستم های بیولوژیکی موسسه بیوفیزیک نظری و تجربی آکادمی علوم روسیه، یکی از خالقان پرفتوران، به اصطلاح خون آبی. او از سال 1979 روی کاربردهای پزشکی پرفلوئوروکربن ها کار کرده است.

در فشار جزئی یک جو، تنها 2.3 میلی لیتر اکسیژن در 100 میلی لیتر آب حل می شود. در شرایط مشابه، پرفلوئوروکربن ها می توانند تا 50 میلی لیتر اکسیژن داشته باشند. این باعث می شود آنها به طور بالقوه تنفس کنند.

به عنوان مثال، هنگام غواصی در عمق هر 10 متر، فشار حداقل یک اتمسفر افزایش می یابد، در نتیجه، سینه و ریه ها به حدی کوچک می شوند که تنفس در یک محیط گازی غیرممکن می شود. یک گاز حامل مایع در ریه ها وجود دارد، ضروری است تراکم بیشترنسبت به هوا و حتی آب، آنها قادر به عملکرد خواهند بود. مایوسکی ادامه می دهد: اکسیژن را می توان در پرفلوئوروکربن ها بدون مخلوط نیتروژن حل کرد، نیتروژنی که به وفور در هوا وجود دارد و انحلال آن در بافت ها یکی از مهم ترین علل بیماری رفع فشار هنگام بالا رفتن از عمق است.

اکسیژن از مایعی که ریه ها را پر می کند وارد خون می شود. همچنین می تواند دی اکسید کربن موجود در خون را حل کند.

اصل تنفس مایع توسط ماهی کاملاً تسلط یافته است. آبشش‌های آن‌ها حجم عظیمی از آب را از خود عبور می‌دهند، اکسیژن محلول را می‌گیرند و به خون می‌دهند. انسان فاقد آبشش است و تمام تبادلات گازی از طریق ریه ها صورت می گیرد که مساحت سطح آن حدود 45 برابر سطح بدن است. برای هدایت هوا از طریق آنها، دم و بازدم می کنیم. ماهیچه های تنفسی در این امر به ما کمک می کنند. از آنجایی که پرفلوئوروکربن ها متراکم تر از هوا هستند، تنفس روی سطح با کمک آنها بسیار مشکل ساز است.

این محقق نتیجه گیری می کند: "این علم و هنر انتخاب چنین پرفلوئوروکربن هایی برای تسهیل کار ماهیچه های تنفسی و جلوگیری از آسیب به ریه ها است. تا حد زیادی به مدت زمان فرآیند تنفس مایع بستگی دارد، به این که آیا به صورت نیرومند یا خود به خود اتفاق می افتد." .

با این حال، هیچ مانع اساسی برای تنفس مایع توسط فرد وجود ندارد. اوگنی مایوسکی معتقد است که دانشمندان روسی فناوری نشان داده شده را در چند سال آینده به استفاده عملی خواهند رساند.

از احیا تا نجات زیردریایی ها

دانشمندان در اواسط قرن گذشته شروع به در نظر گرفتن پرفلوئوروکربن ها به عنوان جایگزینی برای مخلوط گازهای تنفسی کردند. در سال 1962، Johannes Kylstra، محقق هلندی، مقاله‌ای با عنوان «موش‌ها به‌عنوان ماهی» منتشر کرد که آزمایشی را با جونده‌ای که در محلول نمکی اکسیژن دار در فشار 160 اتمسفر قرار داده شده بود، توصیف می‌کند. این حیوان به مدت 18 ساعت زنده ماند. سپس Kilstra شروع به آزمایش پرفلوئوروکربن ها کرد و در سال 1966 در بیمارستان کودکان کلیولند (ایالات متحده آمریکا)، فیزیولوژیست Leland C. Clark سعی کرد از آنها برای بهبود تنفس نوزادان مبتلا به فیبروز کیستیک استفاده کند. این یک بیماری ژنتیکی است که در آن کودکی با ریه های توسعه نیافته به دنیا می آید، آلوئول او فرو می ریزد که مانع از تنفس می شود. ریه های چنین بیمارانی با سرم نمکی اکسیژن دار شستشو داده می شود. کلارک تصمیم گرفت که بهتر است این کار را با یک مایع حاوی اکسیژن انجام دهد. این محقق متعاقباً کارهای زیادی برای توسعه تنفس مایع انجام داد.

در اوایل دهه 1970، اتحاد جماهیر شوروی به "تنفس" مایع علاقه مند شد، که عمدتا به دلیل رئیس آزمایشگاه موسسه تحقیقاتی انتقال خون لنینگراد، زویا الکساندرونا چاپلیگینا بود. این موسسه یکی از رهبران پروژه ایجاد جایگزین های خون - حامل های اکسیژن بر اساس امولسیون های پرفلوئوروکربن ها و محلول های هموگلوبین اصلاح شده است.

فلیکس بلوارتسف و خالد خاپی فعالانه روی استفاده از این مواد برای شستن ریه ها در موسسه جراحی قلب و عروق کار کردند.

اوگنی مایوسکی به یاد می آورد: "در آزمایش های ما، ریه های حیوانات کوچک تا حدودی آسیب دیدند، اما همه آنها زنده ماندند."

سیستم تنفسی با کمک مایع در یک موضوع بسته در موسسات لنینگراد و مسکو و از سال 2008 - در گروه آیرودینامیک دانشگاه هوافضای دولتی سامارا توسعه یافت. آنها کپسولی از نوع "پری دریایی" برای تمرین تنفس مایع در صورت نجات اضطراری غواصان از اعماق زیاد ساختند. از سال 2015، توسعه در سواستوپل با موضوع Terek آزمایش شده است که توسط FPI پشتیبانی می شود.

میراث پروژه هسته ای

پرفلوئوروکربن ها (پرفلوئوروکربن ها) ترکیبات آلی هستند که در آن تمام اتم های هیدروژن با اتم های فلوئور جایگزین می شوند. این با پیشوند لاتین "per-" به معنای کامل بودن، یکپارچگی تاکید می شود. این مواد در طبیعت یافت نمی شوند. سعی شد در آنها سنتز شوند اواخر نوزدهمقرن، اما واقعا تنها پس از جنگ جهانی دوم، زمانی که آنها برای صنعت هسته ای مورد نیاز بودند، موفق شدند. تولید آنها در اتحاد جماهیر شوروی توسط آکادمیسین ایوان لودویگوویچ کنونیانتز، بنیانگذار آزمایشگاه ترکیبات آلی فلوئور در مؤسسه اکولوژی اقتصادی آکادمی علوم روسیه تأسیس شد.

پرفلوئوروکربن ها در فناوری به دست آوردن اورانیوم غنی شده مورد استفاده قرار گرفتند. در اتحاد جماهیر شوروی، بزرگترین سازنده آنها موسسه دولتیشیمی کاربردی در لنینگراد مایوسکی می گوید در حال حاضر آنها در Kirovo-Chepetsk و Perm تولید می شوند.

از نظر خارجی، پرفلوئوروکربن های مایع شبیه آب هستند، اما به طور قابل توجهی متراکم تر هستند. آنها با قلیاها و اسیدها واکنش نمی دهند، اکسید نمی شوند و در دمای بالای 600 درجه تجزیه می شوند. در واقع، آنها از نظر شیمیایی ترکیبات بی اثر در نظر گرفته می شوند. با توجه به این خواص، از مواد پرفلوئوروکربن در احیا و پزشکی احیا کننده استفاده می شود.

"چنین عملی وجود دارد - شستشوی برونش، زمانی که فردی تحت بیهوشی با یک ریه و سپس دیگری شسته می شود. در اوایل دهه 80، همراه با جراح ولگوگراد A.P. Savin، به این نتیجه رسیدیم که این روش بهتر است با انجام شود. پرفلوئوروکربن به شکل امولسیون،" - اوگنی مایفسکی مثالی ارائه می دهد.

این مواد به طور فعال در چشم پزشکی، برای تسریع بهبود زخم، در تشخیص بیماری ها از جمله سرطان استفاده می شود. AT سال های گذشتهروش تشخیص NMR با استفاده از پرفلوئوروکربن ها در خارج از کشور در حال توسعه است. در کشور ما، این مطالعات با موفقیت توسط تیمی از دانشمندان دانشگاه دولتی مسکو انجام می شود. M. V. Lomonosov تحت هدایت آکادمیک الکسی خوخلوف، INEOS، ITEB RAS و IEP (Serpukhov).

غیرممکن است به این واقعیت اشاره نکنیم که از این مواد برای ساخت روغن ها، روان کننده های سیستم هایی که در دماهای بالا کار می کنند، از جمله موتورهای جت استفاده می شود.

منابع: