Нелегкі легені. Люди як риби: чи можна дихати рідиною

Російський фонд перспективних досліджень почав випробовувати на собаках технологію рідинного диханнядля підводників.

Про це розповів заступник гендиректора Фонду Віталій Давидов. За його словами, вже тривають натурні випробування.

В одній з його лабораторій ведуться роботи з рідинного дихання. Поки що експерименти проводять над собаками. При нас руду таксу занурили у велику колбу з водою мордою вниз. Здавалося б, навіщо над твариною знущатися, зараз же захлинеться. Та ні. Вона просиділа під водою 15 хвилин. А рекорд – 30 хвилин. Неймовірно. Виявляється, легкі собаки заповнилися рідиною, насиченою киснем, що дало можливість дихати під водою. Коли її витягли, вона була трохи млява - кажуть, через переохолодження (а я думаю, кому сподобається під водою у банку у всіх на очах стирчати), але за кілька хвилин стала цілком собі. Незабаром досліди проводитимуть на людях, - розповідає журналіст. Російської газетиІгор Черняк, який став очевидцем незвичайних випробувань.

Все це було схоже на фантастичний сюжет знаменитого фільму "Безодня", де на величезну глибину людина могла спуститися в скафандрі, шолом якого був заповнений рідиною. Нею підводник і дихав. Наразі це вже не фантастика.

Технологія рідинного дихання передбачає заповнення легень спеціальною рідиною, насиченою киснем, який проникає у кров. Фонд перспективних досліджень схвалив реалізацію унікального проекту, веде НДІ медицини праці. Планується створити спеціальний скафандр, який стане в нагоді не тільки підводникам, а й льотчикам, а також космонавтам.

Як розповів кореспондентові ТАРС Віталій Давидов, для собак створили спеціальну капсулу, яку занурювали у гідрокамеру із підвищеним тиском. На даний момент собаки можуть без наслідків для здоров'я більше ніж півгодини дихати на глибині до 500 метрів. "Всі собаки-випробувачі вижили і почуваються після тривалого рідинного дихання добре", - запевнив заступник голови ФПІ.

Мало хто знає, що досліди щодо рідинного дихання на людях у нашій країні вже проводилися. Дали чудові результати. Акванавти дихали рідиною на глибині півкілометра і більше. От тільки народ про своїх героїв так і не дізнався.

У 1980-х роках у СРСР розробили та почали здійснювати серйозну програму з порятунку людей на глибині.

Проектувалися і навіть вводилися в дію спеціальні рятувальні підводні човни. Вивчалися можливості адаптації людини до глибин сотні метрів. Причому перебувати на такій глибині акванавт повинен був не у важкому водолазному скафандрі, а в легкому гідрокостюмі, що утеплює, з аквалангами за спиною, рухи його не були нічим стиснуті.

Оскільки людський організм складається майже повністю з води, то йому не небезпечний страшний тиск на глибині саме по собі. Організм треба просто готувати до нього, підвищуючи тиск у барокамері до необхідного значення. Головна проблема в іншому. Чим дихати при тиску в десятки атмосфер? Чисте повітря для організму стає отрутою. Його необхідно розбавляти у спеціально підготовлених газових сумішах, як правило азотно-гелієво-кисневих.

Їхня рецептура - пропорції різних газів - сама велика таємницяу всіх країнах, де йдуть аналогічні дослідження. Але на дуже великій глибині та гелієві суміші не рятують. Легкі, щоб їх не розірвало, мають заповнюватись рідиною. Що являє собою рідина, яка, потрапивши в легені, не призводить до задухи, а передає через альвеоли кисень в організм - таємниця з таємниць.

Тому всі роботи з акванавтами в СРСР, а потім і в Росії велися під грифом "цілком секретно".

Тим не менш, є цілком достовірна інформація про те, наприкінці 1980-х на Чорному морі існувала глибоководна аквастанція, в якій жили і працювали підводники-випробувачі. Вони виходили в море, одягнені лише в гідрокостюми, з аквалангами за спиною, і працювали на глибинах від 300 до 500 метрів. У їхні легені під тиском подавалася спеціальна газова суміш.

Передбачалося, що якщо підводний човен зазнає лиха і ліг на дно, то до нього направлять субмарину-рятівник. Акванавтів заздалегідь підготують до робіт на глибині.

Найважче - зуміти витримати наповнення легенів рідиною і просто не вмерти від страху

І коли рятувальна субмарина підійде до місця лиха, водолази у легкому спорядженні вийдуть в океан, обстежать аварійний човен та допоможуть евакуювати екіпаж за допомогою спеціальних глибоководних апаратів.

До кінця ті роботи довести не вдалося через розпад СРСР. Втім, тих, хто працював на глибині, таки встигли нагородити зірками Героїв Радянського Союзу.

Напевно, навіть найцікавіші дослідження було продовжено вже нашого часу під Санкт-Петербургом з урахуванням однієї з НДІ ВМФ.

Там теж велися досліди щодо газових сумішей для глибоководних досліджень. Але найголовніше, можливо, вперше у світі люди там навчилися дихати рідиною.

За своєю унікальністю ті роботи були набагато складнішими, ніж, припустимо, підготовка астронавтів до польотів на Місяць. Випробувачі зазнавали величезних фізичних та психологічних навантажень.

Спочатку організм акванавтів у повітряній барокамері адаптували до глибини кількох сотень метрів. Потім вони переміщалися в камеру, заповнену рідиною, де занурення тривало до глибин, кажуть майже в кілометр.

Найважче, як розповідають ті, кому довелося поспілкуватися з акванавтами, за їхніми словами, було витримати наповнення легенів рідиною і просто не померти від страху. Це не говорить про боягузтво. Страх захлинутися – природна реакція організму. Могло статися все. Спазм легенів чи судин головного мозку, навіть інфаркт.

Коли ж людина розуміла, що рідина в легенях не несе смерть, а дарує життя на величезній глибині, виникали особливі воістину фантастичні відчуття. Але про них знають лише ті, хто таке занурення пережив.

На жаль, приголомшливі за своєю значимістю роботи були припинені з елементарної причини через брак фінансів. Героям-акванавтам дали звання Героїв Росії та відправили на пенсію. Імена підводників засекречені досі.

Хоча вшановувати їх треба було як перших космонавтів, адже вони проклали шлях у глибинний гідрокосмос Землі.

Наразі експерименти з рідинного дихання відновили, проводять їх на собаках, переважно таксах. Вони теж відчувають стрес.

Але дослідники їх шкодують. Як правило, після підводних експериментів забирають жити до себе додому, де годують смакотою, оточують ласкою та турботою.

Система рідинного дихання, що розробляється Фондом перспективних досліджень (ФПІ), допоможе підводникам швидко підніматися на поверхню без кесонної хвороби. Антропоморфний робот Федір візьме участь у випробуваннях нового російського космічного корабля і допоможе Росатому в утилізації ядерних відходів. Підводний апарат для екстремальних глибин буде випробуваний на дні Маріанської западини. Про проекти ФПІ "Известиям" розповів голова науково-технічної ради фонду Віталій Давидов.

- Скільки проектів реалізовано фондом і які з них ви відзначили б особливо?

У різній стадії виконання ми маємо близько 50 проектів. Ще 25 завершено. Отримані результати передані чи передаються замовникам. Створено демонстраторів технологій, отримано близько 400 результатів інтелектуальної діяльності. Діапазон тематик – від занурення на дно Маріанської западини до космосу.

З реалізованих проектів можна назвати, наприклад, успішно проведені минулого року спільно з провідним підприємством ракетного двигунобудування НВО «Енергомаш» випробування ракетного двигуна детонації. Паралельно вперше у світі фонд отримав стійкий робочий режим демонстратора детонаційного повітряно-реактивного двигуна. Якщо перший призначений для космічної техніки, другий - для авіаційної. Гіперзвукові літальні апарати, що використовують такі системи, зіткнуться з багатьма проблемами. Наприклад, із високими температурами. Фонд знайшов вирішення цих проблем, використавши ефект термоемісії – перетворення теплової енергії на електричну. Фактично ми отримуємо електроенергію для живлення систем апарату та одночасно охолоджуємо елементи планера та двигун.

- Один з найбільш відомих проектівФонду – робот Федір. Його створення завершено?

– Так, роботи по Федору завершено. Наразі йде передача МНС отриманих результатів. Причому виявилось, що вони зацікавили не лише МНС, а й інші міністерства, а також держкорпорації. Багато хто, напевно, чув, що технології Федора будуть використані «Роскосмосом»для створення робота-випробувача, який вирушить у політ на новому російському пілотованому космічному кораблі"Федерація". Великий інтерес до роботи виявив «Росатом». Йому потрібні технології, які забезпечують можливість роботи в умовах, небезпечних для людини. Наприклад, під час утилізації ядерних відходів.

- Чи можна використовувати Федора для порятунку екіпажів підводних човнів, обстеження затонулих кораблів?

Технології, отримані під час створення Федора, можна використовувати різних цілей. Фонд реалізує низку проектів, пов'язаних із підводними безлюдними апаратами. І в принципі технології антропоморфного робота можуть бути в них інтегровані. Зокрема, передбачається створення підводного апарату до роботи на екстремальних глибинах. Ми маємо намір випробувати його в Маріанській западині. При цьому не просто опуститися на дно, як наші попередники, а забезпечити можливість пересування в придонній області та проведення наукових досліджень. Такого ще ніхто не робив.

У США розробляється чотириногий робот для перевезення вантажів BigDog. Чи ведуться у ФПІ аналогічні розробки?

Щодо крокуючих платформ для перенесення вантажів чи боєприпасів, то фонд такої роботи не веде. Але деякі організації, з якими ми співпрацюємо, займалися подібними розробками в ініціативному порядку. Питання, чи потрібен подібний робот на полі бою, залишається відкритим. Найчастіше вигідніше використовувати колісні або гусеничні машини.

- Які робототехнічні платформи створюються у ФПІ, окрім Федора?

В нас розробляється цілий спектр платформ різного призначення. Це і наземні, повітряні, і морські роботи. Виконують завдання розвідки, транспортування вантажів, а також здатні вести бойові дії. Одним з напрямків робіт у цій галузі є визначення зовнішності та відпрацювання способів застосування дронів, включаючи груповий. Думаю, що якщо все йтиме тими ж темпами, вже найближчим часом відбудеться суттєве розширення застосування дронів у тому числі й для вирішення бойових завдань.

– ФПІ розробляє атмосферний супутник «Сова» – великий електролітак. Як тривають його випробування?

-Випробування демонстратора безпілотного апарату "Сова" завершено. Відбувся тривалий політ на висоті близько 20 тис. м. На жаль, апарат потрапив до зони сильної турбулентності та отримав серйозні пошкодження. Але до цього часу ми вже отримали всі необхідні дані, переконалися як у перспективності напряму досліджень, так і правильності обраних конструктивних рішень.. Отриманий досвід буде використаний при створенні та випробуванні повнорозмірного апарату.

Підприємство «Роскосмосу» НУО ім. Лавочкина веде аналогічну розробку – створює атмосферний супутник «Лелека». Ви стежите за розробкою конкурентів?

Ми в курсі цих робіт, підтримуємо зв'язок із розробниками «Лелеки». Йдеться не про конкуренцію, а про взаємне доповнення.

Чи можуть подібні апарати використовуватися в арктичній зоні, де немає зв'язку та інфраструктури для частих злетів-посадок?

Необхідно враховувати, що навесні та восени, а тим більше в умовах полярної ночі «атмосферний супутник» може просто не отримати енергії, необхідної для заряджання батарей. Це обмежує його застосування.

Нещодавно громадськості було продемонстровано технології рідинного дихання – занурення такси у спеціальну насичену киснем рідину. Демонстрація "утоплення" викликала хвилю протестів. Чи триватиме після цього робота у цьому напрямку?

-Роботи з рідинного дихання продовжуються. На основі нашої розробки можуть бути врятовані тисячі життів. І мова йдене тільки про підводників, які завдяки рідинному диханню зможуть без наслідків у вигляді кесонної хвороби оперативно піднятися на поверхню. Є цілий ряд захворювань і травм легень, при лікуванні яких можна досягти успіху за допомогою рідинного дихання. Цікаві перспективи використання технології рідинного дихання для швидкого охолодження організму, коли необхідно уповільнити процеси, що протікають в ньому.Наразі це робиться за рахунок зовнішнього охолодження або введення в кров спеціального розчину. Можна те ж саме, але більш ефективно робити за допомогою заповнення легень охолодженою дихальною сумішшю.

Керівник лабораторії ФПІ зі створення рідинного дихання Антон Тоньшин з таксою на прізвисько Ніколас, за допомогою якої вчені Фонду перспективних досліджень (ФПІ) вивчали можливості рідинного дихання

Слід зазначити, що немає ніякого завдання шкоди здоров'ю тварин, що у даних експериментах. Усі «експериментатори» живі.Частина міститься в лабораторії, де їх стан контролюють. Багато хто став домашніми вихованцями співробітників, але при цьому їх стан також періодично відстежується нашими фахівцями. Результати спостережень свідчать про відсутність негативних наслідківрідинного дихання. Технологія відпрацьована і ми перейшли до створення спеціальних пристроїв для її практичної реалізації.

– Коли перейдете до досліджень рідинного дихання на людях?

Теоретично ми готові до таких експериментів, але для їх початку необхідно Крайній мірістворити та відпрацювати відповідне обладнання.

У свій час ФПІ розробив програмну платформу для проектування різної техніки, покликану замінити іноземний софт. Чи використовується вона десь?

Роботи зі створення єдиного середовища російського інженерного програмного забезпечення «Гербарій» справді завершено. Наразі розглядається питання щодо її використання у «Росатомі» та «Роскосмосі» - для проектування перспективних зразків продукції атомної промисловості, а також ракетно-космічної техніки.

- Чи працює фонд у галузі технологій доповненої реальності?

-Так, фонд веде такі роботи – зокрема спільно з «КамАЗом». Одна з наших лабораторій створила прототип окулярів доповненої реальності, які забезпечують контроль монтажу агрегатів для автомобіля. Програма нагадує, яку деталь потрібно взяти і куди її встановити. Якщо оператор виконує неправильні дії, наприклад, відступає від встановленого порядку складання виробу або неправильно встановлює його елементи, звучить звукове сповіщення про неправильний крок, а на окуляри виводиться інформація про помилку.При цьому факт неправильних дій або навіть їхня спроба фіксується в електронному журналі. У результаті має бути створена система, яка унеможливлює неправильне складання. Надалі ми маємо намір розвивати вказану систему у напрямку мініатюризації, замінити окуляри на більш досконалі пристрої.

Перспективи обчислювальної технікиТепер пов'язують із розвитком квантових комп'ютерів, а захисту - з квантової криптографією. Чи розвиває ФПІ ці напрямки?

Фонд займаємось проблематикою, пов'язаною з квантовими обчисленнями, створенням відповідної елементної бази. Щодо квантового зв'язку, у всіх на слуху досліди китайських колег. Але й ми не стоїмо на місці.

Ще восени 2016 року ФПІ та «Ростелеком» забезпечили квантову передачу інформації з оптико-волоконного кабелю між Ногінськом та Павлівським Посадом. Експеримент пройшов успішно. Сьогодні можна вже поговорити квантовим телефоном. Важливою особливістю квантової передачі є неможливість її перехоплення.

У ході згаданого експерименту квантовий зв'язок був забезпечений на відстані близько 30 км. Технічно немає проблем здійснити її і на більшій дальності. Готуємося провести сеанс зв'язку атмосферним каналом. Проробляємо можливість експерименту із квантового зв'язку з космосу з використанням потенціалу Міжнародної космічної станції.

МОСКВА, 25 грудня - РІА Новини, Тетяна Пічугіна.З того часу, як у 2016 році Фонд перспективних досліджень (ФПІ) схвалив проект рідинного дихання, громадськість жваво цікавиться його успіхами. Нещодавня демонстрація можливостей цієї технології буквально висадила в повітря інтернет. На зустрічі заступника голови уряду Дмитра Рогозіна з президентом Сербії Олександром Вучичем таксу завантажили на дві хвилини в акваріум зі спеціальною рідиною, насиченою киснем. Після процедури собака, за словами віце-прем'єра, живий і здоровий. Що то була за рідину?

"Вчені синтезували неіснуючі в природі речовини — перфторвуглеці, в яких міжмолекулярні сили настільки малі, що їх вважають чимось проміжним між рідиною та газом. Вони розчиняють у собі кисень у 18-20 разів більше, ніж вода", — розповідає доктор медичних наук. Євген Маєвський, професор, завідувач лабораторії енергетики біологічних систем Інституту теоретичної та експериментальної біофізики РАН, один із творців перфторану, так званої блакитної крові. Він працює над медичними додатками перфторвуглеців з 1979 року.

При парціальному тиску в одну атмосферу в 100 мл води розчиняється всього 2,3 мл кисню. За тих же умов перфторвуглеці можуть містити до 50 мл кисню. Це робить їх потенційно придатними для дихання.

"Наприклад, при зануренні на глибину через кожні 10 метрів тиск збільшується як мінімум на одну атмосферу. У результаті грудна клітка і легені стиснуться настільки, що дихати в газовому середовищі стане неможливо. А якщо в легенях знаходиться рідина, що переносить газ, істотно більшої щільності, Чим повітря і навіть вода, то вони зможуть функціонувати. У перфторвуглецях можна розчинити кисень без домішки азоту, якого багато в повітрі та розчинення якого в тканинах є однією з найістотніших причин кесонної хвороби під час підйому з глибини», — продовжує Маєвський.

Кисень надходитиме в кров з рідини, що наповнює легені. У ній може розчинятися переносимий кров'ю вуглекислий газ.

Принцип дихання рідиною чудово освоєно рибами. Їхні зябра пропускають через себе колосальний об'єм води, забирають розчинений там кисень і віддають у кров. У людини немає зябер, а весь газообмін йде через легені, площа поверхні яких приблизно в 45 разів перевищує площу поверхні тіла. Щоб прогнати через них повітря, ми робимо вдих та видих. У цьому нам допомагають дихальні м'язи. Оскільки перфторвуглеці щільніші, ніж повітря, дихати на поверхні з їх допомогою дуже проблематично.

"У цьому і полягають наука і мистецтво підібрати такі перфторвуглеці, щоб полегшити роботу дихальних м'язів і не допустити пошкодження легень. Багато залежить від тривалості процесу дихання рідиною, від того, чи насильно чи спонтанно воно відбувається", - підсумовує дослідник.

Однак принципових перешкод до того, щоб людина дихала рідиною, немає. Євген Маєвський вважає, що продемонстровану технологію російські вчені доведуть до практичного застосуванняу найближчі кілька років.

Від реанімації до порятунку підводників

Вчені стали розглядати перфторвуглеці як альтернативу дихальним газовим сумішам у середині минулого століття. У 1962 році вийшла голландського дослідника Йоханнеса Кілстри (Johannes Kylstra) "Про миші-риби" (Of mice as fish), де описаний досвід з гризуном, поміщеним в насичений киснем сольовий розчин при тиску 160 атмосфер. Тварина залишалася живою протягом 18 годин. Потім Кілстра почав експериментувати з перфторвуглецями, і вже в 1966 році в дитячому госпіталі Клівленда (США) фізіолог Леланд Кларк (Leland C. Clark) спробував застосувати їх, щоб налагодити дихання новонароджених, хворих на муковісцидоз. Це генетичне захворювання, при якому дитина народжується з недорозвиненими легенями, її альвеоли схлопуються, що перешкоджає диханню. Легкі таких пацієнтів промивають фізрозчином, насиченим киснем. Кларк вирішив, що краще робити це кисневмісною рідиною. Цей дослідник згодом багато зробив у розвиток рідинного дихання.

На початку 1970-х "дихальною" рідиною зацікавилися в СРСР, значною мірою завдяки керівнику лабораторії ленінградського НДІ переливання крові Зої Олександрівні Чаплигіної. Цей інститут став одним із лідерів проекту зі створення кровозамінників — переносників кисню на основі емульсій перфторвуглеців та розчинів модифікованого гемоглобіну.

Над застосуванням цих речовин для промивання легень активно працювали в Інституті серцево-судинної хірургії Фелікс Білоярцев та Халід Хапій.

"У наших експериментах у дрібних тварин дещо страждали легені, але всі вони виживали", - згадує Євген Маєвський.

Систему дихання за допомогою рідини розробляли за закритою тематикою в інститутах Ленінграда та Москви, а з 2008 року – на кафедрі аерогідродинаміки Самарського державного аерокосмічного університету. Там зробили капсулу типу "Русалка" для відпрацювання рідинного дихання у разі екстреного порятунку підводників із великої глибини. З 2015 року розробку випробовували в Севастополі на тему "Терек", що підтримується ФПІ.

Спадщина атомного проекту

Перфторвуглеці (перфторвуглеводні) - це органічні сполуки, де всі атоми водню заміщені на атоми фтору. На цьому наголошує латинська приставка "пер-", що означає завершеність, цілісність. Ці речовини не виявлено у природі. Їх намагалися синтезувати ще в наприкінці XIXстоліття, але реально досягли успіху тільки після Другої світової, коли вони знадобилися для атомної промисловості. Їхнє виробництво в СРСР налагодив академік Іван Людвігович Кнунянц, засновник лабораторії фторорганічних сполук в ІНЕОС РАН.

"Перфторвуглеці використовували в технології отримання збагаченого урану. У СРСР їх найбільшим розробником був Державний інститутприкладної хімії у Ленінграді. Нині їх випускають у Кірово-Чепецьку та Пермі», — каже Маєвський.

Зовні рідкі перфторвуглеці виглядають як вода, але відчутно щільніші. Вони не вступають у реакцію з лугами та кислотами, не окислюються, розкладаються при температурі понад 600 градусів. Фактично їх вважають хімічно інертними сполуками. Завдяки цим властивостям перфторвуглецеві матеріали застосовують у реанімаційній та регенеративній медицині.

"Є така операція - бронхіальний лаваж, коли людині під наркозом промивають одну легеню, а потім іншу. На початку 80-х разом з волгоградським хірургом А. П. Савіним ми дійшли висновку, що цю процедуру краще робити перфторвуглецем у вигляді емульсії", - Наводить приклад Євген Маєвський.

Ці речовини активно застосовують в офтальмології, для прискорення загоєння ран при діагностиці захворювань, у тому числі онкологічних. У Останніми рокамиМетод ЯМР-діагностики із застосуванням перфторвуглеців розробляють за кордоном. У нашій країні ці дослідження успішно проводить колектив вчених із МДУ ім. М. В. Ломоносова під керівництвом академіка Олексія Хохлова, ІНЕОС, ІТЕБ РАН та ІІФ (Серпухов).

Не можна не згадати і те, що з цих речовин роблять мастила, мастила для систем, що працюють в умовах високих температур, включаючи реактивні двигуни.

Це вже, напевно, кліше в науковій фантастиці: у костюм або капсулу дуже швидко надходить якась в'язка речовина, і головний геройРаптово собі виявляє, наскільки швидко він втрачає залишки повітря зі своїх легких, яке начинки заповнюються незвичайної рідиною відтінку від лімфи до крові. Зрештою він навіть панікує, але робить кілька інстинктивних ковтків або, швидше, зітхання і з подивом виявляє - він може дихати цією екзотичною сумішшю так, ніби дихає звичайним повітрям.

Чи ми далекі від реалізації ідеї рідинного дихання? Чи можливо дихати рідкою сумішшю, і чи є в цьому реальна потреба?
Існує три перспективні шляхи використання цієї технології: це медицина, пірнання на великі глибини та космонавтика.

Тиск на тіло пірнача зростає з кожними десятьма метрами на одну атмосферу. Через різке зниження тиску може початися кесонна хвороба, при проявах якої розчинені в крові гази починають закипати бульбашками. Також при високому тиску можливі кисневе та наркотичне азотне отруєння. З усім цим борються застосуванням спеціальних дихальних сумішей, але вони не дають жодних гарантій, а лише знижують ймовірність неприємних наслідків. Звичайно, можна використовувати водолазні скафандри, які підтримують тиск на тіло нирця і його дихальної суміші рівно в одну атмосферу, але вони в свою чергу великогабаритні, громіздкі, ускладнюють рух, а також дуже дорогі.

Рідкісне дихання могло б надати третє вирішення цієї проблеми зі збереженням мобільності еластичних гідрокомбінезонів та низьких ризиків жорстких скафандрів. Дихальна рідина на відміну дорогих дихальних сумішей не насичує тіло гелієм чи азотом, тому також відпадає необхідність у повільної декомпресії щоб уникнути кесонної хвороби.

У медицині рідинне дихання можна використовувати при лікуванні недоношених дітей, щоб уникнути пошкодження недорозвинених бронхів легень тиском, об'ємом та концентрацією кисню повітря апаратів штучної вентиляції легень. Підбирати та пробувати різні суміші для забезпечення виживання недоношеного плоду почали вже у 90-х. Можливе використання рідкої суміші при повних зупинках або часткових недостатності дихання.

Космічний політ пов'язаний із великими навантаженнями, а рідини поширюють тиск рівномірно. Якщо людину занурити в рідину, то при перевантаженні тиск йтиме на все його тіло, а не конкретні опори (спинки крісла, ремені безпеки). Такий принцип використовувався при створенні костюма для перевантажень Libelle, який є жорстким скафандром, наповненим водою, що дозволяє пілоту зберігати свідомість і працездатність навіть при перевантаженнях вище 10 g.

Цей метод обмежений різницею щільностей тканин тіла людини і рідиною для занурення, тому межа становить 15-20 g. Але можна піти далі і заповнити легені рідиною, близькою за щільністю до води. Повністю занурений у рідину і дихаючий рідиною космонавт відносно слабко відчуватиме ефект екстремально високих перевантажень, оскільки сили в рідині розподіляються рівномірно у всіх напрямках, але ефект все одно буде через різної щільностітканин його тіла. Межа все одно залишиться, але вона буде високою.

Перші експерименти з рідинного дихання проводилися в 60-х роках минулого століття на лабораторних мишах і щурах, яких змусили вдихати сольовий розчин із високим вмістом розчиненого кисню. Ця примітивна суміш давала тваринам можливість вижити деяку кількість часу, але вона не могла видаляти вуглекислий газ, тому легким тваринам завдавалася непоправна шкода.

Пізніше почалися роботи з перфторвуглецями, і їх перші результати були набагато кращими за результати експериментів із соляним розчином. Перфторвуглеці - це органічні речовини, В яких всі атоми водню заміщені на атоми фтору. Перфторвуглецеві сполуки мають здатність розчиняти як кисень, так і вуглекислий газ, вони дуже інертні, безбарвні, прозорі, не можуть завдати пошкодження тканини легень і не засвоюються організмом.

З того моменту рідини для дихання були покращені, найдосконаліше на даний момент рішення називається перфлуброн або «ліквівент» (комерційна назва). Ця маслоподібна прозора рідина з щільністю вдвічі вищою за щільність води має безліч корисних якостей: вона може нести вдвічі більше кисню, ніж звичайне повітря, має низьку температуру кипіння, тому після використання остаточне її видалення з легень проводиться випаром. Альвеоли під впливом цієї рідини краще відкриваються, і речовина отримує доступ до їхнього вмісту, що покращує обмін газами.

Легкі можуть заповнюватися рідиною повністю, це вимагатиме мембранного оксигенатора, нагріваючого елемента та примусової вентиляції. Але в клінічній практиці найчастіше так не роблять, а використовують рідинне дихання в комбінації зі звичайною газовою вентиляцією, заповнюючи легені перфлуброн лише частково, приблизно на 40% від усього об'єму.

Кадр із фільму Безодня (The Abyss), 1989 рік

Що заважає нам використовувати рідинне дихання? Рідина для дихання в'язка та погано виводить вуглекислий газ, тому знадобиться примусова вентиляція легень. Для видалення вуглекислого газу від звичайної людинимасою 70 кілограмів потрібно потік 5 літрів на хвилину і вище, і це дуже багато з урахуванням високої в'язкості рідин. При фізичних навантаженьвеличина необхідного потоку тільки зростатиме, і навряд чи людина зможе рухати 10 літрів рідини за хвилину. Наші легені просто не створені для дихання рідиною і самі прокачувати такі обсяги не можуть.

Використання позитивних рисрідини для дихання в авіації та космонавтиці теж може назавжди залишитися мрією - рідина в легень для костюма захисту від перевантажень повинна мати щільність води, а перфлуброн вдвічі її важча.

Так, наші легені технічно здатні «дихати» певною багатою киснем сумішшю, але, на жаль, поки що ми можемо це робити лише протягом кількох хвилин, оскільки наші легені не настільки сильні, щоб забезпечувати циркуляцію дихальної суміші тривалі періоди часу. Ситуація може змінитися у майбутньому, залишається лише звернути наші сподівання дослідників у цій галузі.

December 28th, 2017

З того часу, як у 2016 році Фонд перспективних досліджень (ФПІ) схвалив проект рідинного дихання, громадськість жваво цікавиться його успіхами. Нещодавня демонстрація можливостей цієї технології буквально висадила в повітря інтернет. На зустрічі заступника голови уряду Дмитра Рогозіна з президентом Сербії Олександром Вучичем таксу завантажили на дві хвилини в акваріум зі спеціальною рідиною, насиченою киснем. Після процедури собака, за словами віце-прем'єра, живий і здоровий.

Особисто мені звичайно незрозуміло, чому натовпи жаліючих собаку в соцмережах не кидаються захищати, наприклад, мишей і кроликів, які взагалі гинуть пачками в інститутах. А ще цікаво, вони вважають, наприклад, Корольова теж жорстоким і безсердечним - він то не одну собаку подарував на благо людства. А ось, а. Ну гаразд, ми не про це взагалі те.

Що то була за рідину? Чи можна дихати рідиною? І як справи у цій сфері наукових досліджень?

Щоб було зрозуміло, чому відкриття називають справжнім проривом. Ще наприкінці 80-х років рідинне дихання вважалося науковою фантастикою. Ним користувалися герої фільму американського режисера Джеймса Кемерона "Безодня". І навіть у картині воно називалося експериментальною розробкою.

Навчити людину та тварин дихати рідиною намагалися давно. Перші досліди у 60-х були невдалими, піддослідні миші жили дуже недовго. На людях техніку рідинної вентиляції легень перевіряли один раз у США для порятунку недоношених дітей. Однак жодного із трьох немовлят не вдалося реанімувати.

Тоді для доставки кисню в легені використовували перфторан, його ще застосовують як кровозамінники. Основною проблемою було те, що цю рідину не вдавалося достатньо очистити. У ній погано розчинявся вуглекислий газ, і тривалого дихання потрібна була примусова вентиляція легких. У спокої чоловік звичайної комплекції середнього зросту повинен був пропускати через себе 5 літрів рідини за хвилину, при навантаженнях - 10 літрів за хвилину. Легкі для таких навантажень не пристосовані. Нашим дослідникам вдалося вирішити цю проблему.

Рідинне дихання, рідинна вентиляція легень - дихання за допомогою рідини, що добре розчиняє кисень. На даний момент проводилися лише окремі експерименти подібних технологій.

Рідкісне дихання передбачає заповнення легень рідиною, насиченою розчиненим киснем, який проникає в кров. Найбільш підходящими речовинами для цієї мети розглядаються перфторвуглецеві сполуки, що добре розчиняють кисень і вуглекислий газ, мають низький поверхневий натяг, високоінертні, і не метаболізуються в організмі.

Часткова рідинна вентиляція легень у час перебуває у стадії клінічних випробувань при різних порушеннях дихання. Розроблено кілька способів рідинної вентиляції легень, у тому числі вентиляції за допомогою пар та аерозолів перфторвуглеців.

Повна рідинна вентиляція легень полягає у повному заповненні легень рідиною. Експерименти з повної рідинної вентиляції легень проводилися на тваринах у 1970—1980-ті роки у СРСР та. Наприклад, 1975 р. в інституті серцево-судинної хірургії ім. А. Н. Бакульова професор Ф. Ф. Білоярцев вперше в країні виконав роботи з тривалої позалегеневої оксигенації з використанням фторвуглецевих оксигенаторів та щодо заміни газового середовища в легень на рідкий перфторвуглець. Проте, дані експерименти досі не вийшли із цієї стадії. Це пов'язано з тим, що вивчені сполуки, придатні для рідинної вентиляції легень, мають ряд недоліків, які значно обмежують їх застосування. Зокрема, не було знайдено методів, які могли б застосовуватись тривало.

Передбачається, що рідинне дихання може використовуватися при глибоководних зануреннях, космічних польотах, як один із засобів комплексної терапії деяких хвороб.

У РФ експериментами та розробками в галузі рідинного дихання займається вчений, лікар, розробник технології та винахідник апарату "Рідинного дихання" Андрій Вікторович Філіппенко. Розробки вченого відомі як у Росії, так і за кордоном. Філіппенка - чинний кандидат медичних наук, спеціаліст з рідинного дихання, патофізіології легень, відновлювальної медицини, фармакологічних випробувань та розробки медичних приладів. Випустив понад 20 науково-технічних звітів та опублікував близько 30 наукових статейу російській та зарубіжній пресі. Виступав на безлічі конференцій з теми рідинного дихання та порятунку підводників, у тому числі в Росії, Німеччині, Бельгії, Швеції, Великій Британії та Іспанії. Має авторські свідоцтва на метод ультразвукової локації декомпресійних газових бульбашок та ін. У 2014 році Андрій Вікторович Філіппенко уклав договір із Фондом перспективних досліджень, робота з яким тривала аж до 2016 року.

"Наприклад, при зануренні на глибину через кожні 10 метрів тиск збільшується як мінімум на одну атмосферу. У результаті грудна клітка і легені стиснуться настільки, що дихати в газовому середовищі стане неможливо. А якщо в легенях знаходиться рідина, що переносить газ, істотно більшої щільності , Чим повітря і навіть вода, то вони зможуть функціонувати. У перфторвуглецях можна розчинити кисень без домішки азоту, якого багато в повітрі і розчинення якого в тканинах є однією з найістотніших причин кесонної хвороби при підйомі з глибини", - продовжує Маєвський.

Від реанімації до порятунку підводників

Вчені стали розглядати перфторвуглеці як альтернативу дихальним газовим сумішам у середині минулого століття. У 1962 році вийшла стаття голландського дослідника Йоханнеса Кілстри (Johannes Kylstra) "Про миші-риби" (Of mice as fish), де описаний досвід з гризуном, поміщеним в насичений киснем сольовий розчин при тиску 160 атмосфер. Тварина залишалася живою протягом 18 годин. Потім Кілстра почав експериментувати з перфторвуглецями, і вже в 1966 році в дитячому госпіталі Клівленда (США) фізіолог Леланд Кларк (Leland C. Clark) спробував застосувати їх, щоб налагодити дихання новонароджених, хворих на муковісцидоз. Це генетичне захворювання, при якому дитина народжується з недорозвиненими легенями, її альвеоли схлопуються, що перешкоджає диханню. Легкі таких пацієнтів промивають фізрозчином, насиченим киснем. Кларк вирішив, що краще робити це кисневмісною рідиною. Цей дослідник згодом багато зробив у розвиток рідинного дихання.

Спадщина атомного проекту

Перфторвуглеці (перфторвуглеводні) - це органічні сполуки, де всі атоми водню заміщені на атоми фтору. На цьому наголошує латинська приставка "пер-", що означає завершеність, цілісність. Ці речовини не виявлено у природі. Їх намагалися синтезувати ще наприкінці XIX століття, але реально досягли успіху тільки після Другої світової, коли вони знадобилися для атомної промисловості. Їхнє виробництво в СРСР налагодив академік Іван Людвігович Кнунянц, засновник лабораторії фторорганічних сполук в ІНЕОС РАН.

"Перфторвуглеці використовували в технології отримання збагаченого урану. У СРСР їх найбільшим розробником був Державний інститут прикладної хімії в Ленінграді. Нині їх випускають у Кірово-Чепецьку та Пермі", - каже Маєвський.

Ці речовини активно застосовують в офтальмології, для прискорення загоєння ран при діагностиці захворювань, у тому числі онкологічних. В останні роки метод ЯМР-діагностики із застосуванням перфторвуглеців розробляють за кордоном. У нашій країні ці дослідження успішно проводить колектив вчених із МДУ ім. М. В. Ломоносова під керівництвом академіка Олексія Хохлова, ІНЕОС, ІТЕБ РАН та ІІФ (Серпухов).

Джерела: