"Flüssigkeitsatmung" ist bisher nur für Hunde geeignet. Tiefes Atmen
Ich habe es sicher 8 Mal gesehen. Und jedes Mal tat ich es ausschließlich zu Unterhaltungszwecken und interessante Handlung mit einem erstaunlichen Schauspielspiel, das nach Aussage des Filmteams die Darsteller der Hauptrollen stark erschöpft hat.
Und in das letzte Mal Mir wurde klar, dass dieser Film mehr hat.
Während des gesamten Films wird uns über das Einatmen von Flüssigkeit erzählt. Was wir im Mutterleib begonnen haben, kann weitergehen. Die Hauptsache ist die Situation.
Alle 7 Ansichten für mich war der Film nur eine Fantasie, ein Spiel mit der Vorstellungskraft des Drehbuchautors oder Regisseurs. In einer Szene wird eine Maus gezeigt, die eine spezielle Flüssigkeit atmet. Auf der anderen Seite trägt Bada (Ed Harris' Charakter) einen Raumanzug, der mit derselben Flüssigkeit gefüllt ist. Er wird in eine Tiefe geschickt, in der noch niemand war, und füllt seine Lungen mit "speziellem Wasser", weil der Sauerstoff im menschlichen Körper in solchen Tiefen nichts zu tun hat.
Nachdem der Franzose Jacques Yves Cousteau vor etwa sechzig Jahren Tauchausrüstung entwickelt hatte, führte er die Begriffe „Wasser“ und „Lunge“ in seinen Namen ein. Die Technologie, die Lunge vollständig mit Wasser (in Form einer Wasser-Salz-Lösung) zu füllen, wurde jedoch aus der Veröffentlichung von Kylstra J. "A Mouse Like a Fish" bekannt - der ersten in der Flüssigkeitsatmung, die darüber spricht eine Idee, U-Boote zu retten. Er führte als erster Abstiege bis zu einer Tiefe von 1000 m an Landsäugetieren (Mäusen) durch und zeigte, dass der Übergang zur Flüssigkeitsatmung den Tod durch Dekompressionsgasbildung vollständig verhindert. In der UdSSR wurde dies während der künstlichen Lungenbeatmung (ALV) mit der Flüssigkeit von Hunden unter Bedingungen der Nachahmung von Tauchabstiegen von 1000 m bestätigt.
Das gesamte Flüssigkeitsatmungssystem basiert auf der Perfluorcarbon-Formel. Perflubron ist eine klare, ölige Flüssigkeit geringer Dichte. Es enthält mehr Sauerstoff als Luft. Da diese Flüssigkeit inert ist, schadet sie der Lunge nicht. Da es einen sehr niedrigen Siedepunkt hat, wird es schnell und einfach aus der Lunge entfernt;
Es gibt nur wenige Hersteller dieser Flüssigkeiten auf dem Weltmarkt, da ihre Entwicklung ein Nebenprodukt ist " nukleare Projekte". Flüssigkeiten in medizinischer Qualität sind nur von wenigen Weltunternehmen bekannt: DuPont (USA), ICI und F2 (Großbritannien), Elf-Atochem (Frankreich). Perfluorkohlenstoff-Flüssigkeiten, die am St. Petersburger Institut für Angewandte Chemie technologisch entwickelt wurden, sind heute führend in Medizin und Kosmetik;
In Russland dachte man ernsthaft und ohne Glucksen im Raucherzimmer über das Thema des freien Aufstiegs durch ein spezielles System der Flüssigkeitsatmung nach;
Seit der Gründung der Russischen Föderation wurde und wird die Entwicklung einer Flüssigkeitsbeatmungsmethode zur Rettung von U-Booten sowie die Vorbereitung von Freiwilligentests im Jahr 2007 ohne Zuschüsse auf Kosten von AVF in Zusammenarbeit mit St. Petersburger Staatlichen Medizinischen Universität. IP Pavlov und andere Organisationen;
Derzeit existiert ein spezielles Tiefseetauchgerät als Projekt im Rahmen des Konzepts des Autors zur schnellen Rettung von U-Booten. Es basiert auf Einzigartige Eigenschaften schnelle und widerstandsfähige (gegen Druck) Taucher der Flüssigkeitsatmung;
Arnold Lande, ein ehemaliger Chirurg und jetzt pensionierter amerikanischer Erfinder, meldete ein Patent für einen Taucheranzug an, der mit einem Zylinder mit einer speziellen, mit Sauerstoff angereicherten Flüssigkeit ausgestattet war. Die sogenannte "flüssige Luft" wird aus einem Zylinder dem Taucherhelm zugeführt, füllt den gesamten Raum um den Kopf aus, verdrängt Luft aus Lunge, Nasenrachenhöhlen und Ohren und sättigt die menschliche Lunge mit ausreichend Sauerstoff. Kohlendioxid wiederum, das beim Atmen freigesetzt wird, gelangt mit Hilfe einer Art Kiemen, die an der Oberschenkelvene des Tauchers befestigt sind, nach außen. Das heißt, der Atmungsprozess selbst wird einfach nicht benötigt - Sauerstoff gelangt durch die Lunge in das Blut und Kohlendioxid wird direkt aus dem Blut entfernt. Wie diese höchst inkompressible Flüssigkeit aus dem Zylinder zugeführt wird, ist zwar noch nicht ganz klar ...;
Es liegen Informationen vor, dass Versuche zum Einatmen von Flüssigkeiten mit Nachdruck durchgeführt werden. Und auch in Russland;
Im Film "The Abyss" atmete natürlich keiner der Schauspieler "besonderes Wasser". Und in einer der Szenen war sogar ein kleiner, aber sehr einprägsamer Joint erlaubt, als Bud in die Tiefe abstieg, kam eine tückische Blase aus seinem Mund, ... die nicht unter Bedingungen der Flüssigkeitsatmung sein sollte;
Schauspieler Ed Harris, der eine der Hauptrollen spielte, die Rolle des Bud, musste irgendwie auf dem Weg von den Dreharbeiten wegen eines Anfalls von unfreiwilligem Weinen anhalten.. So anstrengend war der Prozess des Filmens. Cameron forderte außergewöhnliche Glaubwürdigkeit.
Filme schauen. Atmen Sie frei und ziehen Sie über den Straßenrand, nur um Schmetterlinge zu fotografieren.
Vielen Dank für den offenen Zugang zu einigen Daten Korrespondierendes Mitglied der Russischen Akademie der Naturwissenschaften, Ph.D.A. W. Filippenko.
Kürzlich genehmigte der Wissenschaftlich-Technische Rat der State Foundation for Advanced Study ein „Projekt zur Schaffung einer Technologie zur Rettung von U-Booten durch freien Aufstieg mit der Flüssigkeitsatmungsmethode“, das vom Moskauer Institut für Arbeitsmedizin (damals) umgesetzt werden sollte Schriftlich war die Institutsleitung für eine Stellungnahme nicht erreichbar). "Attic" beschloss herauszufinden, was sich hinter dem mysteriösen Ausdruck "flüssiger Atem" verbirgt.
Flüssiges Atmen wird am eindrucksvollsten in James Camerons The Abyss gezeigt.
Zwar wurden in dieser Form noch nie Versuche am Menschen durchgeführt. Aber im Allgemeinen sind Wissenschaftler Cameron in Bezug auf die Untersuchung dieses Themas nicht viel unterlegen.
Mäuse mögen Fische
Der erste, der zeigte, dass Säugetiere Sauerstoff im Prinzip nicht aus einem Gasgemisch, sondern aus einer Flüssigkeit gewinnen können, war Johannes Kylstra von Ärztezentrum Duke University (USA). Zusammen mit Kollegen veröffentlichte er 1962 das Werk „Mice as fish“ (Von Mäusen als Fisch) in der Zeitschrift Transaktionen der American Society for Artificial Internal Organs.
Kilstra und seine Kollegen tauchten Mäuse in Kochsalzlösung. Um darin genügend Sauerstoff zum Atmen zu lösen, „trieben“ die Forscher das Gas in eine Flüssigkeit unter einem Druck von bis zu 160 Atmosphären – so in 1,5 Kilometer Tiefe. Die Mäuse überlebten diese Experimente, aber nicht sehr lange: Die Flüssigkeit enthielt zwar genügend Sauerstoff, aber das Atmen, Einziehen und Auspressen der Flüssigkeit aus der Lunge erforderte zu viel Kraft.
"Substanz Joe"
Es wurde klar, dass es notwendig war, eine Flüssigkeit zu wählen, in der sich Sauerstoff viel besser löst als in Wasser. Zwei Arten von Flüssigkeiten hatten die erforderlichen Eigenschaften: Silikonöle und flüssige Perfluorkohlenwasserstoffe. Nach Experimenten von Leland Clark, einem Biochemiker an der medizinischen Fakultät der Universität von Alabama, Mitte der 1960er Jahre wurde festgestellt, dass beide Arten von Flüssigkeiten verwendet werden können, um Sauerstoff in die Lunge zu bringen. In den Experimenten wurden Mäuse und Katzen sowohl in Perfluorkohlenstoffe als auch in Silikonöle vollständig eingetaucht. Letzteres stellte sich jedoch als giftig heraus – die Versuchstiere starben kurz nach dem Versuch. Es stellte sich jedoch heraus, dass Perfluorkohlenstoffe für die Verwendung durchaus geeignet sind.
Perfluorkohlenwasserstoffe wurden erstmals während des Manhattan-Projekts synthetisiert, um sie zu erstellen Atombombe: Wissenschaftler suchten nach Substanzen, die bei der Wechselwirkung mit Uranverbindungen nicht zerstört würden, und gingen unter Code Name Joes Sachen. Sie eignen sich sehr gut für die Flüssigkeitsatmung: „Joe-Substanzen“ interagieren nicht mit lebendem Gewebe und lösen Gase, einschließlich Sauerstoff und Kohlendioxid, bei atmosphärischem Druck und perfekt auf normale Temperatur menschlicher Körper.
Kilstra und seine Kollegen haben die Flüssigkeitsatmungstechnologie auf der Suche nach einer Technologie erforscht, die es Menschen ermöglichen würde, ohne Angst vor Krümmungen an die Oberfläche zu tauchen und zu schweben. Ein schneller Aufstieg aus großer Tiefe mit Druckgasversorgung ist sehr gefährlich: Gase lösen sich besser in Flüssigkeiten unter Druck, so dass die im Blut gelösten Gase, insbesondere Stickstoff, beim Auftauchen des Tauchers Blasen bilden, die die Blutgefäße schädigen. Das Ergebnis kann traurig, ja sogar tödlich sein.
1977 reichte Kilstra eine Stellungnahme beim US-Marineministerium ein, in der er schrieb, dass nach seinen Berechnungen ein gesunder Mensch die erforderliche Menge an Sauerstoff mit Perfluorkohlenwasserstoffen erhalten könnte und dementsprechend möglicherweise stattdessen verwendet werden könnten komprimiertes Gas. Der Wissenschaftler wies darauf hin, dass eine solche Gelegenheit neue Perspektiven für die Rettung von U-Booten vor großen eröffnet.
Experimente am Menschen
In der Praxis wurde die Technik der Flüssigkeitsbeatmung, die damals als Flüssigkeitsbeatmung der Lunge bezeichnet wurde, nur einmal im Jahr 1989 beim Menschen angewendet. Dann nutzten Thomas Shaffer, ein Kinderarzt an der Temple University School of Medicine (USA), und seine Kollegen diese Methode, um Frühgeborene zu retten. Die Lungen eines Fötus im Mutterleib sind mit Flüssigkeit gefüllt, und wenn eine Person geboren wird und beginnt, Luft zu atmen, verhindert ein Stoffgemisch namens Lungensurfactant, dass das Lungengewebe für den Rest seines Lebens zusammenklebt. Bei Frühgeborenen hat es keine Zeit, sich in der richtigen Menge anzusammeln, und das Atmen erfordert sehr große Anstrengungen, was mit vielen Problemen verbunden ist tödlicher Ausgang. Die Flüssigkeitsbeatmung der Säuglinge rettete damals jedoch nicht: Alle drei Patienten starben bald, aber diese traurige Tatsache wurde anderen Gründen zugeschrieben und nicht der Unvollkommenheit der Methode.
Weitere Experimente zur totalen Flüssigkeitsbeatmung der Lunge, wie diese Technologie wissenschaftlich genannt wird, wurden am Menschen nicht durchgeführt. In den 1990er-Jahren modifizierten Forscher die Methode jedoch und experimentierten mit einer partiellen Flüssigkeitsbeatmung, bei der die Lunge nicht vollständig mit Flüssigkeit gefüllt wird, an Patienten mit schwerer Lungenentzündung. Die ersten Ergebnisse sahen ermutigend aus, erreichten aber letztlich keine klinische Anwendung – es stellte sich heraus, dass die konventionelle Beatmung der Lunge mit Luft genauso gut funktioniert.
Erfindungspatent
Forscher sind nun auf die Idee zurückgekehrt, eine vollständige Flüssigkeitsbeatmung zu verwenden. Das fantastische Bild eines Taucheranzugs, in dem eine Person anstelle eines speziellen Gasgemischs Flüssigkeit einatmet, ist jedoch weit von der Realität entfernt, obwohl es die Fantasie der Öffentlichkeit und die Köpfe der Erfinder anregt.
Im Jahr 2008 patentierte der pensionierte amerikanische Chirurg Arnold Lande einen Taucheranzug mit Flüssigkeitsbeatmungstechnologie. Anstelle von komprimiertem Gas schlug er die Verwendung von Perfluorkohlenwasserstoffen vor, und das überschüssige Kohlendioxid, das sich im Blut bilden würde, sollte mit künstlichen Kiemen entfernt werden, die direkt in die Oberschenkelvene des Tauchers „gesteckt“ würden. Die Erfindung erlangte einige Bekanntheit, nachdem eine Veröffentlichung darüber geschrieben hatte. Der Unabhängige.
Laut Philippe Micheau, einem Spezialisten für Flüssigkeitsbeatmung an der Universität von Sherbrooke in Kanada, sieht Landes Projekt zweifelhaft aus. „In unseren Experimenten (Michot und seine Kollegen führen Experimente an Lämmern und Kaninchen mit gesunder und geschädigter Lunge – ca. „Dachboden“) zur Gesamtflüssigkeitsatmung durch, stehen die Tiere unter Narkose und bewegen sich nicht. Daher können wir den normalen Gasaustausch organisieren: Zufuhr von Sauerstoff und Entfernung von Kohlendioxid. Für Menschen bei körperlicher Aktivität wie Schwimmen und Tauchen wird die Zufuhr von Sauerstoff und die Entfernung von Kohlendioxid ein Problem sein, da die Produktion von Kohlendioxid unter solchen Bedingungen über dem Normalwert liegt “, kommentierte Michaud. Der Wissenschaftler bemerkte auch, dass ihm die Technologie zur Fixierung "künstlicher Kiemen" in der Oberschenkelvene unbekannt sei.
Das Hauptproblem der "Flüssigkeitsatmung"
Darüber hinaus hält Michaud die Idee der „Flüssigkeitsatmung“ für zweifelhaft, da die menschlichen Muskeln nicht zum „Atmen“ mit Flüssigkeit geeignet sind, sondern ein effektives Pumpensystem, das dabei helfen würde, Flüssigkeit aus der Lunge einer Person zu pumpen und zu pumpen, wenn sie sich bewegt und etwas funktioniert, wurde noch nicht entwickelt.
„Dazu muss ich schließen gegenwärtige Stufe Technologieentwicklung ist es unmöglich, einen Taucheranzug mit der Methode der Flüssigkeitsbeatmung zu entwickeln “, glaubt der Forscher.
Die Anwendung dieser Technologie wird jedoch weiterhin für andere, realistischere Zwecke erforscht. Zum Beispiel, um Ertrunkenen zu helfen, bei verschiedenen Krankheiten die Lunge zu waschen oder die Körpertemperatur schnell zu senken (es wird bei der Wiederbelebung während eines Herzstillstands bei Erwachsenen und Neugeborenen mit hypoxisch-ischämischen Hirnschäden eingesetzt).
Das Flüssigkeitsatmungssystem, das von der Foundation for Advanced Study (FPI) entwickelt wird, wird Tauchern helfen, ohne Dekompressionskrankheit schnell an die Oberfläche zu steigen. Der anthropomorphe Roboter Fedor wird an den Tests eines neuen russischen Raumfahrzeugs teilnehmen und Rosatom beim Recycling helfen Atommüll. Am Grund des Marianengrabens wird ein Tauchboot für extreme Tiefen getestet. Vitaly Davydov, Vorsitzender des Wissenschaftlich-Technischen Rates des Fonds, informierte Izvestiya über die Projekte des FPI.
- Wie viele Projekte wurden vom Fonds umgesetzt und welche möchten Sie hervorheben?
BEIM unterschiedliche Bühnen Wir haben etwa 50 Projekte in Arbeit. Weitere 25 abgeschlossen. Die erzielten Ergebnisse werden weitergegeben bzw. an Kunden weitergegeben. Es wurden Technologiedemonstratoren geschaffen, etwa 400 Ergebnisse der intellektuellen Aktivität sind eingegangen. Die Bandbreite der Themen - vom Tauchen über den Grund des Marianengrabens bis hin zum Weltraum.
Unter den umgesetzten Projekten sind beispielsweise die im vergangenen Jahr gemeinsam mit dem führenden Raketentriebwerksbauunternehmen NPO Energomash erfolgreich durchgeführten Tests eines Raketen-Detonationstriebwerks zu nennen. Gleichzeitig erhielt die Stiftung weltweit zum ersten Mal einen stabilen Betriebsmodus eines Detonationsstrahltriebwerkszünders. Wenn der erste für die Raumfahrttechnik bestimmt ist, dann ist der zweite für die Luftfahrt bestimmt. Hyperschall Flugzeuge Die Verwendung solcher Systeme wird mit vielen Problemen konfrontiert. Zum Beispiel mit hohe Temperaturen. Der Fonds fand eine Lösung für diese Probleme, indem er den Effekt der thermischen Emission – der Umwandlung von thermischer Energie in elektrische Energie – nutzte. Tatsächlich erhalten wir Strom, um die Systeme des Geräts anzutreiben und gleichzeitig die Elemente der Flugzeugzelle und des Triebwerks zu kühlen.
- Eines der bekanntesten Projekte der Stiftung ist der Fedor-Roboter. Ist es fertig?
– Ja, die Arbeit an Fedor ist abgeschlossen. Die Ergebnisse werden nun an das Ministerium für Notsituationen übergeben. Darüber hinaus stellte sich heraus, dass sie nicht nur am Ministerium für Notsituationen, sondern auch an anderen Ministerien sowie staatlichen Unternehmen interessiert waren. Viele haben wahrscheinlich gehört, dass Fedors Technologien von Roscosmos verwendet werden um einen testroboter zu schaffen, der mit einem neuen russischen bemannten fliegen wird Raumschiff"Föderation". Rosatom zeigte großes Interesse an dem Roboter. Er braucht Technologien, die es ermöglichen, unter Bedingungen zu arbeiten, die für Menschen gefährlich sind. Zum Beispiel bei der Entsorgung von Atommüll.
- Kann Fedor verwendet werden, um U-Boot-Besatzungen zu retten oder versunkene Schiffe zu überwachen?
Technologien, die während der Gründung von Fedor erhalten wurden, können für verschiedene Zwecke verwendet werden. Der Fonds führt eine Reihe von Projekten im Zusammenhang mit unbewohnten Unterwasserfahrzeugen durch. Und prinzipiell lassen sich anthropomorphe Robotertechnologien in sie integrieren. Insbesondere, Es ist geplant, ein Unterwasserfahrzeug für den Betrieb in extremen Tiefen zu schaffen. Wir beabsichtigen, es in zu testen Marianengraben. Gleichzeitig ist es nicht einfach, wie unsere Vorgänger auf den Grund zu sinken, sondern die Möglichkeit zu bieten, sich im bodennahen Bereich zu bewegen und wissenschaftliche Forschung zu betreiben. Das hat noch niemand geschafft.
In den USA wird ein vierbeiniger Roboter für den Warentransport BigDog entwickelt. Werden im FPI ähnliche Entwicklungen durchgeführt?
Gehplattformen zum Transport von Fracht oder Munition werden vom Fonds nicht durchgeführt. Aber einige der Organisationen, mit denen wir zusammenarbeiten, haben sich aus eigener Initiative an solchen Entwicklungen beteiligt. Offen bleibt die Frage, ob ein solcher Roboter auf dem Schlachtfeld benötigt wird. In den meisten Fällen ist es rentabler, Rad- oder Kettenfahrzeuge einzusetzen.
- Welche Roboterplattformen werden neben Fedor am FPI erstellt?
Wir entwickeln eine ganze Reihe von Plattformen für unterschiedliche Zwecke. Dies sind Boden, Luft und Meeresroboter. Wahrnehmung der Aufgaben der Aufklärung, des Warentransports sowie der Durchführung von Führungsaufgaben Kampf. Einer der Arbeitsbereiche in diesem Bereich ist die Bestimmung des Auftretens und der Entwicklung von Methoden zum Einsatz von Drohnen, einschließlich Gruppendrohnen. Ich denke, wenn alles im gleichen Tempo weitergeht, wird es in naher Zukunft eine deutliche Ausweitung des Einsatzes von Drohnen geben, auch zur Lösung von Kampfaufträgen.
- FPI entwickelt atmosphärischer Satellit"Owl" - ein großes Elektroflugzeug. Wie laufen seine Tests?
-Demonstrator-Studien unbemanntes Fahrzeug"Eule" abgeschlossen. Ein langer Flug fand in einer Höhe von etwa 20.000 Metern statt.Leider fiel das Gerät in eine Zone starker Turbulenzen und wurde schwer beschädigt. Aber zu diesem Zeitpunkt hatten wir bereits alle notwendigen Daten erhalten, wir waren sowohl von den Aussichten der Forschungsrichtung selbst als auch von der Richtigkeit der gewählten überzeugt konstruktive Lösungen . Die gesammelten Erfahrungen werden bei der Erstellung und Erprobung eines Geräts in voller Größe verwendet.
Unternehmen "Roskosmos" NPO sie. Lavochkina führt eine ähnliche Entwicklung durch - die Schaffung eines atmosphärischen Satelliten "Aist". Verfolgen Sie die Entwicklung der Wettbewerber?
Wir sind uns dieser Arbeiten bewusst und bleiben mit den Entwicklern von Aist in Kontakt. Dabei geht es nicht um Konkurrenz, sondern um Komplementarität.
Können solche Geräte in verwendet werden Arktische Zone wo es keine Kommunikation und Infrastruktur für häufige Starts und Landungen gibt?
Es ist zu bedenken, dass der „atmosphärische Satellit“ im Frühjahr und Herbst und noch mehr während der Polarnacht möglicherweise einfach nicht die zum Laden der Batterien erforderliche Energie erhält. Dies schränkt seine Anwendung ein.
Kürzlich wurden der Öffentlichkeit Flüssigkeitsatmungstechnologien vorgeführt - Dackel werden in eine spezielle sauerstoffreiche Flüssigkeit getaucht. Die Demonstration des „Ertrinkens“ löste eine Protestwelle aus. Wird danach weiter in diese Richtung gearbeitet?
-Die Arbeit an der Flüssigkeitsatmung wird fortgesetzt. Basierend auf unserer Entwicklung können Tausende von Leben gerettet werden. Und wir reden nicht nur um U-Bootfahrer, die dank Flüssigkeitsatmung schnell ohne Folgen in Form einer Dekompressionskrankheit an die Oberfläche steigen können. Es gibt ganze Linie Erkrankungen und Verletzungen der Lunge, bei deren Behandlung mit Hilfe der Flüssigkeitsatmung Erfolge erzielt werden können. Es gibt interessante Perspektiven für den Einsatz der Flüssigkeitsatmungstechnologie zur schnellen Abkühlung des Körpers, wenn es notwendig ist, die darin ablaufenden Prozesse zu verlangsamen. Dies geschieht nun durch externe Kühlung oder durch Einbringen einer speziellen Lösung in das Blut. Sie können das Gleiche tun, aber effektiver, indem Sie die Lungen mit einem gekühlten Atmungsgemisch füllen.
Anton Tonshin, Leiter des FPI-Labors zur Herstellung von Flüssigkeitsatmung, mit einem Dackel namens Nicholas, mit dessen Hilfe Wissenschaftler der Advanced Research Foundation (FPI) die Möglichkeiten der Flüssigkeitsatmung untersuchten
Es sollte beachtet werden, dass die Gesundheit der an diesen Experimenten teilnehmenden Tiere nicht beeinträchtigt wird. Alle "Experimentatoren" leben. Einige von ihnen werden im Labor aufbewahrt, wo ihr Zustand überwacht wird. Viele sind zu Haustieren für Mitarbeiter geworden, aber ihr Zustand wird auch regelmäßig von unseren Spezialisten überwacht. Die Ergebnisse der Beobachtungen weisen auf das Fehlen hin negative Konsequenzen flüssige Atmung. Die Technologie wurde ausgearbeitet, und wir sind zur Schaffung spezieller Geräte für ihre praktische Umsetzung übergegangen.
- Wann werden Sie mit der Untersuchung der Flüssigkeitsatmung beim Menschen beginnen?
Theoretisch sind wir bereit für solche Experimente, aber um sie zu starten, müssen zumindest die entsprechenden Geräte erstellt und ausgearbeitet werden.
Früher entwickelte das FPI eine Softwareplattform für das Design verschiedener Geräte, die dazu bestimmt waren, fremde Software zu ersetzen. Wird es irgendwo verwendet?
Die Arbeiten zur Schaffung einer einheitlichen Umgebung für die russische Engineering-Software „Gerbarium“ sind tatsächlich abgeschlossen. Jetzt wird die Frage seiner Verwendung in Rosatom und Roskosmos geprüft - für die Gestaltung vielversprechender Muster von Produkten der Nuklearindustrie sowie der Raketen- und Weltraumtechnologie.
- Arbeitet der Fonds im Bereich Augmented-Reality-Technologien?
-Ja, der Fonds führt solche Arbeiten durch - insbesondere zusammen mit KamAZ. Eines unserer Labors hat einen Prototyp einer Augmented-Reality-Brille entwickelt, die die Kontrolle über die Montage von Komponenten für ein Auto ermöglicht. Das Programm sagt Ihnen, welches Teil Sie nehmen und wo Sie es installieren müssen. Wenn der Bediener beispielsweise falsche Aktionen ausführt, von der festgelegten Reihenfolge der Montage des Produkts abweicht oder seine Elemente falsch installiert, ertönt eine akustische Benachrichtigung über den falschen Schritt und Informationen über den Fehler werden auf der Brille angezeigt. In diesem Fall wird die Tatsache falscher Aktionen oder sogar ihres Versuchs im elektronischen Journal aufgezeichnet. Dadurch soll ein System geschaffen werden, das eine Fehlmontage ausschließt. In Zukunft wollen wir dieses System in Richtung Miniaturisierung weiterentwickeln, um Brillen durch fortschrittlichere Geräte zu ersetzen.
Die Aussichten der Computertechnologie sind jetzt mit der Entwicklung von Quantencomputern und der Informationssicherheit verbunden - mit der Quantenkryptographie. Entwickelt FPI diese Bereiche?
Die Stiftung befasst sich mit Fragen rund um Quantencomputing, der Schaffung einer geeigneten Elementbasis. Was die Quantenkommunikation angeht, kennt jeder die Erfahrungen chinesischer Kollegen. Aber wir stehen nicht still.
Bereits im Herbst 2016 stellten das FPI und Rostelecom eine Quanteninformationsübertragung über ein Glasfaserkabel zwischen Noginsk und Pavlovsky Posad bereit. Der Versuch war erfolgreich. Heute kann man bereits auf einem Quantentelefon sprechen. Ein wichtiges Merkmal Quantenübertragung von Informationen ist die Unmöglichkeit ihres Abfangens.
Im Verlauf des obigen Experiments wurde eine Quantenkommunikation in einer Entfernung von etwa 30 km bereitgestellt. Technisch gibt es keine Probleme, es zu implementieren längere Reichweite. Wir bereiten uns darauf vor, eine Kommunikationssitzung über den atmosphärischen Kanal durchzuführen. Wir arbeiten an der Möglichkeit eines Experiments zur Quantenkommunikation aus dem Weltraum unter Nutzung des Potenzials der Internationalen Raumstation.
Das Leben auf unserem Planeten entstand offenbar im Wasser – in einer Umgebung, in der die Sauerstoffreserven sehr knapp sind. Bei atmosphärischem Druck beträgt der Sauerstoffgehalt der Luft auf Meereshöhe 200 Milliliter pro Liter, und weniger als sieben Milliliter Sauerstoff sind in einem Liter Oberflächenwasser gelöst.
Die ersten Bewohner unseres Planeten, nachdem sie sich angepasst haben aquatische Umgebung, atmet mit Kiemen, deren Zweck es ist, zu extrahieren Höchstbetrag Sauerstoff aus Wasser.
Im Laufe der Evolution beherrschten Tiere die sauerstoffreiche Landatmosphäre und begannen mit der Lunge zu atmen. Die Funktionen der Atmungsorgane blieben gleich.
Sowohl in die Lunge als auch in die Kiemen dringt Sauerstoff durch dünne Membranen aus Umfeld in die Blutgefäße und Kohlendioxid wird aus dem Blut in die Umgebung freigesetzt. Die gleichen Prozesse finden also in den Kiemen und in der Lunge statt. Dies wirft die Frage auf: Würde ein Tier mit Lungen in einer aquatischen Umgebung atmen können, wenn es genug Sauerstoff enthält?
Die Antwort auf diese Frage verdient aus mehreren Gründen Aufmerksamkeit. Zuerst konnten wir herausfinden, warum Atmungsorgane Landtiere sind in ihrer Struktur so verschieden von den entsprechenden Organen von Wassertieren.
Außerdem ist die Beantwortung dieser Frage von rein praktischem Interesse. Wenn eine speziell ausgebildete Person in der aquatischen Umgebung atmen könnte, würde dies die Erforschung der Tiefen des Ozeans und die Reise zu fernen Planeten erleichtern. All dies diente als Grundlage für den Aufbau einer Reihe von Experimenten zur Untersuchung der Möglichkeit, Landsäugetiere mit Wasser zu atmen.
Probleme mit der Wasseratmung
Die Experimente wurden in den Labors der Niederlande und der USA durchgeführt. Das Atmen von Wasser ist mit zwei Hauptproblemen verbunden. Eines wurde bereits erwähnt: Bei normalem Atmosphärendruck ist zu wenig Sauerstoff im Wasser gelöst.
Das zweite Problem ist, dass Wasser und Blut Flüssigkeiten mit sehr unterschiedlichen physiologischen Eigenschaften sind. Beim „Einatmen“ kann Wasser das Lungengewebe schädigen und zu fatalen Veränderungen des Volumens und der Zusammensetzung von Flüssigkeiten im Körper führen.
Angenommen, wir haben eine spezielle isotonische Lösung hergestellt, in der die Zusammensetzung der Salze dieselbe ist wie im Blutplasma. Unter hohem Druck wird die Lösung mit Sauerstoff gesättigt (seine Konzentration ist ungefähr die gleiche wie in Luft). Kann das Tier eine solche Lösung einatmen?
Die ersten derartigen Experimente wurden an der Universität Leiden durchgeführt. Durch eine Luftschleuse ähnlich dem Rettungsboot eines U-Bootes wurden die Mäuse in eine Kammer eingeführt, die mit einer speziell vorbereiteten Lösung gefüllt war, die mit Sauerstoff unter Druck gesetzt wurde. Durch die transparenten Wände der Kammer konnte das Verhalten der Mäuse beobachtet werden.
In den ersten Augenblicken versuchten die Tiere an die Oberfläche zu gelangen, doch das Drahtgeflecht hinderte sie daran. Nach der ersten Aufregung beruhigten sich die Mäuse und schienen in einer ähnlichen Situation nicht viel zu leiden. Sie machten langsame, rhythmische Atembewegungen und atmeten anscheinend Flüssigkeit ein und aus. Einige von ihnen lebten viele Stunden unter solchen Bedingungen.
Die Hauptschwierigkeit beim Atmen von Wasser
Nach einer Reihe von Experimenten wurde klar, dass der entscheidende Faktor für die Lebensdauer von Mäusen nicht der Mangel an Sauerstoff ist (der durch einfache Erhöhung des Partialdrucks in beliebiger Menge in die Lösung eingebracht werden könnte), sondern die Schwierigkeit, Kohlenstoff auszustoßen Kohlendioxid aus dem Körper im erforderlichen Umfang.
Die Maus, die am längsten lebte – 18 Stunden – befand sich in einer Lösung, der eine kleine Menge eines organischen Puffers, Tris(hydroxymethyl)aminomethan, zugesetzt wurde. Letzteres minimiert die nachteilige Wirkung der Kohlendioxidakkumulation bei Tieren. Auch das Absenken der Temperatur der Lösung auf 20°C (etwa die Hälfte der normalen Körpertemperatur einer Maus) trug zur Lebensverlängerung bei.
In diesem Fall war dies auf eine allgemeine Verlangsamung der Stoffwechselprozesse zurückzuführen.
Typischerweise enthält ein Liter ausgeatmete Luft eines Tieres 50 Milliliter Kohlendioxid. Unter ansonsten gleichen Bedingungen (Temperatur, Partialdruck des Kohlendioxids) lösen sich nur 30 Milliliter dieses Gases in einem Liter einer Kochsalzlösung, die in ihrer Salzzusammensetzung mit dem Blut identisch ist.
Das bedeutet, dass das Tier doppelt so viel Wasser wie Luft einatmen muss, um die erforderliche Menge an Kohlendioxid freizusetzen. (Das Pumpen von Flüssigkeit durch die Bronchialgefäße erfordert jedoch 36-mal mehr Energie, da die Viskosität von Wasser 36-mal höher ist als die Viskosität von Luft.)
Daraus ist ersichtlich, dass das Atmen von Wasser auch ohne turbulente Flüssigkeitsbewegung in der Lunge 60-mal mehr Energie benötigt als das Atmen von Luft.
Daher ist es nicht verwunderlich, dass die Versuchstiere allmählich schwächer wurden und dann - aufgrund von Erschöpfung und Ansammlung von Kohlendioxid im Körper - die Atmung aufhörte.
Versuchsergebnisse
Aufgrund der durchgeführten Experimente war es unmöglich zu beurteilen, wie viel Sauerstoff in die Lunge gelangt, wie gesättigt das arterielle Blut ist und wie hoch die Anreicherung von Kohlendioxid im Blut von Tieren ist. Allmählich näherten wir uns einer Reihe von fortgeschritteneren Experimenten.
Sie wurden an Hunden in einer großen Kammer durchgeführt, die mit ausgestattet war zusätzliche Ausrüstung. Die Kammer wurde mit Luft bei einem Druck von 5 Atmosphären gefüllt. Es gab auch ein Salzbad, das mit Sauerstoff gesättigt war. Ein Versuchstier wurde darin eingetaucht. Vor dem Experiment wurden die Hunde zur Reduzierung des Gesamtkörpersauerstoffbedarfs anästhesiert und auf 32°C gekühlt.
Während des Tauchgangs machte der Hund heftige Atembewegungen. Die Wassertropfen, die von der Oberfläche aufstiegen, zeigten deutlich, dass sie die Lösung durch ihre Lungen pumpte. Am Ende des Experiments wurde der Hund aus dem Bad gezogen, das Wasser aus den Lungen entfernt und sie wieder mit Luft gefüllt. Von den sechs getesteten Tieren überlebte eines. Der Hund atmete das Wasser 24 Minuten lang ein.
Die Ergebnisse des Experiments lassen sich wie folgt formulieren: Tiere, die Luft atmen, können unter bestimmten Bedingungen für einen begrenzten Zeitraum Wasser atmen. Der Hauptnachteil der Wasseratmung ist die Ansammlung von Kohlendioxid im Körper.
Während des Experiments war der Blutdruck des überlebenden Hundes etwas niedriger als normal, blieb aber konstant; Puls und Atmung waren langsam, aber regelmäßig, das arterielle Blut war mit Sauerstoff gesättigt. Der Gehalt an Kohlendioxid im Blut stieg allmählich an.
Dadurch reichte die rege Atemtätigkeit des Hundes nicht aus, um die notwendigen Mengen an Kohlendioxid aus dem Körper zu entfernen.
Eine neue Serie von Wasseratmungsexperimenten
In New York staatliche Universität Ich arbeitete weiterhin mit Herman Raan, Edward H. Lanfear und Charles W. Paganelli zusammen. BEIM Neue Serien In den Experimenten wurden Geräte verwendet, die es ermöglichten, spezifische Daten über den Gasaustausch zu erhalten, der in der Lunge eines Hundes beim Einatmen von Flüssigkeit stattfindet. Wie zuvor atmeten die Tiere eine mit Sauerstoff gesättigte Kochsalzlösung bei einem Druck von 5 Atmosphären ein.
Die Gaszusammensetzung der eingeatmeten und ausgeatmeten Flüssigkeit wurde am Ein- und Austritt der Lösung aus der Lunge von Hunden bestimmt. Die sauerstoffreiche Flüssigkeit gelangte durch einen in die Luftröhre eingeführten Gummischlauch in den Körper des betäubten Hundes. Der Durchfluss wurde durch eine Ventilpumpe reguliert.
Bei jedem Einatmen floss die Lösung unter dem Einfluss der Schwerkraft in die Lunge, und beim Ausatmen trat die Flüssigkeit nach demselben Prinzip in einen speziellen Empfänger ein. Die in der Lunge aufgenommene Sauerstoffmenge und die freigesetzte Kohlendioxidmenge wurden als Differenz der entsprechenden Werte in ermittelt gleiche Volumina eingeatmete und ausgeatmete Flüssigkeit.
Die Tiere wurden nicht gekühlt. Es stellte sich heraus, dass der Hund unter diesen Bedingungen dem Wasser etwa gleich viel Sauerstoff entzieht wie normalerweise der Luft. Da die Tiere erwartungsgemäß nicht genügend Kohlendioxid ausatmeten, stieg der Kohlendioxidgehalt im Blut allmählich an.
Am Ende des Experiments, das bis zu 45 Minuten dauerte, wurde Wasser aus der Lunge des Hundes durch ein spezielles Loch in der Luftröhre entfernt. Die Lungen wurden mit mehreren Portionen Luft gespült. Zusätzliche Verfahren zur "Revitalisierung" wurden nicht durchgeführt. Sechs von sechzehn Hunden überlebten das Experiment ohne erkennbare Folgen.
Zusammenspiel dreier Elemente
Die Atmung von Fischen und Säugetieren basiert auf einem komplexen Zusammenspiel dreier Elemente:
1) die Bedürfnisse des Körpers für den Gasaustausch,
2) physikalische Eigenschaften Umwelt und
3) die Struktur der Atmungsorgane.
Um über eine rein intuitive Einschätzung der Bedeutung der Organstruktur im Anpassungsprozess hinauszukommen, ist es notwendig, all diese Wechselwirkungen genau zu verstehen. Dass solche Fragen gestellt werden sollten, liegt auf der Hand. Wie gelangt ein Sauerstoffmolekül aus der Umgebung ins Blut? Was ist ihr genauer Weg? Die Beantwortung dieser Fragen ist viel schwieriger als man denkt.
Wenn sich der Brustkorb ausdehnt, dringt Luft (oder Wasser) in die Lungen des Tieres ein. Was passiert mit der Flüssigkeit, die in die Randluftsäcke der Lunge gelangt? Betrachten wir dieses Phänomen anhand eines einfachen Beispiels.
Wenn eine kleine Menge Tinte langsam durch eine Nadel in eine teilweise mit Wasser gefüllte Spritze injiziert wird, bilden sie zunächst einen dünnen Strahl in der Mitte des Gefäßes. Nachdem das "Inhalieren" aufhört, verteilt sich die Tinte allmählich über das gesamte Wasservolumen.
Wenn die Tinte schnell eingespritzt wird, so dass die Strömung turbulent ist, erfolgt das Mischen natürlich viel schneller. Anhand der gewonnenen Daten und auch unter Berücksichtigung der Größe der Bronchien kann gefolgert werden, dass der eingeatmete Luft- bzw. Wasserstrom langsam und ohne Turbulenzen in die Luftsäcke eintritt.
Daher ist davon auszugehen, dass beim Einatmen frische Luft(oder Wasser) Sauerstoffmoleküle konzentrieren sich zunächst in der Mitte der Luftsäcke (Alveolen). Nun müssen sie erhebliche Distanzen durch Diffusion überwinden, bevor sie die Wände erreichen, durch die sie ins Blut gelangen.
Diese Abstände sind um ein Vielfaches größer als die Dicke der Membranen, die in der Lunge die Luft vom Blut trennen. Wenn das zu inhalierende Medium Luft ist, ist dies nicht der Fall von großer Wichtigkeit: Sauerstoff wird in Millionstelsekunden gleichmäßig in den Alveolen verteilt.
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Gasen in Wasser ist 6000 Mal geringer als in Luft. Daher gibt es beim Atmen von Wasser einen Unterschied Partialdruck Sauerstoff in den zentralen und peripheren Regionen. Aufgrund der geringen Diffusionsgeschwindigkeit von Gasen wird der Sauerstoffdruck in der Mitte der Alveolen mit jedem Atemzyklus höher als an den Wänden. Die Konzentration des aus dem Blut austretenden Kohlendioxids ist in der Nähe der Wände der Alveolen größer als in der Mitte.
Gasaustausch in der Lunge
Diese theoretischen Voraussetzungen ergaben sich aus der Studie Gaszusammensetzung ausgeatmete Flüssigkeit bei Versuchen an Hunden. Aus den Lungen des Hundes fließendes Wasser wurde in einem langen Rohr gesammelt.
Es stellte sich heraus, dass in der ersten Portion Wasser, die anscheinend aus dem zentralen Teil der Alveolen kam, mehr Sauerstoff enthalten war als in der letzten Portion, die von den Wänden kam. Beim Atmen von Hunden in der Luft wurde kein nennenswerter Unterschied in der Zusammensetzung der ersten und letzten Portionen der ausgeatmeten Luft beobachtet.
Es ist interessant festzustellen, dass der Gasaustausch, der in der Lunge eines Hundes beim Atmen von Wasser stattfindet, dem Prozess sehr ähnlich ist, der in einem einfachen Wassertropfen auftritt, wenn ein Austausch auf seiner Oberfläche stattfindet: Sauerstoff - Kohlendioxid. Basierend auf dieser Analogie wurde ein mathematisches Modell der Lunge gebaut und als funktionelle Einheit eine Kugel mit einem Durchmesser von etwa einem Millimeter gewählt.
Die Berechnung ergab, dass die Lunge aus etwa einer halben Million dieser kugelförmigen Gasaustauschzellen besteht, in denen der Gasaustausch nur durch Diffusion erfolgt. Die berechnete Anzahl und Größe dieser Zellen stimmt genau mit der Anzahl und Größe bestimmter Lungenstrukturen überein, die als "primäre Läppchen" (Läppchen) bezeichnet werden.
Anscheinend sind diese Läppchen die wichtigsten funktionellen Einheiten der Lunge. Ebenso ist es unter Einbeziehung anatomischer Daten möglich, ein mathematisches Modell der Kiemen von Fischen zu erstellen, deren primäre Gasaustauscheinheiten eine entsprechend andere Form haben werden.
Die Konstruktion mathematischer Modelle ermöglichte es, eine klare Grenze zwischen den Atmungsorganen von Säugetieren und Fischen zu ziehen. Es stellt sich heraus, dass die Hauptsache in der geometrischen Struktur der Atmungszellen liegt. Dies wird besonders deutlich, wenn man die Abhängigkeit untersucht, die den Gasaustauschbedarf der Fische und die Eigenschaften der Umgebung mit der Form der Atmungsorgane der Fische verbindet.
Die Gleichung, die diese Abhängigkeit ausdrückt, umfasst solche Größen wie die Verfügbarkeit von Sauerstoff, dh seine Konzentration, Diffusionsgeschwindigkeit und Löslichkeit in der Umgebung des Tieres.
Das eingeatmete Luft- oder Wasservolumen, die Anzahl und Größe der Gasaustauschzellen, die von ihnen aufgenommene Sauerstoffmenge und schließlich der Sauerstoffdruck im arteriellen Blut. Angenommen, Fische haben keine Kiemen als Atmungsorgane, sondern Lungen.
Wenn wir die realen Daten des Gasaustauschs, der während der Atmung von Fischen auftritt, in die Gleichung einsetzen, stellen wir fest, dass ein Fisch mit Lungen nicht im Wasser leben kann, da die Berechnung das völlige Fehlen von Sauerstoff im arteriellen Blut Ihres Fisches zeigt Modell.
Das heißt, es lag ein Annahmefehler vor, nämlich: Die gewählte Form der Gaswechselzelle stellte sich als falsch heraus. Fische leben im Wasser dank der Kiemen, die aus flachen, dünnen, dicht gepackten Platten bestehen. In einer solchen Struktur gibt es - im Gegensatz zu den kugelförmigen Zellen der Lunge - kein Problem der Diffusion von Gasen.
Ein Tier mit lungenähnlichen Atmungsorganen kann im Wasser nur überleben, wenn sein Sauerstoffbedarf extrem gering ist. Nehmen wir als Beispiel die Seegurke.
Kiemen geben Fischen die Fähigkeit, im Wasser zu leben, und dieselben Kiemen erlauben ihnen nicht, außerhalb des Wassers zu existieren. In der Luft kollabieren sie unter dem Einfluss der Schwerkraft. Die Oberflächenspannung an der Luft-Wasser-Grenzfläche führt dazu, dass dicht gepackte Kiemenplatten aneinander haften.
Die für den Gasaustausch zur Verfügung stehende Gesamtfläche der Kiemen wird so stark reduziert, dass die Fische trotz des Sauerstoffreichtums in der Luft nicht atmen können. Die Alveolen der Lunge werden zum einen durch den Brustkorb und zum anderen durch ein in der Lunge freigesetztes Benetzungsmittel, das die Oberflächenspannung deutlich reduziert, vor Zerstörung geschützt.
Atmung von Säugetieren im Wasser
Die Untersuchung der Atmungsvorgänge von Säugetieren im Wasser lieferte somit neue Erkenntnisse über die Grundprinzipien der Atmung im Allgemeinen. Andererseits gab es eine echte Annahme, dass eine Person ohne schädliche Folgen begrenzte Zeit Flüssigkeit einatmen. Dies wird es Tauchern ermöglichen, in viel größere Tiefen des Ozeans abzutauchen als bisher.
Die Hauptgefahr beim Tieftauchen ist mit Wasserdruck verbunden Truhe und Lunge. Dadurch steigt der Druck der Gase in der Lunge und ein Teil der Gase gelangt in den Blutkreislauf, was schwerwiegende Folgen hat. Bei hohen Drücken sind die meisten Gase für den Körper giftig.
So führt Stickstoff, der ins Blut des Tauchers gelangt, bereits in 30 Metern Tiefe zu einer Vergiftung und setzt ihn in 90 Metern Tiefe durch die daraus resultierende Stickstoffnarkose praktisch außer Gefecht. (Dieses Problem kann durch die Verwendung von Edelgasen wie Helium gelöst werden, die auch in sehr hohen Konzentrationen nicht toxisch sind.)
Wenn der Taucher außerdem zu schnell aus der Tiefe an die Oberfläche zurückkehrt, werden im Blut und im Gewebe gelöste Gase in Form von Blasen freigesetzt, was die Dekompressionskrankheit verursacht.
Diese Gefahr lässt sich vermeiden, wenn der Taucher keine Luft, sondern eine mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit einatmet. Die Flüssigkeit in der Lunge hält einem erheblichen äußeren Druck stand und ihr Volumen ändert sich praktisch nicht. Unter solchen Bedingungen kann ein Taucher, der in eine Tiefe von mehreren hundert Metern abtaucht, ohne Konsequenzen schnell an die Oberfläche zurückkehren.
Um zu beweisen, dass beim Atmen von Wasser keine Dekompressionskrankheit auftritt, wurden folgende Experimente in meinem Labor durchgeführt. In Experimenten mit einer Maus, die Flüssigkeit atmete, wurde ein Druck von 30 Atmosphären für drei Sekunden auf eine Atmosphäre gebracht. Es gab keine Anzeichen der Krankheit. Dieser Grad der Druckänderung entspricht dem Effekt des Hebens aus 910 Metern Tiefe mit einer Geschwindigkeit von 1.100 Kilometern pro Stunde.
Ein Mensch kann Wasser atmen
Flüssigkeitsatmung kann für Menschen während zukünftiger Raumfahrt nützlich sein. Bei der Rückkehr von entfernten Planeten, beispielsweise von Jupiter, sind enorme Beschleunigungen erforderlich, damit Sie die Anziehungszone des Planeten verlassen können. Diese Beschleunigungen sind viel größer als das, was der menschliche Körper, insbesondere die leicht anfälligen Lungen, aushalten kann.
Aber die gleichen Belastungen werden durchaus akzeptabel, wenn die Lungen mit Flüssigkeit gefüllt sind und der Körper des Astronauten in eine Flüssigkeit eingetaucht wird, deren Dichte der von Blut entspricht, so wie ein Fötus in das Fruchtwasser des Mutterleibs eingetaucht wird.
Die italienischen Physiologen Rudolf Margaria, T. Gualterotti und D. Spinelli haben 1958 ein solches Experiment aufgebaut. Der Stahlzylinder mit den trächtigen Ratten wurde abgeworfen verschiedene Höhen auf Bleibasis. Der Zweck des Experiments war zu testen, ob der Fötus die starke Verzögerung und den Aufprall der Landung überleben würde. Die Verzögerungsrate wurde aus der Eindringtiefe des Zylinders in die Bleibasis berechnet.
Die Tiere selbst starben während des Experiments sofort. Autopsien zeigten erhebliche Lungenschäden. Die chirurgisch freigesetzten Embryonen lebten jedoch und entwickelten sich normal. Der durch Gebärmutterflüssigkeit geschützte Fötus kann negative Beschleunigungen von bis zu 10.000 g aushalten.
Nach Experimenten, die gezeigt haben, dass Landtiere Flüssigkeit atmen können, ist es vernünftig, eine solche Möglichkeit für den Menschen anzunehmen. Wir haben jetzt einige direkte Beweise für diese Annahme. Zum Beispiel wenden wir jetzt eine neue Methode zur Behandlung bestimmter Lungenerkrankungen an.
Die Methode besteht darin, eine Lunge mit einer Kochsalzlösung zu spülen, die entfernt wird pathologische Entladung aus den Alveolen und Bronchien. Zweite Lunge beim Einatmen von Sauerstoffgas.
Der Erfolg dieser Operation inspirierte uns dazu, ein Experiment auf die Beine zu stellen, für das sich ein mutiger Tieftaucher, Francis D. Faleichik, freiwillig meldete.
Unter Narkose wurde ein Doppelkatheter in seine Luftröhre eingeführt, von denen jeder Schlauch bis zur Lunge reichte. Bei normaler Körpertemperatur wurde die Luft in einer Lunge durch eine 0,9%ige Lösung ersetzt Tisch salz. Der „Atemzyklus“ bestand darin, eine Kochsalzlösung in die Lunge einzuführen und wieder zu entfernen.
Der Zyklus wurde sieben Mal wiederholt, wobei 500 ml Lösung für jeden "Atemzug" genommen wurden. Faleychik, der während des gesamten Vorgangs bei vollem Bewusstsein war, sagte, dass er keinen signifikanten Unterschied zwischen dem Licht, der Atemluft, und dem Licht, dem Atemwasser, bemerkt habe. Er verspürte auch keine Beschwerden während des Eintritts und Austritts des Flüssigkeitsstroms aus der Lunge.
Natürlich ist dieses Experiment noch sehr weit davon entfernt, den Prozess des Atmens mit beiden Lungen in Wasser durchzuführen, aber es hat gezeigt, dass das Füllen der Lunge einer Person mit Kochsalzlösung, wenn das Verfahren korrekt durchgeführt wird, keine ernsthaften Gewebeschäden verursacht und erzeugt keine unangenehmen Empfindungen.
Das schwierigste Problem beim Atmen von Wasser
Wahrscheinlich die meisten schweres Problem, zu lösen, ist mit der Freisetzung von Kohlendioxid aus der Lunge beim Einatmen von Wasser verbunden. Wie wir bereits gesagt haben, beträgt die Viskosität von Wasser etwa das 36- bis 40-fache der Viskosität von Luft. Das bedeutet, dass die Lunge Wasser mindestens vierzigmal langsamer pumpt als Luft.
Mit anderen Worten, ein gesunder junger Taucher, der 200 Liter Luft pro Minute atmen kann, kann nur 5 Liter Wasser pro Minute atmen. Es ist ganz offensichtlich, dass bei einer solchen Atmung Kohlendioxid nicht in ausreichender Menge freigesetzt wird, selbst wenn die Person vollständig in Wasser eingetaucht ist.
Lässt sich dieses Problem lösen, indem man ein Medium verwendet, in dem sich Kohlendioxid besser löst als in Wasser? In einigen verflüssigten synthetischen Fluorkohlenwasserstoffen löst sich Kohlendioxid beispielsweise dreimal mehr als in Wasser und Sauerstoff dreißigmal mehr. Leland S. Clark und Frank Gollan zeigten, dass eine Maus bei atmosphärischem Druck in sauerstoffhaltigem flüssigem Kohlenstofffluorid leben kann.
Kohlenstofffluorid enthält nicht nur mehr Sauerstoff als Wasser, auch die Gasdiffusionsrate ist in diesem Medium viermal höher. Aber auch hier bleibt das kleine Problem ein Stolperstein. Durchsatz Flüssigkeiten durch die Lunge: Fluorkohlenwasserstoffe sind noch viskoser als Kochsalzlösung.
Übersetzung aus dem Englischen von N. Poznanskaya.
Das ist wohl ein Klischee Science-Fiction: eine viskose Substanz dringt sehr schnell in den Anzug oder die Kapsel ein, und Protagonist entdeckt plötzlich selbst, wie schnell ihm die restliche Luft aus seiner eigenen Lunge entweicht und sein Inneres mit einer ungewöhnlichen Flüssigkeit gefüllt ist, die von Lymphe bis Blut reicht. Am Ende gerät er sogar in Panik, nimmt aber instinktiv ein paar Schlucke oder besser seufzt und stellt überrascht fest, dass er diese exotische Mischung atmen kann, als würde er normale Luft atmen.
Sind wir so weit davon entfernt, die Idee der Flüssigkeitsatmung zu verwirklichen? Ist es möglich, ein flüssiges Gemisch zu atmen, und besteht dafür ein echter Bedarf?
Es gibt drei vielversprechende Möglichkeiten, diese Technologie zu nutzen: Medizin, Tauchen in große Tiefen und Raumfahrt.
Der Druck auf den Körper eines Tauchers steigt alle zehn Meter um eine Atmosphäre. Aufgrund eines starken Druckabfalls kann eine Dekompressionskrankheit beginnen, bei deren Manifestationen die im Blut gelösten Gase mit Blasen zu kochen beginnen. Auch bei hoher Druck mögliche Sauerstoff- und narkotische Stickstoffvergiftung. All dies wird mit speziellen Atemmischungen bekämpft, die jedoch keine Garantien geben, sondern nur die Wahrscheinlichkeit unangenehmer Folgen verringern. Natürlich können Sie Taucheranzüge verwenden, die den Druck auf den Körper des Tauchers und sein Atemgemisch auf genau eine Atmosphäre halten, aber sie sind wiederum groß, sperrig, erschweren die Bewegung und sind auch sehr teuer.
Flüssige Atmung könnte eine dritte Lösung für dieses Problem bieten, während die Mobilität von elastischen Neoprenanzügen und die geringen Risiken von starren Anzügen beibehalten werden. Atemflüssigkeit sättigt den Körper im Gegensatz zu teuren Atemmischungen nicht mit Helium oder Stickstoff, sodass auch keine langsame Dekompression erforderlich ist, um eine Dekompressionskrankheit zu vermeiden. 
In der Medizin kann die Flüssigkeitsbeatmung bei der Behandlung von Frühgeborenen eingesetzt werden, um eine Schädigung der unterentwickelten Bronchien der Lunge durch Druck, Volumen und Sauerstoffkonzentration in der Luft von Beatmungsgeräten zu vermeiden. Bereits in den 90er Jahren begann die Auswahl und Erprobung verschiedener Mischungen, um das Überleben eines Frühgeborenen zu sichern. Es ist möglich, eine flüssige Mischung mit vollständigen Stopps oder teilweisen Ateminsuffizienzen zu verwenden.
Die Raumfahrt ist mit großen Überlastungen verbunden, und Flüssigkeiten verteilen den Druck gleichmäßig. Wenn eine Person in eine Flüssigkeit getaucht wird, wirkt der Druck bei Überlastung auf ihren gesamten Körper und nicht auf bestimmte Stützen (Stuhllehnen, Sicherheitsgurte). Dieses Prinzip wurde verwendet, um den Libelle-G-Anzug zu entwickeln, einen starren, mit Wasser gefüllten Raumanzug, der es dem Piloten ermöglicht, selbst bei g-Kräften über 10 g bei Bewusstsein und leistungsfähig zu bleiben.
Diese Methode ist durch den Dichteunterschied zwischen menschlichem Körpergewebe und der verwendeten Immersionsflüssigkeit begrenzt, sodass die Grenze bei 15-20 g liegt. Aber Sie können noch weiter gehen und die Lunge mit einer Flüssigkeit füllen, deren Dichte der von Wasser nahe kommt. Ein Astronaut, der vollständig in Flüssigkeit eingetaucht ist und Flüssigkeit atmet, wird die Wirkung extrem hoher G-Kräfte relativ wenig spüren, da die Kräfte in der Flüssigkeit gleichmäßig in alle Richtungen verteilt sind, aber die Wirkung wird immer noch auf die unterschiedliche Dichte seines Körpergewebes zurückzuführen sein . Das Limit wird weiterhin bestehen bleiben, aber es wird hoch sein.
Die ersten Experimente zur Flüssigkeitsatmung wurden in den 60er Jahren des letzten Jahrhunderts an Labormäusen und -ratten durchgeführt, die gezwungen wurden, eine Salzlösung mit einem hohen Gehalt an gelöstem Sauerstoff einzuatmen. Diese primitive Mischung ermöglichte es den Tieren, eine gewisse Zeit zu überleben, konnte jedoch kein Kohlendioxid entfernen, sodass die Lungen der Tiere irreparabel geschädigt wurden.
Später begannen die Arbeiten mit Perfluorkohlenwasserstoffen, und ihre ersten Ergebnisse waren viel besser als die der Sole-Experimente. Perfluorcarbone sind organische Materie, bei der alle Wasserstoffatome durch Fluoratome ersetzt sind. Perfluorkohlenstoffverbindungen haben die Fähigkeit, sowohl Sauerstoff als auch Kohlendioxid zu lösen, sie sind sehr inert, farblos, transparent, können das Lungengewebe nicht schädigen und werden vom Körper nicht absorbiert.
Seitdem wurden die Atemflüssigkeiten verbessert, die am weitesten fortgeschrittenen dieser Moment die Lösung heißt Perflubron oder "Liquivent" (Handelsname). Diese ölartige transparente Flüssigkeit mit einer doppelt so hohen Dichte wie Wasser hat viele nützliche Qualitäten: Es kann doppelt so viel Sauerstoff transportieren wie gewöhnliche Luft niedrige Temperatur Kochen, daher erfolgt seine endgültige Entfernung aus der Lunge nach Gebrauch durch Verdampfung. Die Alveolen öffnen sich unter dem Einfluss dieser Flüssigkeit besser, und die Substanz erhält Zugang zu ihrem Inhalt, dies verbessert den Gasaustausch.
Die Lunge kann sich vollständig mit Flüssigkeit füllen, was einen Membranoxygenator, ein Heizelement und Zwangsbeatmung erfordert. In der klinischen Praxis tun sie dies jedoch meistens nicht, sondern verwenden eine Flüssigkeitsatmung in Kombination mit einer herkömmlichen Gasbeatmung, wobei die Lunge nur teilweise mit Perflubron gefüllt wird, etwa 40% des Gesamtvolumens.
Rahmen aus dem Film The Abyss, 1989
Was hindert uns daran, die Flüssigkeitsatmung zu verwenden? Die Atemflüssigkeit ist viskos und entfernt Kohlendioxid schlecht, sodass eine Zwangsbeatmung der Lunge erforderlich ist. Kohlendioxid aus zu entfernen gewöhnlicher Mensch Bei einem Gewicht von 70 kg ist ein Durchfluss von 5 Litern oder mehr pro Minute erforderlich, was angesichts der hohen Viskosität von Flüssigkeiten viel ist. Beim physische Aktivität die erforderliche Flussmenge wird nur zunehmen, und es ist unwahrscheinlich, dass eine Person 10 Liter Flüssigkeit pro Minute bewegen kann. Unsere Lungen sind einfach nicht darauf ausgelegt, Flüssigkeit zu atmen und können solche Mengen nicht selbst pumpen.
Verwendungszweck positive Eigenschaften Auch das Einatmen von Flüssigkeiten in der Luft- und Raumfahrt dürfte für immer ein Traum bleiben - die Flüssigkeit in der Lunge für einen G-Anzug muss die Dichte von Wasser haben, und Perflubron ist doppelt so schwer.
Ja, unsere Lunge ist technisch in der Lage, ein bestimmtes sauerstoffreiches Gemisch zu „atmen“, aber leider können wir das im Moment nur für wenige Minuten, da unsere Lunge nicht stark genug ist, um das Atemgemisch über längere Zeit zirkulieren zu lassen . Die Situation kann sich in Zukunft ändern, es bleibt nur, unsere Hoffnungen auf Forscher auf diesem Gebiet zu richten.