La "respiración líquida" solo es adecuada para perros hasta ahora. Respira líquido: científicos rusos han hecho realidad la ficción

Investigación científica no te detengas por un día, el progreso continúa, dando a la humanidad más y más nuevos descubrimientos. Cientos de científicos y sus asistentes están trabajando en el campo del estudio de los seres vivos y la síntesis de sustancias inusuales. Departamentos enteros están experimentando, probando varias teorías y, a veces, los descubrimientos sorprenden a la imaginación; después de todo, lo que solo podía soñarse puede convertirse en realidad. Desarrollan ideas, y las preguntas sobre congelar a una persona en una criocámara con posterior descongelación en un siglo o sobre la capacidad de respirar líquido no son solo una historia fantástica para ellos. Su arduo trabajo puede hacer realidad estas fantasías.

Los científicos han estado preocupados durante mucho tiempo por la pregunta: ¿puede una persona respirar líquido?

¿Una persona necesita respiración líquida?

No escatimes fuerzas, ni tiempo, ni dinero en efectivo para tal investigación. Y una de estas preguntas que ha estado preocupando a las mentes más iluminadas durante décadas es la siguiente: ¿es posible la respiración líquida para una persona? ¿Podrán los pulmones absorber oxígeno no de un líquido especial? Para los que duden de la necesidad real de este tipo de respiración, podemos dar al menos 3 direcciones prometedoras donde servirá a una persona en buen lugar. Si, por supuesto, pueden implementarlo.

• La primera dirección es sumergirse en grandes profundidades. Como sabes, al bucear, el buzo experimenta la acción de la presión. ambiente acuático que es 800 veces más denso que el aire. Y aumenta en 1 atmósfera cada 10 metros de profundidad. Un aumento tan brusco de la presión está cargado de un efecto muy desagradable: los gases disueltos en la sangre comienzan a hervir en forma de burbujas. Este fenómeno se llama "enfermedad del cajón", a menudo afecta a aquellos que están involucrados activamente. Además, al nadar en aguas profundas, existe el riesgo de intoxicarse con oxígeno o nitrógeno, ya que en tales condiciones estos gases que son vitales para nosotros se vuelven muy tóxicos. Para combatir esto de alguna manera, usan mezclas especiales para respirar o trajes espaciales rígidos que mantienen una presión de 1 atmósfera dentro de ellos. Pero si fuera posible la respiración líquida, se convertiría en la tercera y más fácil solución al problema, porque el líquido respiratorio no satura el cuerpo con nitrógeno y gases inertes, y no hay necesidad de una descompresión prolongada.
• La segunda forma de aplicación es la medicina. El uso de fluidos respiratorios en él podría salvar la vida de los bebés prematuros, porque sus bronquios están subdesarrollados y los ventiladores pueden dañarlos fácilmente. Como saben, en el útero, los pulmones del embrión están llenos de líquido y, al momento del nacimiento, acumulan surfactante pulmonar, una mezcla de sustancias que no permite que los tejidos se peguen al respirar aire. Pero con un parto prematuro, la respiración requiere demasiada fuerza por parte del bebé y esto puede ser fatal.

La historia tiene un precedente para el uso de la ventilación total con fluidos, y se remonta a 1989. Lo aplicó T. Shaffer, quien trabajaba como pediatra en la Universidad de Temple (EE.UU.), salvando de la muerte a bebés prematuros. Por desgracia, el intento no tuvo éxito, tres pequeños pacientes no sobrevivieron, pero vale la pena mencionar que las muertes fueron causadas por otras causas, y no por el método de respiración líquida en sí.

Desde entonces, los pulmones humanos completamente ventilados no se han atrevido, pero en los años 90, los pacientes con inflamación severa fueron sometidos a ventilación líquida parcial. En este caso, los pulmones solo están parcialmente llenos. Por desgracia, la efectividad del método fue controvertida, ya que la ventilación de aire convencional funcionó igual de bien.

• Aplicación en astronáutica. Con el nivel actual de tecnología, un astronauta experimenta fuerzas g de hasta 10 g durante el vuelo. Después de este umbral, es imposible mantener no solo la capacidad de trabajo, sino también la conciencia. Sí, y la carga sobre el cuerpo es desigual, y a lo largo del fulcro, que puede excluirse cuando se sumerge en un líquido, la presión se distribuirá por igual en todos los puntos del cuerpo. Este principio subyace en el diseño del traje espacial rígido Libelle, lleno de agua y que permite aumentar el límite a 15-20 g, y aún así debido a la limitación de la densidad de los tejidos humanos. Y si el astronauta no solo está sumergido en líquido, sino que sus pulmones también están llenos de él, entonces le será posible soportar fácilmente sobrecargas extremas mucho más allá de la marca de 20 g. No infinito, por supuesto, pero el umbral será muy alto si se cumple una condición: el líquido en los pulmones y alrededor del cuerpo debe tener la misma densidad que el agua.

El origen y desarrollo de la respiración líquida.

Los primeros experimentos se remontan a los años 60 del siglo pasado. Sea el primero en experimentar la tecnología emergente respiración líquida ratones y ratas de laboratorio obligados a respirar no aire, sino solución salina, que estaba bajo una presión de 160 atmósferas. ¡Y respiraron! Pero hubo un problema que les impidió sobrevivir en ese entorno durante mucho tiempo: el líquido no permitía eliminar el dióxido de carbono.

Pero los experimentos no se detuvieron ahí. Además, comenzó la investigación sobre sustancias orgánicas cuyos átomos de hidrógeno fueron reemplazados por átomos de flúor, los llamados perfluorocarbonos. Los resultados fueron mucho mejores que los del líquido antiguo y primitivo, porque el perfluorocarbono es inerte, no es absorbido por el cuerpo y disuelve perfectamente el oxígeno y el hidrógeno. Pero estaba lejos de la perfección y la investigación en esta dirección continuó.

Ahora, el mejor logro en esta área es perflubron (nombre comercial - "Liquivent"). Las propiedades de este líquido son asombrosas:

1. Los alvéolos se abren mejor cuando este líquido entra en los pulmones y mejora el intercambio de gases.
2. Este líquido puede transportar 2 veces más oxígeno en comparación con el aire.
3. El bajo punto de ebullición permite que se elimine de los pulmones por evaporación.

Pero nuestros pulmones no están diseñados para una respiración completamente líquida. Si los llena completamente con perflubron, necesitará un oxigenador de membrana, un elemento calefactor y ventilación de aire. Y no olvides que esta mezcla es 2 veces más espesa que el agua. Por lo tanto, se usa ventilación mixta, en la que los pulmones se llenan de líquido solo en un 40%.

Pero, ¿por qué no podemos respirar líquido? Todo por el dióxido de carbono, que se elimina muy poco en un medio líquido. Una persona que pesa 70 kg debe pasar por sí misma 5 litros de la mezcla cada minuto, y esto se encuentra en un estado de calma. Por lo tanto, aunque nuestros pulmones son técnicamente capaces de extraer oxígeno de los líquidos, son demasiado débiles. Así que uno solo puede esperar para futuras investigaciones.

agua como aire

Para finalmente anunciar con orgullo al mundo: "¡Ahora una persona puede respirar bajo el agua!" - Los científicos a veces desarrollaron dispositivos asombrosos. Entonces, en 1976, los bioquímicos de Estados Unidos crearon un dispositivo milagroso capaz de regenerar oxígeno del agua y proporcionarlo a un buzo. Con suficiente capacidad de batería, un buzo podría quedarse y respirar en profundidad casi indefinidamente.

Todo comenzó con el hecho de que los científicos comenzaron una investigación basada en el hecho de que la hemoglobina transporta aire igualmente bien tanto desde las branquias como desde los pulmones. Utilizaron su propia sangre venosa mezclada con poliuretano: se sumergió en agua y este líquido absorbió oxígeno, que se disuelve generosamente en agua. Además, la sangre se reemplazó con un material especial y, como resultado, se obtuvo un dispositivo que actuaba como las branquias habituales de cualquier pez. El destino del invento es el siguiente: fue adquirido por cierta empresa, habiendo gastado 1 millón de dólares en él, y desde entonces no se ha vuelto a saber nada del dispositivo. Y, por supuesto, no salió a la venta.

Pero esto no es objetivo principal científicos. Su sueño no es un dispositivo de respiración, quieren enseñarle a la persona a respirar líquido. Y los intentos de realizar este sueño no han sido abandonados hasta ahora. Entonces, uno de los institutos de investigación en Rusia, por ejemplo, realizó pruebas sobre la respiración líquida en un voluntario con una patología congénita: la ausencia de laringe. Y esto significaba que simplemente no tenía la reacción del cuerpo al líquido, en la que la más pequeña gota de agua en los bronquios se acompaña de compresión del anillo faríngeo y asfixia. Como simplemente no tenía este músculo, el experimento tuvo éxito. Se vertió líquido en sus pulmones, que agitó durante todo el experimento con la ayuda de movimientos abdominales, después de lo cual se bombeó con calma y seguridad. Característicamente, la composición salina del líquido correspondía a la composición salina de la sangre. Esto puede considerarse un éxito, y los científicos afirman que pronto encontrarán un método de respiración líquida disponible para personas sin patologías.

Entonces, ¿mito o realidad?

A pesar de la terquedad de un hombre que apasionadamente quiere conquistar todo entornos posibles hábitats, la naturaleza misma todavía decide dónde vivir. Por desgracia, no importa cuánto tiempo se dedique a la investigación, no importa cuántos millones se gasten, es poco probable que una persona esté destinada a respirar tanto bajo el agua como en tierra. gente y vida marina Por supuesto, tienen mucho en común, pero todavía hay muchas más diferencias. Un hombre anfibio no habría soportado las condiciones del océano, y si hubiera logrado adaptarse, entonces el camino de regreso a tierra se le habría cerrado. Y al igual que con los buceadores, las personas anfibias irían a la playa con trajes de agua. Y, por lo tanto, no importa lo que digan los entusiastas, el veredicto de los científicos sigue siendo firme y decepcionante: una larga vida de una persona bajo el agua es imposible, no es razonable ir en contra de la madre naturaleza en este sentido, y todos los intentos de respiración líquida están condenados. al fracaso.

Pero no te desesperes. Aunque el fondo del mar nunca se convertirá en nuestro hogar, tenemos todos los mecanismos del cuerpo y capacidades técnicas para ser huéspedes frecuentes en él. Entonces, ¿vale la pena estar triste? Después de todo, estos entornos ya han sido conquistados por el hombre hasta cierto punto, y ahora los abismos del espacio exterior se encuentran ante él.

Y por ahora, podemos decir con confianza que las profundidades del océano serán un excelente lugar de trabajo para nosotros. Pero la perseverancia puede conducir a una línea muy delgada de respiración real bajo el agua, uno solo tiene que trabajar para resolver este problema. Y cuál será la respuesta a la pregunta de si cambiar la civilización terrestre a submarina, depende solo de la persona misma.

La Fundación Rusa para Estudios Avanzados está probando tecnología de respiración líquida para buzos en perros, según Vitaly Davydov, director de la Fundación.

“En uno de sus laboratorios se está trabajando en la respiración líquida. Mientras que los experimentos se llevan a cabo en perros. Con nosotros, un perro salchicha rojo se sumergió en un gran frasco con agua, boca abajo. Parecería, por qué burlarse del animal, ahora se ahogará. Un no. Se sentó bajo el agua durante 15 minutos. El récord es de 30 minutos. Increíble. Resulta que los pulmones de la perra estaban llenos de un líquido oxigenado, lo que le permitió respirar bajo el agua. Cuando la sacaron, estaba un poco letárgica, dicen, debido a la hipotermia (y creo que a quién le gusta quedarse bajo el agua en un frasco frente a todos), pero después de unos minutos se volvió completamente ella misma. Pronto, se llevarán a cabo experimentos con personas ”, dijo Igor Chernyak, corresponsal de RG.

“Todo se sentía como una historia de fantasía. película famosa"Abismo", donde una persona podía descender a una gran profundidad en un traje espacial, cuyo casco estaba lleno de líquido. El submarinista respiró con él. Ahora ya no es fantasía”, escribe.

Según el corresponsal, "la tecnología de respiración líquida consiste en llenar los pulmones con un líquido especial saturado de oxígeno, que penetra en la sangre".

“La Fundación de Investigación Avanzada aprobó la implementación de un proyecto único, el trabajo lo está llevando a cabo el Instituto de Investigación de Medicina del Trabajo. Está previsto crear un traje especial que será útil no solo para los submarinistas, sino también para los pilotos y los astronautas”, dice.

Davydov le dijo al corresponsal que se había creado una cápsula especial para perros, que se sumerge en una cámara hidroeléctrica con Alta presión sanguínea. "Sobre el este momento los perros pueden respirar sin consecuencias para la salud durante más de media hora a una profundidad de hasta 500 metros. “Todos los perros de prueba sobrevivieron y se sienten bien después de una respiración líquida prolongada”, dijo el director de la Fundación.

Además, el periódico escribe: “Pocas personas saben que en nuestro país ya se han realizado experimentos sobre la respiración líquida en personas. Dio resultados sorprendentes. Los acuanautas respiraron líquido a una profundidad de medio kilómetro o más. Eso es solo que la gente sobre sus héroes no lo sabía.

En la década de 1980, la URSS desarrolló y comenzó a implementar un programa serio para salvar personas en profundidad.

Rescate especial diseñado e incluso comisionado submarinos. Se estudiaron las posibilidades de adaptación humana a profundidades de cientos de metros. Además, se suponía que el acuanauta estaba a tal profundidad no con un traje de buceo pesado, sino con un traje de neopreno ligero y aislado con equipo de buceo detrás de la espalda, sus movimientos no estaban restringidos por nada.

En la medida en cuerpo humano consiste casi en su totalidad en agua, entonces la terrible presión en profundidad no es peligrosa para él en sí misma. El cuerpo simplemente debe prepararse para ello aumentando la presión en la cámara de presión al valor requerido. el problema principal en un diferente. ¿Cómo respirar a una presión de decenas de atmósferas? Aire fresco se convierte en veneno para el cuerpo. Debe diluirse en mezclas de gases especialmente preparadas, generalmente nitrógeno-helio-oxígeno.

Su receta -las proporciones de varios gases- es la más gran secreto en todos los países donde se están realizando estudios similares. Pero por un tiempo muy gran profundidad y las mezclas de helio no guardan. Los pulmones deben estar llenos de líquido para que no revienten. ¿Qué es un líquido que, una vez en los pulmones, no provoca asfixia, sino que transfiere oxígeno a través de los alvéolos al cuerpo? Un secreto de los secretos.

Es por eso que todo el trabajo con acuanautas en la URSS, y luego en Rusia, se llevó a cabo bajo el título de "ultrasecreto".

Sin embargo, hay información bastante confiable de que a fines de la década de 1980 había una estación acuática de aguas profundas en el Mar Negro, en la que vivían y trabajaban los submarinistas de prueba. Salieron al mar, vestidos solo con trajes de neopreno, con equipo de buceo a la espalda, y trabajaron a profundidades de 300 a 500 metros. Se alimentó una mezcla de gas especial en sus pulmones bajo presión.

Se asumió que si el submarino estaba en peligro y se hundía hasta el fondo, se le enviaría un submarino de rescate. Los acuanautas estarán preparados con antelación para trabajar a la profundidad adecuada.

Lo más difícil es poder soportar el llenado de los pulmones con líquido y simplemente no morir de miedo.

Y cuando el submarino de rescate se acerque al lugar del desastre, los buzos con equipos livianos saldrán al océano, inspeccionarán el bote de emergencia y ayudarán a evacuar a la tripulación con la ayuda de sumergibles especiales para aguas profundas.

No fue posible completar esos trabajos debido al colapso de la URSS. Sin embargo, aquellos que trabajaron en profundidad aún lograron recibir las estrellas de los Héroes de la Unión Soviética.

Esto es probablemente un cliché en la ciencia ficción: cierta sustancia viscosa entra en un traje o cápsula muy rápidamente, y El protagonista de repente descubre por sí mismo lo rápido que pierde el resto del aire de sus propios pulmones, y sus entrañas se llenan de un líquido inusual de un tono que va de la linfa a la sangre. Al final, incluso entra en pánico, pero toma algunos sorbos instintivos, o más bien suspira, y se sorprende al descubrir que puede respirar esta mezcla exótica como si estuviera respirando aire común.

¿Estamos tan lejos de darnos cuenta de la idea de la respiración líquida? ¿Es posible respirar una mezcla líquida y existe una necesidad real de esto? Hay tres formas prometedoras de utilizar esta tecnología: la medicina, el buceo a grandes profundidades y la astronáutica.

La presión sobre el cuerpo de un buzo aumenta cada diez metros en una atmósfera. Debido a una fuerte disminución de la presión, puede comenzar la enfermedad por descompresión, con cuyas manifestaciones los gases disueltos en la sangre comienzan a hervir con burbujas. También en presión alta posible intoxicación por oxígeno y nitrógeno narcótico. Todo esto se combate con el uso de mezclas respiratorias especiales, pero no dan ninguna garantía, solo reducen la probabilidad de consecuencias desagradables. Por supuesto, puede usar trajes de buceo que mantengan la presión sobre el cuerpo del buzo y su mezcla de respiración a exactamente una atmósfera, pero estos, a su vez, son grandes, voluminosos, dificultan el movimiento y también son muy costosos.

La respiración líquida podría proporcionar una tercera solución a este problema manteniendo la movilidad de los trajes de neopreno elásticos y los bajos riesgos de los trajes rígidos. El líquido respiratorio, a diferencia de las costosas mezclas respiratorias, no satura el cuerpo con helio o nitrógeno, por lo que tampoco es necesario realizar una descompresión lenta para evitar la enfermedad por descompresión.

En medicina, la respiración líquida se puede usar en el tratamiento de bebés prematuros para evitar daños a los bronquios pulmonares subdesarrollados por la presión, el volumen y la concentración de oxígeno en el aire de los ventiladores. La selección y prueba de varias mezclas para asegurar la supervivencia de un feto prematuro comenzó ya en los años 90. Es posible utilizar una mezcla líquida con paradas completas o insuficiencias respiratorias parciales.

Los vuelos espaciales están asociados con grandes sobrecargas y los líquidos distribuyen la presión de manera uniforme. Si una persona está sumergida en un líquido, durante las sobrecargas, la presión se extenderá a todo su cuerpo y no a soportes específicos (respaldos de sillas, cinturones de seguridad). Este principio se utilizó para crear el traje g Libelle, que es un traje espacial rígido lleno de agua, que permite al piloto permanecer consciente y eficiente incluso con fuerzas g superiores a 10 g.

Este método está limitado por la diferencia de densidad entre el tejido del cuerpo humano y el líquido de inmersión utilizado, por lo que el límite es de 15 a 20 g. Pero puede ir más allá y llenar los pulmones con un líquido de densidad cercana al agua. Un astronauta completamente sumergido en líquido y respirando líquido sentirá relativamente poco el efecto de las fuerzas g extremadamente altas, ya que las fuerzas en el líquido se distribuyen uniformemente en todas las direcciones, pero el efecto seguirá siendo debido a la diferente densidad de los tejidos de su cuerpo. . El límite se mantendrá, pero será alto.

Los primeros experimentos sobre respiración líquida se realizaron en los años 60 del siglo pasado en ratones y ratas de laboratorio, a los que se obligaba a inhalar una solución salina con alto contenido oxígeno disuelto. Esta mezcla primitiva permitía que los animales sobrevivieran durante un tiempo determinado, pero no podía eliminar el dióxido de carbono, por lo que los pulmones de los animales sufrían daños irreparables.

Más tarde se empezó a trabajar con perfluorocarbonos, y sus primeros resultados fueron mucho mejores. Mejores resultados Experimentos con solución salina. Los perfluorocarbonos son materia orgánica, en el que todos los átomos de hidrógeno son reemplazados por átomos de flúor. Los compuestos de perfluorocarbono tienen la capacidad de disolver tanto el oxígeno como el dióxido de carbono, son muy inertes, incoloros, transparentes, no pueden dañar el tejido pulmonar y no son absorbidos por el cuerpo.

Desde entonces se han mejorado los fluidos respiratorios, la solución más avanzada hasta la fecha se llama perflubron o “Liquivent” (nombre comercial). Este líquido transparente similar al aceite con una densidad dos veces mayor que la del agua tiene muchos cualidades útiles: puede transportar el doble de oxígeno que el aire ordinario, tiene baja temperatura hirviendo, por lo tanto, después de su uso, su eliminación final de los pulmones se lleva a cabo por evaporación. Los alvéolos bajo la influencia de este líquido se abren mejor y la sustancia accede a su contenido, esto mejora el intercambio de gases.

Los pulmones pueden llenarse completamente de líquido, lo que requerirá un oxigenador de membrana, un elemento calefactor y ventilación forzada. Pero en Práctica clinica la mayoría de las veces no hacen esto, sino que usan respiración líquida en combinación con ventilación de gas convencional, llenando los pulmones con perflubron solo parcialmente, aproximadamente el 40% del volumen total.

Fotograma de la película El Abismo, 1989

¿Qué nos impide usar la respiración líquida? El líquido respiratorio es viscoso y elimina mal el dióxido de carbono, por lo que se requerirá ventilación forzada de los pulmones. Para eliminar el dióxido de carbono de persona ordinaria con un peso de 70 kilogramos requerirá un flujo de 5 litros por minuto o más, y esto es mucho, dada la alta viscosidad de los líquidos. En actividad física la cantidad de flujo requerida solo aumentará, y es poco probable que una persona pueda mover 10 litros de líquido por minuto. Nuestros pulmones simplemente no están diseñados para respirar líquidos y no pueden bombear tales volúmenes por sí solos.

Uso rasgos positivos respirar fluidos en la aviación y la astronáutica también puede seguir siendo un sueño para siempre: el fluido en los pulmones para un traje G debe tener la densidad del agua, y el perflubrón es dos veces más pesado.

Sí, nuestros pulmones son técnicamente capaces de "respirar" cierta mezcla rica en oxígeno, pero desafortunadamente solo podemos hacerlo durante unos minutos en este momento, ya que nuestros pulmones no son lo suficientemente fuertes para hacer circular la mezcla de respiración durante largos períodos de tiempo. . La situación puede cambiar en el futuro, solo queda dirigir nuestras esperanzas a los investigadores en este campo.

28 de diciembre de 2017

Desde que la Fundación para Estudios Avanzados (FPI) aprobó el proyecto de respiración líquida en 2016, el público ha estado muy interesado en su éxito. Una demostración reciente de las capacidades de esta tecnología literalmente hizo estallar Internet. En una reunión entre el viceprimer ministro Dmitry Rogozin y el presidente serbio Aleksandar Vucic, el perro salchicha fue sumergido durante dos minutos en un acuario con un líquido especial saturado con oxígeno. Después del procedimiento, el perro, según el viceprimer ministro, está vivo y bien.

En lo personal, por supuesto, no me queda claro por qué las multitudes de los que sienten lástima por el perro en las redes sociales no se apresuran a proteger, por ejemplo, a los ratones y conejos, que generalmente mueren en lotes en los institutos. Y también es interesante, piensan, por ejemplo, que la Reina también es cruel y despiadada: donó más de un perro en beneficio de la humanidad. Y aquí, un. Está bien, no estamos hablando de eso en absoluto.

¿Qué era este líquido? ¿Se puede respirar líquido? ¿Y cómo están las cosas en este ámbito de la investigación científica?

Para dejar en claro por qué el descubrimiento se llama un verdadero avance. A finales de los años 80, se consideraba la respiración líquida ciencia ficción. Fue utilizado por los héroes de la película del director estadounidense James Cameron "The Abyss". E incluso en la imagen se le llamó desarrollo experimental.

Durante mucho tiempo se ha intentado enseñar a humanos y animales a respirar líquidos. Los primeros experimentos en los años 60 no tuvieron éxito, los ratones experimentales no vivieron mucho tiempo. En humanos, la técnica de ventilación pulmonar líquida se probó solo una vez en los Estados Unidos, para salvar a los bebés prematuros. Sin embargo, ninguno de los tres bebés pudo ser resucitado.

Luego se usó perftoran para llevar oxígeno a los pulmones, también se usa como sustituto de la sangre. El principal problema era que este líquido no podía purificarse lo suficiente. El dióxido de carbono se disolvió poco en él y se necesitó ventilación forzada de los pulmones para una respiración prolongada. En reposo, un hombre de complexión promedio de estatura promedio tuvo que pasar por sí mismo 5 litros de líquido por minuto, con cargas: 10 litros por minuto. Los pulmones no están adaptados para tales cargas. Nuestros investigadores lograron resolver este problema.

Respiración líquida, ventilación líquida de los pulmones: respiración con la ayuda de un líquido que disuelve bien el oxígeno. Sobre el este momento solo se llevaron a cabo unos pocos experimentos de tales tecnologías.

La respiración líquida consiste en llenar los pulmones de líquido, saturado de oxígeno disuelto, que penetra en la sangre. Las sustancias más adecuadas para este fin se consideran compuestos de perfluorocarbono que disuelven bien el oxígeno y el dióxido de carbono, tienen una baja tensión superficial, son altamente inertes y no se metabolizan en el cuerpo.

La ventilación líquida parcial de los pulmones se encuentra actualmente en ensayos clínicos para diversos trastornos respiratorios. Se han desarrollado varios métodos de ventilación líquida de los pulmones, incluida la ventilación con la ayuda de vapores y aerosoles de perfluorocarbonos.

La ventilación líquida completa de los pulmones consiste en el llenado completo de los pulmones con líquido. En las décadas de 1970 y 1980 se llevaron a cabo experimentos sobre la ventilación completa de fluidos de los pulmones en animales en la URSS y los EE. UU. Por ejemplo, en 1975 en el Instituto de Cirugía Cardiovascular. A. N. Bakulev, el profesor F. F. Beloyartsev fue el primero en el país en realizar trabajos sobre la oxigenación extrapulmonar a largo plazo utilizando oxigenadores de fluorocarbono y en la sustitución del medio gaseoso en los pulmones con perfluorocarbono líquido. Sin embargo, estos experimentos aún no han salido de esta etapa. Esto se debe al hecho de que los compuestos estudiados adecuados para la ventilación líquida de los pulmones tienen una serie de desventajas que limitan significativamente su aplicabilidad. En particular, no se encontraron métodos que pudieran aplicarse de forma continua.

Se supone que la respiración líquida se puede utilizar en el buceo en aguas profundas, vuelos espaciales, como uno de los medios en la terapia compleja de ciertas enfermedades.

En la Federación Rusa, Andrey Viktorovich Filippenko, científico, médico, desarrollador de tecnología e inventor del aparato de respiración líquida, participa en experimentos y desarrollos en el campo de la respiración líquida. Los desarrollos del científico son conocidos tanto en Rusia como en el extranjero. Filippenko es un MD PhD activo especialista en respiración de fluidos, fisiopatología pulmonar, medicina restaurativa, pruebas farmacológicas y desarrollo de dispositivos médicos. Produjo más de 20 informes científicos y técnicos y publicó alrededor de 30 Artículos científicos en ruso y prensa extranjera. Ha hablado en numerosas conferencias sobre respiración líquida y rescate submarino, incluso en Rusia, Alemania, Bélgica, Suecia, Gran Bretaña y España. Tiene certificados de derechos de autor para el método de ubicación ultrasónica de burbujas de gas de descompresión, etc. En 2014, Andrey Viktorovich Filippenko firmó un acuerdo con la Fundación de Investigación Avanzada, cuyo trabajo duró hasta 2016.

"Los científicos han sintetizado sustancias que no existen en la naturaleza: los perfluorocarbonos, en los que las fuerzas intermoleculares son tan pequeñas que se consideran algo intermedio entre un líquido y un gas. Disuelven el oxígeno en sí mismos entre 18 y 20 veces más que el agua", dice el doctor en ciencias médicas Evgeny Mayevsky, Profesor, Jefe del Laboratorio de Energía de Sistemas Biológicos en el Instituto de Biofísica Teórica y Experimental de la Academia Rusa de Ciencias, uno de los creadores de perftoran, la llamada sangre azul. Ha estado trabajando en aplicaciones médicas de perfluorocarbonos desde 1979.

En presión parcial Solo 2,3 mililitros de oxígeno se disuelven en una atmósfera en 100 mililitros de agua. En las mismas condiciones, los perfluorocarbonos pueden contener hasta 50 mililitros de oxígeno. Esto los hace potencialmente transpirables.

"Por ejemplo, al bucear a una profundidad cada 10 metros, la presión aumenta al menos una atmósfera. Como resultado, Caja torácica y los pulmones se encogerán hasta tal punto que será imposible respirar en un ambiente gaseoso. Y si hay un líquido que transporta gas en los pulmones que es mucho más denso que el aire e incluso el agua, entonces podrán funcionar. El oxígeno se puede disolver en perfluorocarbonos sin la mezcla de nitrógeno, que abunda en el aire y cuya disolución en los tejidos es una de las causas más importantes de la enfermedad por descompresión al ascender desde una profundidad”, continúa Maevsky.

El oxígeno entrará en la sangre desde el líquido que llena los pulmones. También puede disolver el dióxido de carbono transportado en la sangre.

Los peces dominan perfectamente el principio de la respiración líquida. Sus branquias hacen pasar por sí mismas un volumen colosal de agua, se llevan el oxígeno allí disuelto y lo dan a la sangre. El hombre no tiene branquias, y todo el intercambio de gases se realiza a través de los pulmones, cuya superficie es unas 45 veces la superficie del cuerpo. Para impulsar el aire a través de ellos, inhalamos y exhalamos. Los músculos respiratorios nos ayudan con esto. Dado que los perfluorocarbonos son más densos que el aire, respirar en la superficie con su ayuda es muy problemático.

"Esta es la ciencia y el arte de elegir tales perfluorocarbonos para facilitar el trabajo de los músculos respiratorios y evitar daños en los pulmones. Mucho depende de la duración del proceso de respiración líquida, de si ocurre de manera forzada o espontánea", concluye el investigador. .

Sin embargo, no existen obstáculos fundamentales para que una persona respire líquido. Evgeny Mayevsky cree que los científicos rusos llevarán la tecnología demostrada a aplicación práctica En los próximos años.

De la reanimación al rescate de submarinistas

Los científicos comenzaron a considerar los perfluorocarbonos como una alternativa a las mezclas de gases respirables a mediados del siglo pasado. En 1962, se publicó un artículo del investigador holandés Johannes Kylstra (Johannes Kylstra) "De ratones como peces", que describe un experimento con un roedor colocado en una solución salina oxigenada a una presión de 160 atmósferas. El animal permaneció vivo durante 18 horas. Entonces Kilstra comenzó a experimentar con los perfluorocarbonos, y ya en 1966 en el Hospital Infantil de Cleveland (EEUU), el fisiólogo Leland C. Clark intentó utilizarlos para mejorar la respiración de los recién nacidos con fibrosis quística. Esta es una enfermedad genética en la que un niño nace con pulmones subdesarrollados, sus alvéolos colapsan, lo que le impide respirar. Los pulmones de tales pacientes se lavan con solución salina oxigenada. Clark decidió que era mejor hacerlo con un líquido que contuviera oxígeno. Posteriormente, este investigador hizo mucho por el desarrollo de la respiración líquida.

A principios de la década de 1970, la URSS se interesó en "respirar" líquido, en gran parte gracias a la directora del laboratorio del Instituto de Investigación de Transfusión de Sangre de Leningrado, Zoya Alexandrovna Chaplygina. Este instituto se convirtió en uno de los líderes en el proyecto para crear sustitutos de la sangre: transportadores de oxígeno a base de emulsiones de perfluorocarbonos y soluciones de hemoglobina modificada.

Felix Beloyartsev y Khalid Khapiy trabajaron activamente en el uso de estas sustancias para lavar los pulmones en el Instituto de Cirugía Cardiovascular.

“En nuestros experimentos, los pulmones de los animales pequeños sufrieron un poco, pero todos sobrevivieron”, recuerda Evgeny Mayevsky.

El sistema de respiración con la ayuda de líquido se desarrolló sobre un tema cerrado en los institutos de Leningrado y Moscú, y desde 2008, en el Departamento de Aerohidrodinámica de la Universidad Aeroespacial Estatal de Samara. Hicieron una cápsula del tipo "Sirena" para practicar la respiración líquida en caso de rescate de emergencia de buzos de grandes profundidades. Desde 2015, el desarrollo se prueba en Sebastopol sobre el tema Terek, con el apoyo de la FPI.

Legado del proyecto nuclear

Los perfluorocarbonos (perfluorocarbonos) son compuestos orgánicos donde todos los átomos de hidrógeno son reemplazados por átomos de flúor. Esto se enfatiza con el prefijo latino "per-", que significa totalidad, integridad. Estas sustancias no se encuentran en la naturaleza. Se intentaron sintetizar en finales del siglo XIX siglo, pero realmente tuvo éxito solo después de la Segunda Guerra Mundial, cuando fueron necesarios para la industria nuclear. Su producción en la URSS fue establecida por el académico Ivan Ludwigovich Knunyants, fundador del laboratorio de compuestos organofluorados en el Instituto de Economía de la Academia Rusa de Ciencias.

"Los perfluorocarbonos se utilizaron en la tecnología para obtener uranio enriquecido. En la URSS, su mayor desarrollador fue Instituto Estatal química aplicada en Leningrado. Actualmente, se están produciendo en Kirovo-Chepetsk y Perm", dice Mayevsky.

Externamente, los perfluorocarbonos líquidos parecen agua, pero son notablemente más densos. No reaccionan con álcalis y ácidos, no se oxidan y se descomponen a temperaturas superiores a 600 grados. De hecho, se consideran químicamente compuestos inertes. Debido a estas propiedades, los materiales de perfluorocarbono se utilizan en reanimación y medicina regenerativa.

"Existe tal operación: lavado bronquial, cuando una persona bajo anestesia se lava con un pulmón y luego con otro. A principios de los años 80, junto con el cirujano de Volgogrado A.P. Savin, llegamos a la conclusión de que este procedimiento se realiza mejor con perfluorocarbono en forma de emulsión", - Evgeny Mayevsky da un ejemplo.

Estas sustancias se utilizan activamente en oftalmología, para acelerar la cicatrización de heridas, en el diagnóstico de enfermedades, incluido el cáncer. EN últimos años el método de diagnóstico por RMN con perfluorocarbonos se está desarrollando en el extranjero. En nuestro país, estos estudios son realizados con éxito por un equipo de científicos de la Universidad Estatal de Moscú. M. V. Lomonosov bajo la dirección del académico Alexei Khokhlov, INEOS, ITEB RAS e IEP (Serpukhov).

Es imposible no mencionar el hecho de que estas sustancias se utilizan para fabricar aceites, lubricantes para sistemas que funcionan en condiciones altas temperaturas incluyendo motores a reacción.

Fuentes:

La Fundación Rusa para Estudios Avanzados ha comenzado a probar la tecnología de respiración líquida para buzos en perros.

Vitaly Davydov, Director General Adjunto del Fondo, habló sobre esto. Según él, las pruebas a gran escala ya están en marcha.

En uno de sus laboratorios se está trabajando en la respiración líquida. Mientras que los experimentos se llevan a cabo en perros. Con nosotros, un perro salchicha rojo se sumergió en un gran frasco con agua, boca abajo. Parecería, por qué burlarse del animal, ahora se ahogará. Un no. Se sentó bajo el agua durante 15 minutos. El récord es de 30 minutos. Increíble. Resulta que los pulmones de la perra estaban llenos de un líquido oxigenado, lo que le permitió respirar bajo el agua. Cuando la sacaron, estaba un poco letárgica, dicen, debido a la hipotermia (y creo que a quién le gusta quedarse bajo el agua en un frasco frente a todos), pero después de unos minutos se volvió completamente ella misma. Pronto se llevarán a cabo experimentos en personas, - dice el periodista " periódico ruso Igor Chernyak, quien se convirtió en testigo presencial de pruebas inusuales.

Todo esto era similar a la trama fantástica de la famosa película "The Abyss", donde una persona podía descender a una gran profundidad en un traje espacial, cuyo casco estaba lleno de líquido. El submarinista respiró con él. Ahora ya no es fantasía.

La tecnología de respiración líquida consiste en llenar los pulmones con un líquido especial saturado de oxígeno, que penetra en la sangre. La Fundación de Investigación Avanzada aprobó la implementación de un proyecto único, el trabajo está siendo realizado por el Instituto de Investigación de Medicina del Trabajo. Está previsto crear un traje especial que será útil no solo para los submarinistas, sino también para los pilotos y astronautas.

Como le dijo Vitaly Davydov a un corresponsal de TASS, se creó una cápsula especial para perros, que se sumergió en una hidrocámara de alta presión. De momento, los perros pueden respirar sin consecuencias para la salud durante más de media hora a una profundidad de hasta 500 metros. "Todos los perros de prueba sobrevivieron y se sienten bien después de una respiración líquida prolongada", aseguró el subdirector de la FPI.

Pocas personas saben que en nuestro país ya se han realizado experimentos sobre la respiración líquida en personas. Dio resultados sorprendentes. Los acuanautas respiraron líquido a una profundidad de medio kilómetro o más. Eso es solo que la gente sobre sus héroes no lo sabía.

En la década de 1980, la URSS desarrolló y comenzó a implementar un programa serio para salvar personas en profundidad.

Se diseñaron e incluso se encargaron submarinos especiales de rescate. Se estudiaron las posibilidades de adaptación humana a profundidades de cientos de metros. Además, se suponía que el acuanauta estaba a tal profundidad no con un traje de buceo pesado, sino con un traje de neopreno ligero y aislado con equipo de buceo detrás de la espalda, sus movimientos no estaban restringidos por nada.

Dado que el cuerpo humano consiste casi en su totalidad en agua, la terrible presión en profundidad no es peligrosa para él en sí misma. El cuerpo simplemente debe prepararse para ello aumentando la presión en la cámara de presión al valor requerido. El principal problema está en otra parte. ¿Cómo respirar a una presión de decenas de atmósferas? El aire limpio se convierte en veneno para el cuerpo. Debe diluirse en mezclas de gases especialmente preparadas, generalmente nitrógeno-helio-oxígeno.

Su receta, las proporciones de varios gases, es el mayor secreto en todos los países donde se están realizando estudios similares. Pero a muy grandes profundidades, las mezclas de helio no salvan. Los pulmones deben estar llenos de líquido para que no revienten. ¿Qué es un líquido que, una vez en los pulmones, no provoca asfixia, sino que transfiere oxígeno a través de los alvéolos al cuerpo? Un secreto de los secretos.

Es por eso que todo el trabajo con acuanautas en la URSS, y luego en Rusia, se llevó a cabo bajo el título de "ultrasecreto".

Sin embargo, hay información bastante confiable de que a fines de la década de 1980 había una estación acuática de aguas profundas en el Mar Negro, en la que vivían y trabajaban los submarinistas de prueba. Salieron al mar, vestidos solo con trajes de neopreno, con equipo de buceo a la espalda, y trabajaron a profundidades de 300 a 500 metros. Se alimentó una mezcla de gas especial en sus pulmones bajo presión.

Se asumió que si el submarino estaba en peligro y se hundía hasta el fondo, se le enviaría un submarino de rescate. Los acuanautas estarán preparados con antelación para trabajar a la profundidad adecuada.

Lo más difícil es poder soportar el llenado de los pulmones con líquido y simplemente no morir de miedo.

Y cuando el submarino de rescate se acerque al lugar del desastre, los buzos con equipos livianos saldrán al océano, inspeccionarán el bote de emergencia y ayudarán a evacuar a la tripulación con la ayuda de sumergibles especiales para aguas profundas.

No fue posible completar esos trabajos debido al colapso de la URSS. Sin embargo, aquellos que trabajaron en profundidad aún lograron recibir las estrellas de los Héroes de la Unión Soviética.

Probablemente, se continuaron estudios aún más interesantes en nuestro tiempo cerca de San Petersburgo sobre la base de uno de los Institutos de Investigación Naval.

Allí también se realizaron experimentos con mezclas de gases para la investigación en aguas profundas. Pero, lo más importante, quizás por primera vez en el mundo, la gente allí aprendió a respirar líquido.

Por su singularidad, esos trabajos eran mucho más complejos que, por ejemplo, preparar a los astronautas para los vuelos a la luna. Los probadores fueron sometidos a un enorme estrés físico y psicológico.

Primero, el cuerpo de los acuanautas en una cámara de presión de aire se adaptó a una profundidad de varios cientos de metros. Luego se trasladaron a una cámara llena de líquido, donde continuaron sumergiéndose a profundidades, dicen, de casi un kilómetro.

Lo más difícil, según los que sí tuvieron oportunidad de hablar con los acuanautas, según ellos, fue soportar el llenado de los pulmones con líquido y simplemente no morir de miedo. No se trata de cobardía. El miedo a atragantarse es una reacción natural del cuerpo. Cualquier cosa puede pasar. Espasmo de los pulmones o vasos cerebrales, incluso un ataque al corazón.

Cuando una persona entendió que el líquido en los pulmones no trae la muerte, sino que otorga vida a una gran profundidad, surgieron sensaciones bastante especiales, verdaderamente fantásticas. Pero solo aquellos que han experimentado tal inmersión saben sobre ellos.

Por desgracia, el trabajo, asombroso por su importancia, se detuvo por una razón elemental: debido a la falta de financiación. Los héroes-acuanautas recibieron el título de Héroes de Rusia y se retiraron. Los nombres de los submarinistas están clasificados hasta el día de hoy.

Aunque deberían haber sido honrados como los primeros astronautas, porque allanaron el camino hacia el hidroespacio profundo de la Tierra.

Ahora que se han retomado los experimentos sobre respiración líquida, se están realizando en perros, principalmente dachshunds. También experimentan estrés.

Pero los investigadores los compadecen. Por regla general, después de los experimentos submarinos, los llevan a vivir a sus casas, donde los alimentan con manjares, rodeados de cariño y cuidados.