"Liquid hingamine" sobib seni ainult koertele. Hingake vedelikku: Vene teadlased on väljamõeldised reaalsuseks muutnud

Teaduslikud uuringudära peatu päevaks, progress läheb edasi, andes inimkonnale üha uusi avastusi. Sajad teadlased ja nende assistendid töötavad elusolendite uurimise ja ebatavaliste ainete sünteesimise alal. Terved osakonnad katsetavad, katsetavad erinevaid teooriaid ja mõnikord panevad avastused kujutlusvõimet imestama – lõppude lõpuks võib see, millest võis vaid unistada, saada reaalsuseks. Nad arendavad ideid ja küsimused inimese külmutamise kohta krüokambris koos järgneva sulatamisega sajandi pärast või vedeliku hingamise võime kohta pole nende jaoks lihtsalt fantastiline lugu. Nende raske töö võib need fantaasiad teoks teha.

Teadlased on pikka aega mures olnud küsimuse pärast: kas inimene saab vedelikku hingata?

Kas inimene vajab vedelat hingamist

Ärge säästke jõudu, aega, ei sularaha selliste uuringute jaoks. Ja üks neist küsimustest, mis on enim valgustatud meeli aastakümneid muret tekitanud, on järgmine – kas inimesel on vedelikuhingamine võimalik? Kas kopsud suudavad hapnikku omastada mitte spetsiaalsest vedelikust? Neile, kes kahtlevad seda tüüpi hingamise tegelikus vajaduses, saame anda vähemalt 3 paljutõotavad suunad kus see inimesele kasuks tuleb. Kui nad muidugi suudavad seda ellu viia.

• Esimene suund on sukeldumine suured sügavused. Nagu teate, kogeb sukelduja sukeldumisel survet veekeskkond mis on õhust 800 korda tihedam. Ja see suureneb 1 atmosfääri võrra iga 10 meetri sügavusel. Selline järsk rõhu tõus on tulvil väga ebameeldivat mõju - veres lahustunud gaasid hakkavad mullidena keema. Seda nähtust nimetatakse "kessonihaiguseks", see mõjutab sageli neid, kes on aktiivselt seotud. Samuti on sügavas vees ujudes oht saada hapniku- või lämmastikumürgitus, kuna sellistes tingimustes muutuvad need meile elutähtsad gaasid väga mürgiseks. Et sellega kuidagi võidelda, kasutavad nad kas spetsiaalseid hingamissegusid või jäikaid skafandreid, mis hoiavad enda sees 1 atmosfääri rõhku. Aga kui vedelikuhingamine oleks võimalik, saaks sellest probleemile kolmas, lihtsaim lahendus, sest hingamisteede vedelik ei küllasta keha lämmastiku ja inertgaasidega ning pole vaja pikka dekompressiooni.
• Teine kasutusviis on ravim. Hingamisvedelike kasutamine selles võib päästa enneaegsete imikute elusid, sest nende bronhid on vähearenenud ja ventilaatorid võivad neid kergesti kahjustada. Teatavasti täituvad emakas embrüo kopsud vedelikuga ja sünnihetkeks koguneb sinna kopsu pindaktiivset ainet – ainete segu, mis ei lase kudedel õhu sissehingamisel kokku kleepuda. Kuid varajase sünnituse korral nõuab hingamine lapselt liiga palju jõudu ja see võib lõppeda surmaga.

Ajalool on pretsedent vedeliku täieliku ventilatsiooni kasutamisele ja see pärineb 1989. aastast. Seda rakendas T. Shaffer, kes töötas Temple'i ülikoolis (USA) lastearstina, päästes enneaegseid lapsi surmast. Paraku katse ebaõnnestus, kolm väikest patsienti ei jäänud ellu, kuid tasub mainida, et surma põhjustasid muud põhjused, mitte vedelhingamise meetod ise.

Sellest ajast peale pole täielikult ventileeritud inimese kopse julgenud, kuid 90ndatel viidi raske põletikuga patsientidele osaline vedelikuventilatsioon. Sel juhul täidetakse kopsud ainult osaliselt. Paraku oli meetodi tõhusus vastuoluline, kuna tavaline õhuventilatsioon töötas sama hästi.

• Rakendus astronautikas. Praeguse tehnoloogiataseme juures kogeb astronaut lennu ajal kuni 10 g g-jõude. Pärast seda läve on võimatu säilitada mitte ainult töövõimet, vaid ka teadvust. Jah, ja keha koormus on ebaühtlane ja piki tugipunkti, mille saab vedelikku sukeldades välistada, levib rõhk võrdselt kõikidesse keha punktidesse. See põhimõte on aluseks jäiga Libelle skafandri disainile, mis on täidetud veega ja võimaldab suurendada piirmäära 15-20 g-ni ja seda isegi inimkudede tiheduse piiratuse tõttu. Ja kui astronaut pole mitte ainult vedelikku kastetud, vaid ka tema kopsud on sellega täidetud, siis on tal võimalik kergesti taluda äärmuslikke ülekoormusi, mis ületavad 20 g piiri. Muidugi mitte lõpmatu, kuid lävi on väga kõrge, kui on täidetud üks tingimus – kopsudes ja keha ümber olev vedelik peab olema tihedusega võrdne veega.

Vedeliku hingamise teke ja areng

Esimesed katsed pärinevad eelmise sajandi 60ndatest aastatest. Olge esimene, kes kogeb arenevat tehnoloogiat vedel hingamine laborihiired ja -rotid olid sunnitud hingama mitte õhku, vaid soolalahust, mille rõhk oli 160 atmosfääri. Ja nad hingasid! Kuid tekkis probleem, mis ei võimaldanud neil sellises keskkonnas pikka aega ellu jääda – vedelik ei võimaldanud süsihappegaasi eemaldada.

Kuid katsed sellega ei piirdunud. Edasi hakati uurima orgaanilisi aineid, mille vesinikuaatomid asendati fluori aatomitega – nn perfluorosüsivesinikega. Tulemused olid palju paremad kui iidse ja primitiivse vedeliku omad, sest perfluorosüsinik on inertne, ei imendu kehasse ning lahustab suurepäraselt hapnikku ja vesinikku. Kuid asi oli täiuslikkusest kaugel ja sellesuunalised uuringud jätkusid.

Nüüd on selle ala parim saavutus perflubron (kaubanduslik nimi - "Liquivent"). Selle vedeliku omadused on hämmastavad:

1. Alveoolid avanevad paremini, kui see vedelik satub kopsudesse ja gaasivahetus paraneb.
2. See vedelik võib õhuga võrreldes kanda kaks korda rohkem hapnikku.
3. Madal keemistemperatuur võimaldab selle aurustamise teel kopsudest eemaldada.

Kuid meie kopsud ei ole loodud täiesti vedelaks hingamiseks. Kui täidate need täielikult perflubrooniga, on teil vaja membraani hapnikuga varustatud seadet, kütteelementi ja õhuventilatsiooni. Ja ärge unustage, et see segu on 2 korda paksem kui vesi. Seetõttu kasutatakse segaventilatsiooni, mille puhul kopsud täidetakse vedelikuga vaid 40%.

Aga miks me ei saa vedelikku hingata? Kõik süsinikdioksiidi tõttu, mis vedelas keskkonnas väga halvasti eemaldatakse. 70 kg kaaluv inimene peab iga minut 5 liitrit segu endast läbi ajama ja seda rahulikus olekus. Seega, kuigi meie kopsud on tehniliselt võimelised vedelikest hapnikku eraldama, on nad liiga nõrgad. Seega jääb vaid loota tulevastele uuringutele.

vesi nagu õhk

Et lõpuks maailmale uhkusega kuulutada - "Nüüd saab inimene vee all hingata!" - teadlased töötasid mõnikord välja hämmastavaid seadmeid. Nii lõid Ameerika biokeemikud 1976. aastal imeseadme, mis on võimeline veest hapnikku taastama ja sellega sukeldujale andma. Piisava aku mahutavuse korral võiks sukelduja jääda sügavusse hingama peaaegu lõputult.

Kõik sai alguse sellest, et teadlased alustasid uuringuid, mis põhinesid tõsiasjal, et hemoglobiin edastab õhku võrdselt hästi nii lõpustest kui ka kopsudest. Nad kasutasid oma venoosset verd, mis oli segatud polüuretaaniga – see kasteti vette ja see vedelik imab endasse hapnikku, mida vees heldelt lahustatakse. Edasi asendati veri spetsiaalse materjaliga ja selle tulemusena saadi seade, mis toimis nagu iga kala tavalised lõpused. Leiutise saatus on järgmine: selle omandas kindel ettevõte, kulutades sellele 1 miljon dollarit ja sellest ajast peale pole seadmest midagi kuulda. Ja loomulikult ta müüki ei läinud.

Kuid see pole nii peamine eesmärk teadlased. Nende unistus pole hingamisaparaat, nad tahavad õpetada inimest ennast vedelikku hingama. Ja katseid seda unistust teostada pole siiani loobutud. Nii viis näiteks üks Venemaa uurimisinstituutidest läbi kaasasündinud patoloogiaga - kõri puudumisega - vabatahtlikul vedeliku hingamise testid. Ja see tähendas, et tal lihtsalt ei olnud keha reaktsiooni vedelikule, milles vähimagi veetilgaga bronhidel kaasneb neelurõnga kokkusurumine ja lämbumine. Kuna tal seda lihast lihtsalt polnud, siis katse õnnestus. Kopsudesse kallati vedelikku, mida ta kõhuliigutuste abil kogu katse vältel segas, misjärel see rahulikult ja turvaliselt välja pumbati. Iseloomulik on see, et vedeliku soola koostis vastas vere soola koostisele. Seda võib pidada õnnestunuks ja teadlased väidavad, et varsti leiavad nad vedelikuhingamise meetodi, mis on kättesaadav ka ilma patoloogiateta inimestele.

Nii et müüt või reaalsus?

Hoolimata mehe kangekaelsusest, kes tahab kirglikult kõike vallutada võimalikud keskkonnad elupaigad, otsustab loodus ikkagi ise, kus elada. Paraku, hoolimata sellest, kui palju aega teadustööle kulutatakse, kui palju miljoneid kulutatakse, on ebatõenäoline, et inimesele on määratud hingata nii vee all kui ka maal. inimesed ja Mereelu Muidugi on neil palju ühist, kuid erinevusi on siiski palju rohkem. Kahepaikne poleks ookeani tingimusi talunud ja kui tal oleks õnnestunud kohaneda, oleks tee tagasi maale olnud tema jaoks suletud. Ja nagu akvalangistidega ikka, läksid amfiiblased randa vesiülikondades. Ja seetõttu, hoolimata sellest, mida entusiastid räägivad, on teadlaste otsus endiselt kindel ja pettumust valmistav - inimese pikk eluiga vee all on võimatu, selles osas on ebamõistlik minna vastuollu emakese loodusega ja kõik vedeliku hingamise katsed on hukule määratud. ebaõnnestumiseni.

Kuid ärge heitke meelt. Kuigi merepõhjast ei saa kunagi meie kodu, on meil olemas kõik kere mehhanismid ja tehnilised võimalused, et seal sagedased külalised olla. Nii et kas tasub kurb olla? Need keskkonnad on ju inimese poolt juba teatud määral vallutatud ja nüüd on tema ees avakosmose kuristikud.

Ja praegu võime kindlalt öelda, et ookeanisügavustest saab meie jaoks suurepärane töökoht. Kuid sihikindlus võib viia vee all väga õhukese tõelise hingamise jooneni, selle probleemi lahendamisega tuleb vaid vaeva näha. Ja milline on vastus küsimusele, kas muuta maatsivilisatsioon veealuseks, sõltub ainult inimesest endast.

Venemaa Täiustatud Uuringute Fond katsetab fondi juhi Vitali Davõdovi sõnul koertel sukeldujate jaoks mõeldud vedela hingamise tehnoloogiat.

«Ühes tema laboris käib töö vedelikuhingamise kallal. Kuigi katseid tehakse koertega. Meie juures kasteti üks punane taks suurde kolbi veega, nägu allapoole. Näib, milleks looma mõnitada, nüüd ta lämbub. Ei. Ta istus vee all 15 minutit. Rekord on 30 minutit. Uskumatu. Selgub, et koera kopsud olid täidetud hapnikurikka vedelikuga, mis võimaldas tal vee all hingata. Kui nad ta välja tõmbasid, oli ta pisut loid – öeldakse, et alajahtumise tõttu (ja ma arvan, et kellele meeldib kõigi silme all purgis vee all kleepida), kuid mõne minuti pärast muutus ta päris omaette. Varsti tehakse inimestega katseid, ”ütles RG korrespondent Igor Chernyak.

"See kõik tundus fantaasialoona. kuulus film"Kuristik", kus inimene sai laskuda suurele sügavusele skafandris, mille kiiver oli vedelikuga täidetud. Allveelaev hingas sellega. Nüüd pole see enam fantaasia,” kirjutab ta.

Korrespondendi sõnul hõlmab "vedeliku hingamise tehnoloogia kopsude täitmist spetsiaalse hapnikuga küllastunud vedelikuga, mis tungib verre."

„Sihtasutus Täiustatud teadustöö andis heakskiidu ainulaadse projekti elluviimiseks, töid teeb Töömeditsiini Uurimise Instituut. Plaanis on luua spetsiaalne ülikond, mis on kasulik mitte ainult allveelaevadele, vaid ka pilootidele, aga ka astronautidele,” räägib ta.

Davõdov rääkis korrespondendile, et koertele on loodud spetsiaalne kapsel, mis on sukeldatud hüdrokambrisse. kõrge vererõhk. "Sellel Sel hetkel koerad võivad kuni 500 meetri sügavusel hingata ilma tervisemõjudeta üle poole tunni. «Kõik katsekoerad jäid ellu ja tunnevad end pärast pikaajalist vedelikuhingamist hästi,» ütles fondi juhataja.

Edasi kirjutab ajaleht: „Vähesed teavad, et meie riigis on juba tehtud katseid vedela hingamise kohta inimestel. Andis hämmastavaid tulemusi. Akvanaudid hingasid vedelikku poole kilomeetri sügavusel või rohkemgi. Seda lihtsalt inimesed oma kangelaste kohta ei teadnud.

1980. aastatel töötas NSVL välja ja asus ellu viima tõsist programmi inimeste põhjalikuks päästmiseks.

Kavandanud ja isegi tellinud eripääste allveelaevad. Uuriti inimese kohanemisvõimalusi sadade meetrite sügavusega. Veelgi enam, akvanaut pidi sellisel sügavusel olema mitte raskes tuukriülikonnas, vaid kerges isoleeritud märjas, mille selja taga olid akvalangivarustus, tema liigutusi ei piiranud miski.

Niivõrd kui Inimkeha koosneb peaaegu täielikult veest, siis pole sügav surve talle iseenesest ohtlik. Keha tuleks lihtsalt selleks ette valmistada, tõstes survekambris rõhku vajaliku väärtuseni. peamine probleem erinevas. Kuidas hingata kümnete atmosfääride rõhul? Värske õhk muutub kehale mürgiks. Seda tuleb lahjendada spetsiaalselt valmistatud gaasisegudes, tavaliselt lämmastik-heelium-hapnik.

Nende retsept - erinevate gaaside proportsioonid - on kõige rohkem suur saladus kõigis riikides, kus sarnased uuringud on käimas. Aga väga suur sügavus ja heeliumi segud ei päästa. Kopsud peavad olema vedelikuga täidetud, et need ei lõhkeks. Mis on vedelik, mis kopsudesse sattudes ei põhjusta lämbumist, vaid kannab alveoolide kaudu kehasse hapnikku – saladus saladustest.

Seetõttu viidi kogu töö akvanautidega NSV Liidus ja seejärel Venemaal läbi rubriigi "täiesti salajane".

Sellegipoolest on üsna usaldusväärset teavet selle kohta, et 1980. aastate lõpus asus Mustal merel süvaveejaam, milles elasid ja töötasid katseallveelaevad. Nad läksid merele, riietasid ainult märja ülikonda, seljas akvalangivarustus, ja töötasid 300–500 meetri sügavusel. Nende kopsudesse juhiti rõhu all spetsiaalne gaasisegu.

Eeldati, et kui allveelaev on hädas ja vajus põhja, siis saadetakse sellele päästeallveelaev. Akvanaudid valmistatakse eelnevalt ette tööks sobival sügavusel.

Kõige raskem on vastu pidada kopsude vedelikuga täitumisele ja mitte lihtsalt hirmust surra.

Ja kui päästeallveelaev katastroofikohale läheneb, lähevad kerge varustusega sukeldujad ookeani, kontrollivad hädaabikaatrit ja aitavad meeskonda spetsiaalsete süvamere allveelaevade abil evakueerida.

NSV Liidu lagunemise tõttu ei olnud neid töid võimalik lõpetada. Kuid need, kes töötasid sügavuti, said ikkagi Nõukogude Liidu kangelaste tähed.

See on ilmselt ulme klišee: teatud viskoosne aine siseneb ülikonda või kapslisse väga kiiresti ja peategelaneäkitselt avastab ise, kui kiiresti kaotab ta enda kopsudest ülejäänud õhu ja tema sisemus on täidetud ebatavalise vedelikuga, mille varjund on lümfist vereni. Lõpuks satub ta isegi paanikasse, kuid võtab paar instinktiivset lonksu, õigemini ohkab, ja tõdeb üllatusega, et suudab seda eksootilist segu hingata nii, nagu hingaks ta tavalist õhku.

Kas me oleme nii kaugel vedelikuhingamise idee mõistmisest? Kas vedelat segu on võimalik hingata ja kas selleks on reaalne vajadus? Selle tehnoloogia kasutamiseks on kolm paljutõotavat viisi: meditsiin, sukeldumine suurde sügavusse ja astronautika.

Surve sukelduja kehale suureneb iga kümne meetriga ühe atmosfääri võrra. Rõhu järsu languse tõttu võib alata dekompressioonhaigus, mille ilmingutega hakkavad veres lahustunud gaasid mullidega keema. Samuti kl kõrgsurve võimalik hapniku- ja narkootilise lämmastiku mürgistus. Selle kõigega võideldakse spetsiaalsete hingamisteede segude kasutamisega, kuid need ei anna mingeid garantiisid, vaid vähendavad ainult ebameeldivate tagajärgede tõenäosust. Muidugi võib kasutada sukeldumisülikondi, mis hoiavad sukelduja kehale ja tema hingamissegule survet täpselt ühe atmosfäärini, kuid need on omakorda suured, kohmakad, raskendavad liikumist ja ka väga kallid.

Vedel hingamine võib pakkuda sellele probleemile kolmanda lahenduse, säilitades samal ajal elastsete märgade ülikondade liikuvuse ja jäikade ülikondade madala riski. Hingamisvedelik, erinevalt kallitest hingamissegudest, ei küllasta keha heeliumi ega lämmastikuga, mistõttu ei ole vaja ka aeglast dekompressiooni, et vältida dekompressioonihaigust.

Meditsiinis saab vedelhingamist kasutada enneaegsete imikute ravis, et vältida kopsude vähearenenud bronhide kahjustamist ventilaatorite õhu rõhu, mahu ja hapniku kontsentratsiooni tõttu. Erinevate segude valik ja testimine enneaegse loote ellujäämise tagamiseks algas juba 90ndatel. Täieliku peatumise või osalise hingamispuudulikkusega on võimalik kasutada vedelat segu.

Kosmoselend on seotud suurte ülekoormustega ja vedelikud jaotavad rõhku ühtlaselt. Kui inimene on vedelikku sukeldatud, siis ülekoormuste ajal läheb rõhk kogu tema kehale, mitte konkreetsetele tugedele (tooli seljatoed, turvavööd). Seda põhimõtet kasutati Libelle g-suit’i loomisel, mis on jäik veega täidetud skafandr, mis võimaldab piloodil püsida teadvusel ja tõhusana isegi üle 10 g g-jõudude juures.

Seda meetodit piirab inimkeha koe ja kasutatava immersioonivedeliku tiheduse erinevus, seega on piir 15-20g. Kuid võite minna kaugemale ja täita kopsud veele lähedase vedelikuga. Täielikult vedelikku sukeldunud ja hingav astronaut tunneb ülisuurte g-jõudude mõju suhteliselt vähe, kuna vedelikus olevad jõud jaotuvad igas suunas ühtlaselt, kuid mõju on siiski tingitud tema kehakudede erinevast tihedusest. . Limiit jääb ikka alles, aga see on kõrge.

Esimesed vedelikuhingamise katsed viidi läbi eelmise sajandi 60ndatel laborihiirte ja -rottidega, kes olid sunnitud soolalahust sisse hingama. kõrge sisaldus lahustunud hapnik. See primitiivne segu võimaldas loomadel teatud aja ellu jääda, kuid see ei suutnud eemaldada süsihappegaasi, mistõttu loomade kopsud said pöördumatult kahjustatud.

Hiljem alustati tööd perfluorosüsivesinikega ja nende esimesed tulemused olid palju paremad. paremaid tulemusi soolalahuse katsed. Perfluorosüsivesinikud on orgaaniline aine, milles kõik vesinikuaatomid on asendatud fluori aatomitega. Perfluorosüsivesinike ühenditel on omadus lahustada nii hapnikku kui ka süsihappegaasi, need on väga inertsed, värvitud, läbipaistvad, ei suuda põhjustada kopsukoe kahjustusi ega imendu organismi.

Sellest ajast alates on hingamisvedelikke täiustatud, seni kõige arenenum lahendus kannab nime perflubron või "Liquivent" (kaubanduslik nimetus). Sellel õlitaolisel läbipaistval vedelikul, mille tihedus on kaks korda suurem kui vee tihedus, on palju kasulikud omadused: suudab kanda kaks korda rohkem hapnikku kui tavaline õhk madal temperatuur keeb, seetõttu eemaldatakse see pärast kasutamist lõplikult kopsudest aurustamise teel. Selle vedeliku mõjul olevad alveoolid avanevad paremini ja aine pääseb nende sisule ligi, see parandab gaasivahetust.

Kopsud võivad vedelikuga täielikult täituda, selleks on vaja membraani hapnikuga varustatud seadet, kütteelementi ja sundventilatsiooni. Aga sisse kliiniline praktika enamasti nad seda ei tee, vaid kasutavad vedelat hingamist koos tavapärase gaasiventilatsiooniga, täites kopsud perflubrooniga vaid osaliselt, ligikaudu 40% kogumahust.

Kaader filmist The Abyss, 1989

Mis takistab meil vedelat hingamist kasutamast? Hingamisvedelik on viskoosne ja eemaldab halvasti süsinikdioksiidi, mistõttu on vaja kopsude sundventilatsiooni. Süsinikdioksiidi eemaldamiseks tavaline inimene kaaludes 70 kilogrammi, on vaja voolukiirust 5 liitrit minutis või rohkem ja seda on vedelike kõrget viskoossust arvestades palju. Kell kehaline aktiivsus vajalik vooluhulk ainult suureneb ja on ebatõenäoline, et inimene suudab liigutada 10 liitrit vedelikku minutis. Meie kopsud pole lihtsalt ette nähtud vedelikku hingama ega suuda iseseisvalt selliseid koguseid pumpada.

Kasutamine positiivseid jooni hingamisvedelikud lennunduses ja astronautikas võivad samuti jääda igaveseks unistuseks – g-ülikonna jaoks peab kopsudes leiduv vedelik olema sama tihedusega kui vesi ja perflubron on kaks korda raskem.

Jah, meie kopsud on tehniliselt võimelised teatud hapnikurikast segu "hingama", kuid kahjuks saame seda hetkel teha vaid mõne minuti, kuna meie kopsud ei ole piisavalt tugevad, et hingamissegu pikka aega ringlema panna. . Olukord võib tulevikus muutuda, jääb üle vaid suunata lootused selle valdkonna teadlaste poole.

28. detsember 2017

Alates 2016. aastast, mil Sihtasutus Advanced Study (FPI) vedelhingamise projekti heaks kiitis, on avalikkus selle õnnestumisest väga huvitatud. Selle tehnoloogia võimaluste hiljutine demonstratsioon pani Interneti sõna otseses mõttes õhku. Asepeaminister Dmitri Rogozini ja Serbia presidendi Aleksandar Vučici kohtumisel kasteti taks kaheks minutiks akvaariumi, kus oli spetsiaalset hapnikuga küllastunud vedelikku. Pärast protseduuri on koer asepeaministri sõnul elus ja terve.

Mulle isiklikult jääb muidugi arusaamatuks, miks ei torma sotsiaalvõrgustikes koera haletsejate rahvahulgad kaitsma näiteks hiiri ja küülikuid, kes instituutides üldjuhul partiidena surevad. Ja see on ka huvitav, nad arvavad, et näiteks kuninganna on ka julm ja südametu - ta annetas inimkonna hüvanguks rohkem kui ühe koera. Ja siin, a. Olgu, me ei räägi sellest üldse.

Mis see vedelik oli? Kas vedelikku saab hingata? Ja kuidas on lood selles teadusliku uurimistöö valdkonnas?

Et oleks selge, miks nimetatakse avastust tõeliseks läbimurdeks. Veel 80ndate lõpus kaaluti vedeliku hingamist Ulme. Seda kasutasid Ameerika režissööri James Cameroni filmi "The Abyss" kangelased. Ja isegi pildil nimetati seda eksperimentaalseks arendamiseks.

Inimesi ja loomi on pikka aega püütud õpetada vedelikku hingama. Esimesed katsed 60ndatel olid ebaõnnestunud, katsehiired ei elanud kuigi kaua. Inimestel katsetati enneaegsete imikute päästmiseks vedela kopsuventilatsiooni tehnikat Ameerika Ühendriikides vaid üks kord. Ühtegi kolmest beebist ei õnnestunud aga elustada.

Siis kasutati perftoraani hapniku kopsudesse viimiseks, seda kasutatakse ka vereasendajana. Peamine probleem oli selles, et seda vedelikku ei suudetud piisavalt puhastada. Süsinikdioksiid oli selles halvasti lahustunud ja pikemaks hingamiseks oli vaja kopsude sundventilatsiooni. Keskmise kehaehitusega ja keskmist kasvu mees puhkeolekus pidi endast läbi ajama 5 liitrit vedelikku minutis, koormustega - 10 liitrit minutis. Kopsud ei ole sellisteks koormusteks kohandatud. Meie teadlastel õnnestus see probleem lahendada.

Vedelhingamine, kopsude vedelventilatsioon - hingamine hästi hapnikku lahustava vedeliku abil. peal Sel hetkel selliste tehnoloogiatega viidi läbi vaid mõned katsed.

Vedeliku hingamine hõlmab kopsude täitmist lahustunud hapnikuga küllastunud vedelikuga, mis tungib verre. Selleks otstarbeks peetakse sobivaimaks perfluorosüsivesinike ühendeid, mis lahustavad hästi hapnikku ja süsihappegaasi, on madala pindpinevusega, väga inertsed ja organismis ei metaboliseeru.

Kopsude osaline vedelventilatsioon on praegu erinevate hingamishäirete kliinilistes uuringutes. Kopsude vedela ventilatsiooni jaoks on välja töötatud mitmeid meetodeid, sealhulgas ventilatsioon perfluorosüsivesinike aurude ja aerosoolide abil.

Kopsude täielik vedelikuventilatsioon seisneb kopsude täielikus vedelikuga täitmises. Kopsude täieliku vedelikuventilatsiooni katsed viidi läbi loomadega 1970. ja 1980. aastatel NSV Liidus ja USA-s. Näiteks 1975. aastal Kardiovaskulaarkirurgia Instituudis. Professor F. F. Beloyartsev A. N. Bakuleva tegi riigis esmakordselt tööd pikaajalise ekstrapulmonaalse hapnikuga varustamise alal, kasutades fluorosüsiniku oksügenaatoreid ja kopsudes gaasilise keskkonna asendamist vedela perfluorosüsinikuga. Need katsed pole aga sellest etapist veel väljunud. Selle põhjuseks on asjaolu, et uuritud ühenditel, mis sobivad kopsude vedelaks ventilatsiooniks, on mitmeid puudusi, mis oluliselt piiravad nende rakendatavust. Eelkõige ei leitud meetodeid, mida saaks pidevalt rakendada.

Eeldatakse, et vedelikuhingamist saab kasutada süvamere sukeldumisel, kosmoselendudel kui ühe vahendina teatud haiguste kompleksravis.

Vene Föderatsioonis tegeleb vedelikuhingamise alal eksperimentide ja arendustega teadlane, arst, tehnoloogiaarendaja ja vedelikuhingamisaparaadi leiutaja Andrei Viktorovitš Filippenko. Teadlase arengud on tuntud nii Venemaal kui ka välismaal. Filippenko on aktiivne MD PhD spetsialist vedelikuhingamise, kopsude patofüsioloogia, taastava meditsiini, farmakoloogiliste testimiste ja meditsiiniseadmete arendamise alal. Koostanud üle 20 teadusliku ja tehnilise aruande ning avaldanud umbes 30 teaduslikud artiklid vene keeles ja välisajakirjandus. Ta on esinenud arvukatel vedelhingamise ja allveelaevade päästealastel konverentsidel, sealhulgas Venemaal, Saksamaal, Belgias, Rootsis, Suurbritannias ja Hispaanias. Tal on dekompressioonigaasimullide ultraheli asukoha määramise meetodi autoriõiguse sertifikaadid jne. 2014. aastal sõlmis Andrey Viktorovich Filippenko lepingu Täiustatud Uurimisfondiga, millega töö kestis 2016. aastani.

"Teadlased on sünteesinud aineid, mida looduses ei eksisteeri – perfluorosüsivesinikke, milles molekulidevahelised jõud on nii väikesed, et neid peetakse millekski vedeliku ja gaasi vahepealseks. Nad lahustavad endas hapnikku 18-20 korda rohkem kui vees," räägib teadlane. arstiteaduste doktor Jevgeni Mayevsky, professor, Venemaa Teaduste Akadeemia Teoreetilise ja Eksperimentaalse Biofüüsika Instituudi bioloogiliste süsteemide energeetika labori juhataja, üks perftoraani, nn sinise vere loojatest. Ta on perfluorosüsivesinike meditsiiniliste rakendustega tegelenud alates 1979. aastast.

Kell osaline rõhk Ainult 2,3 milliliitrit hapnikku lahustub ühes atmosfääris 100 milliliitris vees. Samadel tingimustel võivad perfluorosüsivesinikud sisaldada kuni 50 milliliitrit hapnikku. See muudab need potentsiaalselt hingavaks.

"Näiteks iga 10 meetri järel sügavusele sukeldudes tõuseb rõhk vähemalt ühe atmosfääri võrra. rinnakorv ja kopsud kahanevad sedavõrd, et gaasilises keskkonnas muutub hingamine võimatuks. Ja kui kopsudes on gaasi kandev vedelik, mis on palju tihedam kui õhk ja isegi vesi, siis saavad nad toimida. Hapnik võib lahustuda perfluorosüsivesinikes ilma lämmastiku lisamiseta, mida õhus leidub rohkesti ja mille lahustumine kudedes on sügavusest tõusmisel üks olulisemaid dekompressioonhaiguse põhjuseid,“ jätkab Maevsky.

Hapnik siseneb verre vedelikust, mis täidab kopse. Samuti võib see lahustada veres sisalduvat süsinikdioksiidi.

Vedeliku hingamise põhimõtet valdavad kalad suurepäraselt. Nende lõpused lasevad endast läbi kolossaalse koguse vett, võtavad ära seal lahustunud hapniku ja annavad selle verre. Inimesel puuduvad lõpused ja kogu gaasivahetus toimub kopsude kaudu, mille pindala on umbes 45 korda suurem keha pindalast. Õhu juhtimiseks neist läbi hingame sisse ja välja. Hingamislihased aitavad meid selles. Kuna perfluorosüsivesinikud on õhust tihedamad, on nende abil pinnal hingamine väga problemaatiline.

"See on teadus ja kunst selliste perfluorosüsivesinike valimisel, et hõlbustada hingamislihaste tööd ja vältida kopsukahjustusi. Palju sõltub vedeliku hingamise protsessi kestusest, sellest, kas see toimub jõuliselt või spontaanselt," järeldab teadlane. .

Põhimõttelisi takistusi inimesel vedeliku sissehingamisel siiski ei ole. Jevgeni Mayevsky usub, et Venemaa teadlased viivad demonstreeritud tehnoloogia ka siia praktilise rakendamise lähiaastatel.

Elustamisest allveelaevade päästmiseni

Teadlased hakkasid perfluorosüsivesinikke kaaluma alternatiivina hingamisgaaside segudele eelmise sajandi keskel. 1962. aastal avaldas Hollandi teadlane Johannes Kylstra artikli "Of mice as fish", milles kirjeldatakse katset närilisega, kes asetati hapnikuga küllastunud soolalahusesse rõhul 160 atmosfääri. Loom jäi ellu 18 tundi. Seejärel hakkas Kilstra katsetama perfluorosüsivesinikega ja juba 1966. aastal Clevelandi lastehaiglas (USA) püüdis füsioloog Leland C. Clark neid kasutada tsüstilise fibroosiga vastsündinute hingamise parandamiseks. See on geneetiline haigus, mille puhul laps sünnib vähearenenud kopsudega, tema alveoolid vajuvad kokku, mis takistab hingamist. Selliste patsientide kopse loputatakse hapnikurikka soolalahusega. Clark otsustas, et parem on seda teha hapnikku sisaldava vedelikuga. See teadlane tegi hiljem palju vedela hingamise arendamiseks.

1970. aastate alguses tekkis NSVL-s huvi vedeliku "hingamise" vastu, seda suuresti tänu Leningradi vereülekande uurimisinstituudi labori juhatajale Zoja Aleksandrovna Tšaplõginale. Sellest instituudist sai üks vereasendajate - perfluorosüsivesinike emulsioonidel ja modifitseeritud hemoglobiini lahustel põhinevate hapnikukandjate - loomise projekti juhtidest.

Felix Beloyartsev ja Khalid Khapiy töötasid südame-veresoonkonna kirurgia instituudis aktiivselt nende ainete kasutamise kallal kopsude pesemiseks.

"Meie katsetes kannatasid väikeloomade kopsud mõnevõrra, kuid nad kõik jäid ellu," meenutab Jevgeni Mayevsky.

Hingamissüsteem vedeliku abil töötati välja suletud teemal Leningradi ja Moskva instituutides ning alates 2008. aastast Samara Riikliku Lennundusülikooli aerohüdrodünaamika osakonnas. Nad valmistasid "Merineitsi" tüüpi kapsli vedeliku hingamise harjutamiseks sukeldujate hädaolukorras suurest sügavusest päästmiseks. Alates 2015. aastast on arendust testitud Sevastopolis Tereki teemal, mida toetab FPI.

Tuumaprojekti pärand

Perfluorosüsivesinikud (perfluorosüsivesinikud) on orgaanilised ühendid, kus kõik vesinikuaatomid on asendatud fluori aatomitega. Seda rõhutab ladina eesliide "per-", mis tähendab täielikkust, terviklikkust. Neid aineid looduses ei leidu. Neid üritati sisse sünteesida XIX lõpus sajandil, kuid see õnnestus tõeliselt alles pärast II maailmasõda, kui neid oli vaja tuumatööstuse jaoks. Nende tootmise NSV Liidus asutas akadeemik Ivan Ludwigovitš Knunyants, Venemaa Teaduste Akadeemia Majandusinstituudi fluororgaaniliste ühendite labori asutaja.

"Perfluorosüsivesinikke kasutati rikastatud uraani saamise tehnoloogias. NSV Liidus oli nende suurim arendaja. Riiklik Instituut rakenduskeemia Leningradis. Praegu toodetakse neid Kirovo-Tšepetskis ja Permis," räägib Mayevsky.

Väliselt näevad vedelad perfluorosüsivesinikud välja nagu vesi, kuid on märgatavalt tihedamad. Nad ei reageeri leeliste ja hapetega, ei oksüdeeru ja lagunevad temperatuuril üle 600 kraadi. Tegelikult peetakse neid keemiliseks inertsed ühendid. Nende omaduste tõttu kasutatakse perfluorosüsivesinikmaterjale elustamis- ja regeneratiivmeditsiinis.

"On selline operatsioon – bronhide loputus, kui narkoosi all olevat inimest pestakse ühe kopsuga ja siis teisega. 80ndate alguses jõudsime koos Volgogradi kirurgi A. P. Saviniga järeldusele, et seda protseduuri on kõige parem teha perfluorosüsinik emulsiooni kujul," toob Jevgeni Mayevsky näite.

Neid aineid kasutatakse aktiivselt oftalmoloogias, haavade paranemise kiirendamiseks, haiguste, sealhulgas vähi diagnoosimisel. AT viimased aastad välismaal arendatakse perfluorosüsivesinikke kasutavat TMR diagnostika meetodit. Meie riigis viib neid uuringuid edukalt läbi Moskva Riikliku Ülikooli teadlaste meeskond. M. V. Lomonosov akadeemik Aleksei Khokhlovi, INEOS, ITEB RAS ja IEP (Serpuhhov) juhendamisel.

On võimatu rääkimata tõsiasjast, et neid aineid kasutatakse õlide, määrdeainete valmistamiseks tingimustes töötavate süsteemide jaoks kõrged temperatuurid sealhulgas reaktiivmootorid.

Allikad:

Venemaa Täiustatud Uuringute Fond on alustanud koertel sukeldujate jaoks mõeldud vedela hingamise tehnoloogia katsetamist.

Sellest rääkis fondi peadirektori asetäitja Vitali Davõdov. Tema sõnul on täismahus testid juba käimas.

Ühes tema laboris käib töö vedela hingamise kallal. Kuigi katseid tehakse koertega. Meie juures kasteti üks punane taks suurde kolbi veega, nägu allapoole. Näib, milleks looma mõnitada, nüüd ta lämbub. Ei. Ta istus vee all 15 minutit. Rekord on 30 minutit. Uskumatu. Selgub, et koera kopsud olid täidetud hapnikurikka vedelikuga, mis võimaldas tal vee all hingata. Kui nad ta välja tõmbasid, oli ta pisut loid – öeldakse, et alajahtumise tõttu (ja ma arvan, et kellele meeldib kõigi silme all purgis vee all kleepida), kuid mõne minuti pärast muutus ta päris omaette. Varsti tehakse inimestega katseid, " ütleb ajakirjanik " Vene ajaleht" Igor Tšernyak, kellest sai ebatavaliste testide pealtnägija.

Kõik see sarnanes kuulsa filmi "Kuristik" fantastilise süžeega, kus inimene võis laskuda suurele sügavusele skafandris, mille kiiver oli vedelikuga täidetud. Allveelaev hingas sellega. Nüüd pole see enam fantaasia.

Vedeliku hingamise tehnoloogia hõlmab kopsude täitmist spetsiaalse hapnikuga küllastunud vedelikuga, mis tungib verre. Teadusuuringute Sihtasutus kiitis heaks ainulaadse projekti elluviimise, töid teeb Töömeditsiini Uurimise Instituut. Plaanis on luua spetsiaalne ülikond, mis on kasulik mitte ainult allveelaevadele, vaid ka pilootidele ja astronautidele.

Nagu Vitali Davõdov TASS-i korrespondendile rääkis, loodi koertele spetsiaalne kapsel, mis sukeldati kõrgsurve hüdrokambrisse. Hetkel saavad koerad kuni 500 meetri sügavusel hingata tervisekahjustusteta üle poole tunni. "Kõik katsekoerad jäid ellu ja tunnevad end pärast pikaajalist vedelikuhingamist hästi," kinnitas FPI juhataja asetäitja.

Vähesed teavad, et meie riigis on inimestega juba tehtud katseid vedeliku hingamise kohta. Andis hämmastavaid tulemusi. Akvanaudid hingasid vedelikku poole kilomeetri sügavusel või rohkemgi. Seda lihtsalt inimesed oma kangelaste kohta ei teadnud.

1980. aastatel töötas NSVL välja ja asus ellu viima tõsist programmi inimeste põhjalikuks päästmiseks.

Projekteeriti ja isegi võeti kasutusele spetsiaalsed päästeallveelaevad. Uuriti inimese kohanemisvõimalusi sadade meetrite sügavusega. Veelgi enam, akvanaut pidi sellisel sügavusel olema mitte raskes tuukriülikonnas, vaid kerges isoleeritud märjas, mille selja taga olid akvalangivarustus, tema liigutusi ei piiranud miski.

Kuna inimkeha koosneb peaaegu täielikult veest, pole sügav surve tema jaoks iseenesest ohtlik. Keha tuleks lihtsalt selleks ette valmistada, tõstes survekambris rõhku vajaliku väärtuseni. Põhiprobleem on mujal. Kuidas hingata kümnete atmosfääride rõhul? Puhas õhk muutub kehale mürgiks. Seda tuleb lahjendada spetsiaalselt valmistatud gaasisegudes, tavaliselt lämmastik-heelium-hapnik.

Nende retsept - erinevate gaaside proportsioonid - on suurim saladus kõigis riikides, kus sarnased uuringud on käimas. Kuid väga suurel sügavusel heeliumi segud ei päästa. Kopsud peavad olema vedelikuga täidetud, et need ei lõhkeks. Mis on vedelik, mis kopsudesse sattudes ei põhjusta lämbumist, vaid kannab alveoolide kaudu kehasse hapnikku – saladus saladustest.

Seetõttu viidi kogu töö akvanautidega NSV Liidus ja seejärel Venemaal läbi rubriigi "täiesti salajane".

Sellegipoolest on üsna usaldusväärset teavet selle kohta, et 1980. aastate lõpus asus Mustal merel süvamere jaam, milles elasid ja töötasid katseallveelaevad. Nad läksid merele, riietasid ainult märja ülikonda, seljas akvalangivarustus, ja töötasid 300–500 meetri sügavusel. Nende kopsudesse juhiti rõhu all spetsiaalne gaasisegu.

Eeldati, et kui allveelaev on hädas ja vajus põhja, siis saadetakse sellele päästeallveelaev. Akvanaudid valmistatakse eelnevalt ette tööks sobival sügavusel.

Kõige raskem on vastu pidada kopsude vedelikuga täitumisele ja lihtsalt mitte hirmust surra.

Ja kui päästeallveelaev katastroofikohale läheneb, lähevad kerge varustusega sukeldujad ookeani, kontrollivad hädaabikaatrit ja aitavad meeskonda spetsiaalsete süvamere allveelaevade abil evakueerida.

NSV Liidu lagunemise tõttu ei olnud neid töid võimalik lõpetada. Kuid need, kes töötasid sügavuti, said ikkagi Nõukogude Liidu kangelaste tähed.

Tõenäoliselt jätkati meie ajal veelgi huvitavamaid uuringuid Peterburi lähedal ühe mereväe uurimisinstituudi baasil.

Ka seal tehti süvamereuuringute jaoks katseid gaasisegudega. Kuid mis kõige tähtsam, võib-olla esimest korda maailmas õppisid inimesed seal vedelikku hingama.

Oma unikaalsuse poolest olid need tööd palju keerulisemad kui näiteks astronautide ettevalmistamine Kuule lendudeks. Testijad olid allutatud tohutule füüsilisele ja psühholoogilisele stressile.

Esiteks kohandati akvanautide keha õhurõhukambris mitmesaja meetri sügavusele. Seejärel kolisid nad vedelikuga täidetud kambrisse, kus jätkasid sukeldumist nende sõnul peaaegu kilomeetri sügavusse.

Kõige raskem oli nende sõnul, kel oli veel võimalus akvanautidega juttu ajada, vastu pidada kopsude vedelikuga täitumisele ja mitte lihtsalt hirmust surra. Siin pole tegemist argpükslikkusega. Lämbumishirm on keha loomulik reaktsioon. Kõik võib juhtuda. Kopsude või ajuveresoonte spasm, isegi südameatakk.

Kui inimene sai aru, et kopsudes olev vedelik ei too surma, vaid kingib elu suures sügavuses, tekkisid täiesti erilised, tõeliselt fantastilised aistingud. Kuid neist teavad ainult need, kes on sellist keelekümblust kogenud.

Paraku jäi oma tähtsuselt hämmastav töö pooleli elementaarsel põhjusel – rahapuuduse tõttu. Kangelastele-akvanautidele omistati Venemaa kangelaste tiitel ja nad läksid pensionile. Allveelaevade nimed on salastatud tänapäevani.

Kuigi neid oleks pidanud austama kui esimesi astronauti, sest nemad sillutasid teed Maa sügavasse hüdroruumi.

Nüüd on uuesti alustatud vedelikuhingamise katseid, neid tehakse koertega, peamiselt taksikoertega. Nad kogevad ka stressi.

Kuid teadlastel on neist kahju. Reeglina viivad nad pärast veealuseid katseid nad oma koju elama, kus neid toidetakse maitsvaga, ümbritsetuna kiindumusest ja hoolitsusest.