Hingake vedelikku: Vene teadlased on väljamõeldised reaalsuseks muutnud. Inimesed on nagu kalad: kas on võimalik vedelikku hingata

28. detsember 2017

Kuna 2016. aastal kiitis Sihtasutus Kõrgema Õppimise (FPI) projekti heaks vedel hingamine, on avalikkus tema edust 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.

Mina isiklikult muidugi ei saa aru, miks sotsiaalvõrgustikes koera haletsejate massid ei torma kaitsma näiteks hiiri ja küülikuid, kes instituutides tegelikult 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 kliiniliste uuringute staadiumis. Kopsude vedelventilatsiooniks 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 doktorikraadi 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 autoriõiguse sertifikaadid dekompressioonigaasimullide ultraheli asukoha määramise meetodile jne. 2014. aastal sõlmis Andrey Viktorovich Filippenko lepingu Täiustatud Teadusuuringute Sihtasutusega, 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 valimiseks, 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 juhile 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 väikeste loomade 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 allveelaevade hädaolukorras. suur sügavus. 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:

Teadusuuringud ei peatu päevakski, areng jätkub, 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 suurde sügavusse. 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 surmav tulemus.

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 tõsta piiri 15-20 g-ni ja isegi siis, kuna inimkudede tihedus on piiratud. Ja kui astronaut pole mitte ainult vedelikku kastetud, vaid ka kopsudega täidetud, on tal võimalik kergesti taluda äärmist ülekoormust, mis ületab 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. Esimestena katsetasid tärkavat vedelikuhingamise tehnoloogiat laborihiired ja -rotid, kes 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 teatud ettevõte, kulutades sellele 1 miljon dollarit ja sellest ajast peale pole seadmest midagi kuulda. Ja loomulikult ta müüki ei läinud.

Aga 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.

Hiljuti kiitis Riikliku Kõrgkoolide Sihtasutuse teadus- ja tehnikanõukogu heaks "projekti, mille eesmärk on luua tehnoloogia allveelaevade päästmiseks vaba tõusu teel vedela hingamise meetodil", mille peaks ellu viima Moskva Töömeditsiini Instituut (sel ajal). kirjutamise ajal ei olnud instituudi juhtkond kommenteerimiseks saadaval). "Pööning" otsustas välja mõelda, mis on peidus salapärase fraasi "vedelik hingeõhk" taga.

Vedelhingamine on kõige muljetavaldavamalt näidatud James Cameroni filmis The Abyss.

Tõsi, sellisel kujul pole inimkatseid kunagi tehtud. Kuid üldiselt ei jää teadlased selle probleemi uurimisel Cameronile palju alla.

hiirtele meeldib kala

Esimene, kes näitas, et imetajad võivad põhimõtteliselt saada hapnikku mitte gaaside segust, vaid vedelikust, oli Johannes Kylstra meditsiinikeskus Duke'i ülikool (USA). Koos kolleegidega avaldas ta 1962. aastal ajakirjas teose "Mice as fish" (Of mice as fish). Ameerika kunstlike siseorganite ühingu tehingud.

Kilstra ja tema kolleegid kastsid hiired soolalahusesse. Selleks, et selles hingamiseks piisavalt hapnikku lahustada, "ajasid teadlased" gaasi kuni 160-atmosfäärilise rõhu all - 1,5 kilomeetri sügavusel. Nendes katsetes osalenud hiired jäid ellu, kuid mitte kuigi kaua: vedelikus oli piisavalt hapnikku, kuid ise hingamine, vedeliku sisse tõmbamine ja kopsudest välja tõukamine nõudis liiga palju pingutust.

"Aine Joe"

Sai selgeks, et tuleb valida vedelik, milles hapnik lahustub palju paremini kui vees. Nõutavad omadused olid kahte tüüpi vedelikel: silikoonõlid ja vedelad perfluorosüsivesinikud. Pärast Alabama ülikooli meditsiinikooli biokeemiku Leland Clarki katseid 1960. aastate keskel leiti, et mõlemat tüüpi vedelikke saab kasutada hapniku kopsudesse viimiseks. Katsetes olid hiired ja kassid täielikult kastetud nii perfluorosüsivesinike kui ka silikoonõlide sisse. Viimane osutus aga mürgiseks – katseloomad surid vahetult pärast katset. Kuid perfluorosüsivesinikud osutusid kasutamiseks üsna sobivaks.

Perfluorosüsivesinikke sünteesiti esmakordselt Manhattani projekti käigus aatompomm: teadlased otsisid aineid, mis uraaniühenditega suhtlemisel ei häviks, ja need läksid alla koodnimi Joe asjad. Need sobivad väga hästi vedeliku hingamiseks: "Joe ained" ei suhtle eluskudedega ja lahustavad suurepäraselt gaase, sealhulgas hapnikku ja süsinikdioksiidi. atmosfääri rõhk ja normaalne temperatuur Inimkeha.

Kilstra ja tema kolleegid on uurinud vedela hingamise tehnoloogiat, otsides tehnoloogiat, mis võimaldaks inimestel sukelduda ja pinnale hõljuda, kartmata kõverate tekkimist. Kiire tõus suurest sügavusest koos surugaasi juurdevooluga on väga ohtlik: gaasid lahustuvad rõhu all olevates vedelikes paremini, mistõttu sukelduja ülestõusmisel moodustavad veres lahustunud gaasid, eelkõige lämmastik, veresooni kahjustavad mullid. Tulemus võib olla kurb, isegi surmav.

1977. aastal esitas Kilstra USA mereväeministeeriumile arvamuse, milles kirjutas, et tema arvutuste kohaselt terve mees saavad perfluorosüsivesinike kasutamisel vajaliku koguse hapnikku ja vastavalt sellele on potentsiaalselt võimalik neid kasutada surugaasi asemel. Teadlane tõi välja, et selline võimalus avab uusi väljavaateid allveelaevade päästmiseks suurte käest.

Eksperimendid inimeste peal

Praktikas rakendati vedela hingamise tehnikat, mida tollal nimetati kopsude vedelaks ventilatsiooniks, inimestele ainult üks kord, 1989. aastal. Seejärel kasutas Temple'i ülikooli meditsiinikooli (USA) lastearst Thomas Shaffer ja tema kolleegid seda meetodit enneaegsete imikute päästmiseks. Emakas oleva loote kopsud täituvad vedelikuga ning kui inimene sünnib ja hakkab õhku hingama, ei lase kopsukudedel elu lõpuni kokku kleepuda ainete segu, mida nimetatakse kopsupindaktiivseks. Enneaegsetel imikutel ei ole aega õiges koguses koguneda ja hingamine nõuab väga suuri pingutusi, mis on täis surma. Toona aga imikute vedelventilatsioon ei päästnud: kõik kolm patsienti surid peagi, kuid selle kurva tõsiasja põhjuseks olid muud põhjused, mitte meetodi ebatäiuslikkus.

Rohkem katseid kopsude vedeliku täieliku ventilatsiooni kohta, nagu seda tehnoloogiat teaduslikult nimetatakse, ei ole inimeste peal tehtud. Kuid 1990. aastatel muutsid teadlased meetodit ja katsetasid raske kopsupõletikuga patsientidel osalist vedelikuventilatsiooni, mille puhul kopsud ei ole täielikult vedelikuga täidetud. Esimesed tulemused tundusid julgustavad, kuid lõpuks ei jõudnud see kliinilise rakenduseni – selgus, et sama hästi toimib ka tavaline kopsude õhuga ventilatsioon.

Ilukirjanduse patent

Teadlased on nüüd naasnud täieliku vedeliku ventilatsiooni kasutamise idee juurde. Fantastiline pilt tuukriülikonnast, milles inimene hingab spetsiaalse gaasisegu asemel vedelikku, on aga tegelikkusest kaugel, kuigi erutab avalikkuse kujutlusvõimet ja leiutajate meelt.

Nii patenteeris pensionil Ameerika kirurg Arnold Lande 2008. aastal vekasutava sukeldumisülikonna. Surugaasi asemel pakkus ta välja perfluorosüsivesinike kasutamise ning veres tekkiva süsihappegaasi ülejääk tuleks eemaldada tehislõpuste abil, mis on “kinni jäänud” otse sukelduja reieveeni. Leiutis sai teatava tuntuse pärast seda, kui üks väljaanne sellest kirjutas. The Independent.

Kanada Sherbrooke’i ülikooli vedelikuventilatsiooni spetsialisti Philippe Micheau sõnul tundub Lande projekt kahtlane. «Meie katsetes (Michot ja tema kolleegid viivad läbi katseid tallede ja küülikutega, kellel on terved ja kahjustatud kopsud – umbes "pööning") vedeliku koguhingamisel, on loomad tuimestuse all ega liiguta end. Seetõttu saame korraldada normaalse gaasivahetuse: hapniku kohaletoimetamise ja süsihappegaasi eemaldamise. Inimestele aadressil kehaline aktiivsus, nagu ujumine ja sukeldumine, hapniku kohaletoimetamine ja süsihappegaasi eemaldamine on probleemiks, kuna sellistes tingimustes on süsihappegaasi tootmine üle normi,” kommenteeris Michaud. Teadlane märkis ka, et reieluuveeni "kunstlike lõpuste" kinnitamise tehnoloogia on talle tundmatu.

"Vedeliku hingamise" peamine probleem

Veelgi enam, Michaud peab "vedeliku hingamise" ideed kahtlaseks, kuna inimese lihased ei ole kohandatud vedelikuga "hingamiseks", vaid tõhus süsteem pumbad, mis aitaksid inimese liikumisel ja töö tegemisel vedelikku kopsudest välja pumbata ja välja pumbata, pole veel välja töötatud.

"Ma pean sellest järeldama praegune etapp tehnoloogia arenedes on vedeliku ventilatsiooni meetodil sukeldumisülikonda võimatu välja töötada, ”usub teadlane.

Selle tehnoloogia rakendamist uuritakse aga jätkuvalt muudel, realistlikumatel eesmärkidel. Näiteks uppunuid aidata, kopse pesta millal mitmesugused haigused või kehatemperatuuri kiire langus (kasutatakse hüpoksilis-isheemilise ajukahjustusega täiskasvanute ja vastsündinute elustamise korral südameseiskuse ajal).

"Kõik pole nii lihtne, nagu täna esitleti. Vaene koer." Nende sõnadega kommenteerivad eksperdid eksperimenti, mida Dmitri Rogozin demonstreeris Serbia presidendile kui näidet viimastest teaduse arengutest Venemaal: koer suutis hingata mitte õhku, vaid vedelikku. Mis see tehnoloogia on ja kas see võib aidata Venemaa sõjaväge?

Asepeaminister Dmitri Rogozin kohtus teisipäeval Moskvas Serbia presidendi Aleksandar Vučiciga. viimaseid arenguid Vene sihtasutus täiustatud teadusuuringud (FPI). Rogozin märkis, et serblasest külalist võiks viia mõne hiiglasliku juurde tööstusettevõte, kuid palju huvitavam on "näita seda homset, kuhu me pürgime". Selline "programmi esiletõst" oli ainulaadne vedela hingamise projekt, mida esmakordselt avalikult demonstreeriti.

Nagu selgitas projektijuht, mereväearst Fjodor Arsenjev, on selle leiutise ülesandeks päästa hukkuva allveelaeva meeskond. Nagu teate, on alla 100 meetri sügavuselt dekompressioonihaiguse tõttu võimatu kiiresti pinnale tõusta. Selle vältimiseks on võimalik allveelaevale panna "lämmastikuvaba vedelikuga" aparaat, teatas TASS. Inimese kopse ei suruta kokku, mis võimaldab teil kiiresti pinnale tõusta ja põgeneda.

Serbia presidendi ette pandi spetsiaalsesse vedelikuga paaki koer, taksikoer. Mõne minutiga harjus ta sellega ja hakkas vedelikku ise "hingama". Pärast seda, kui laboritöötajad koera paagist välja võtsid, rätikuga kuivatasid, sai Serbia president isiklikult kontrollida, kas koer on korras. Vučić paitas koera ja tunnistas, et oli väga vaimustuses.

Unistus "Kahepaiksest mehest"

«Vedelikuhingamine meditsiinitehnoloogiana tähendab seda, et kopse ventileeritakse mitte õhuga, vaid hapnikuga küllastunud vedelikuga. Projekti raames lahendatakse teaduslik ülesanne uurida erinevate hapnikku kandvate ainete mõju iseärasusi gaasivahetusele ning imetajate rakkude, kudede ja elundite muudele funktsioonidele,“ ütles Täiustatud Teadusuuringute Sihtasutuse suhtekorraldusosakond. (FPI) ütles ajalehele VZGLYAD.

Üks suundi on biomeditsiiniliste aluste moodustamine allveelaevade iseevakueerimise tehnoloogia jaoks. suured sügavused FPI märkis, et see tehnoloogia on üldiselt võimeline oluliselt edendama inimeste poolt varem uurimata mere- ja merealade uurimist. ookeani sügavused. Väidetavalt see areng seda läheb vaja ka meditsiinis - näiteks aitab see jätta enneaegseid lapsi või põletushaavu saanud inimesi hingamisteed, leiab rakendust bronhoobstruktiivsete, nakkuslike ja muude tõsiste haiguste ravis.

Tuleb märkida, et vedelhingamine tundub esmapilgul fantastiline väljamõeldis, kuid tegelikult on sellel teaduslik alus ning sellele ideele on pandud tõsine teoreetiline alus. Hapniku asemel teevad teadlased ettepaneku kasutada spetsiaalseid keemilisi ühendeid, mis suudavad hästi hapnikku ja süsinikdioksiidi lahustada.

"Vedelik hingamine" on teadlaste jaoks kogu maailmas pikka aega olnud kinnistunud idee. Seade "amfiibmees" on võimeline päästma sukeldujaid ja allveelaevu ning tulevikus on see kasulik pikaajalistel kosmoselendudel. Arendustööd tehti 1970.–1980. aastatel NSV Liidus ja USA-s, tehti katseid loomadega, kuid suurt edu ei saavutatud.

Venemaa Loodusteaduste Akadeemia korrespondentliige, meditsiiniteaduste kandidaat Andrei Filippenko, kes on pikka aega tegelenud vedelikuhingamise projektiga, tunnistas varem ajalehele Sovershenno Sekretno, et nende arengute tõttu ei saa praktiliselt midagi öelda. lähedus. Kuid tõsiasja, et meeskondade hädaabivahendid on lootusetult vananenud ja vajavad varajast moderniseerimist, näitas Kurski allveelaeva tragöödia.

Tuletage meelde, et varem teatati teistest FPI julgetest projektidest, eriti see on tulevikulennukite loomise "disainer".

Elustamine peaks ootama üleval

“Tehnoloogiat on täiustatud aastakümneid, kuid selleks on vaja väga hästi koolitatud inimesi. Kui see vedelik inimese kopsudesse valada, hakkab enesealalhoiuinstinkt automaatselt tööle, krambid blokeerivad kurku, keha peab kõigest jõust vastu. Tavaliselt tehakse seda arsti järelevalve all. Inimestega viidi selliseid katseid läbi üksikjuhtudel, kuid enamasti tehti need loomadega, ”selgitas ajalehele VZGLYAD Vene Föderatsiooni valitsuse alluva veealuste tööde komitee juht. eriotstarbeline aastatel 1992–1994 arst tehnikateadused, professor, viitseadmiral Tengiz Borisov.

"Reeglina sisestatakse kõri spetsiaalne toru, mille abil täituvad kopsud selle vedelikuga aeglaselt," ütles Borisov ja lisas:

– Samas peab keha igal võimalikul viisil vastu, vajame spasme blokeerivaid ravimeid, vajame anesteetikume. Kõik pole nii lihtne, kui täna esitleti. Vaene koer."

«Kui inimene väljub allveelaevast, siis ta tõesti väldib dekompressioonihaigust, kuid igal juhul ei pääse allveelaevad ise välja. Vaja on: a) erakordselt kirjaoskajaid allveelaeval, b) ülaosas peaks jämedalt öeldes ootama elustamismeeskond, kes selle vedeliku inimesest välja pumpab ja hingama sunnib. tavapärasel viisil", lisas ekspert.

“Arvan, et meditsiinis on seda tehnoloogiat palju lihtsam rakendada ja rakendada haiglatingimustes, kui läheduses on spetsialistid ja suur hulk vajalik varustus. Kuid uppunud allveelaeva meeskonna päästmine selliste meetoditega on lähitulevikus äärmiselt ebatõenäoline, ”lõpetas Borisov.

Lahustunud hapnikuga küllastunud vedelik, mis tungib verre. Selleks on sobivaimad perfluorosüsivesinike ühendid, 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 mitu meetodit, sealhulgas ventilatsioon perfluorosüsivesinike aurude ja aerosoolide abil.

Kopsude täielik vedelikuventilatsioon seisneb kopsude täielikus vedelikuga täitmises. Kopsude täieliku vedela ventilatsiooni katsed viidi läbi loomadel 20. sajandi 70. ja 80. aastatel NSV Liidus ja USA-s, kuid need pole 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.

Kultuuris

Midagi sarnast näidati James Cameroni filmis The Abyss (puudutab vedela hingamisaparaadi kasutamist ülisügavate inimeste jaoks sukeldumine) ja seda puudutas ka Dan Browni teoses The Lost Symbol.

Finaalis fantaasiafilm Marsi laeva pardal on Gary Sinise kangelase Brian de Palma "Mission to Mars", mis näitab ka vedelikuhingamise tehnoloogia kasutamist.

Kirjutage ülevaade artiklist "Vedelik hingamine"

Märkmed

Lingid

• bja.oxfordjournals.org/content/91/1/143.full

Väljavõte, mis iseloomustab vedeliku hingamist

Prints pöördus korrapidaja poole ja vaatas teda kortsutatud silmadega.
- Mida? minister? Milline minister? Kes tellis? rääkis ta oma läbitungival kõva häälega. - Printsessi jaoks, mu tütar, nad ei teinud seda selgeks, vaid ministri jaoks! Mul pole ministreid!
Teie Ekstsellents, ma mõtlesin...
- Sa arvasid! hüüdis prints, hääldades sõnu kähku ja segasemalt. - Sa arvasid... Röövlid! lurjused! Ma õpetan sind uskuma, - ja kepi tõstes lõi ta selle Alpatychi poole ja oleks löönud, kui mänedžer poleks tahtmatult löögist kõrvale kaldunud. - Ma mõtlesin! Kaabakad! hüüdis ta kähku. Kuid hoolimata asjaolust, et Alpatych, kes ise kartis oma jultumust - löögist kõrvale kalduda, lähenes printsile, langetades kuulekalt oma kiilaspea tema ette, või võib-olla just seetõttu, prints, jätkates hüüa: “Kaabakad! viska teele!" teist korda pulka ei võtnud ja jooksis tubadesse.
Enne õhtusööki seisid printsess ja m lle Bourienne, kes teadis, et printsil pole hea tuju, teda ootamas: m lle Bourienne särava näoga, mis ütles: "Ma ei tea midagi, ma olen samasugune. nagu alati,” ja printsess Mary – kahvatu, ehmunud, langenud silmadega. Printsess Mary jaoks oli kõige raskem see, et ta teadis, et sellistel juhtudel on vaja käituda nagu m lle Bourime, kuid ta ei saanud seda teha. Talle tundus: "Kui ma käitun nii, nagu ma ei märkaks, arvab ta, et mul pole tema vastu kaastunnet; Ma teen selle nii, et mul endal on igav ja endast väljas, ta ütleb (nagu juhtus), et ma panin nina alla, ”jne.
Prints vaatas tütre ehmunud nägu ja turtsatas.
"Dr... või loll!..." ütles ta.
"Ja see ei ole! nad on ka temast lobisenud,” mõtles ta väikese printsessi peale, keda söögitoas polnud.
- Kus on printsess? - ta küsis. - Peidus?...
"Ta ei ole päris hästi," ütles m lle Bourienne rõõmsalt naeratades, "ta ei tule välja. See on tema positsioonis nii arusaadav.
- Hm! ee! uh! uh! - ütles prints ja istus laua taha.
Talle tundus, et taldrik pole puhas; ta osutas plekile ja lasi selle maha. Tihhon võttis selle üles ja ulatas baarimehele. Väikesel printsessil polnud halb olla; kuid ta kartis printsi nii vastupandamatult, et kuuldes, kuidas tal oli halb tuju, otsustas ta välja mitte minna.
"Ma kardan lapse pärast," ütles ta m lle Bourienne'ile, "jumal teab, mida saab ehmatusest teha.
Üldiselt elas väike printsess Kiilasmägedes pidevalt hirmutunde ja antipaatia all vana printsi vastu, millest ta teadlik ei olnud, sest hirm valitses nii palju, et ta ei suutnud seda tunda. Antipaatiat oli ka printsi poolt, kuid selle uputas põlgus. Kiilasmägedesse elama asunud printsess armus eriti m lle Bourienne'i, veetis temaga päevi, palus tal ööbida ning rääkis temaga sageli oma äiast ja mõistis tema üle kohut.
- Il nous reach du monde, mon prints, [Külalised tulevad meie juurde, prints.] - ütles m lle Bourienne, rullides roosade kätega lahti valge salvrätiku. - Son excellence le prints Kouraguine avec son fils, a ce que j "ai entendu dire? [Tema Ekstsellents prints Kuragin oma pojaga, kui palju ma olen kuulnud?] - ütles ta küsivalt.
"Hm... see tipppoiss... määrasin ta kolledžisse," ütles prints nördinult. - Ja miks poeg, ma ei saa aru. Printsess Lizaveta Karlovna ja printsess Marya võivad teada; Ma ei tea, miks ta selle poja siia toob. ma ei vaja. Ja ta vaatas punastavat tütart.
- Ebatervislik, eks? Ministri hirmust, nagu see plikapea Alpatõch täna ütles.
- Ei, mon pere. [isa.]
Ükskõik kui edutult m lle Bourienne jututeemale ka ei sattus, ta ei peatunud ja vestles kasvuhoonetest, uue õitsva lille ilust ning prints pehmenes pärast suppi.
Pärast õhtusööki läks ta oma tütre juurde. Väike printsess istus väikese laua taga ja vestles neiu Mašaga. Ta muutus kahvatuks, kui nägi oma äia.
Väike printsess on palju muutunud. Ta oli nüüd rohkem halb kui hea. Põsed vajusid alla, huul tõusis üles, silmad olid alla tõmmatud.
"Jah, mingi raskustunne," vastas naine printsi küsimusele, mida ta tundis.