"Nestemäinen hengitys" soveltuu toistaiseksi vain koirille. Syvä hengitys

24.09.2019

Olen katsonut sen varmasti 8 kertaa. Ja joka kerta, kun tein sen vain viihdetarkoituksiin ja mielenkiintoinen juoni hämmästyttävällä näyttelijäpelillä, joka kuvausryhmän todistuksen mukaan uuvutti pääroolien esiintyjät suuresti.

Ja sisään viime kerta Tajusin, että tässä elokuvassa on jotain muutakin.

Koko elokuvan ajan meille kerrotaan nesteen hengityksestä. Se, mitä aloitimme kohdussa, voi jatkua. Pääasia on tilanne.

Kaikki 7 katselukertaa elokuva oli minulle vain fantasiaa, käsikirjoittajan tai ohjaajan mielikuvituksen peliä. Yhdessä kohtauksessa hiiri esitetään hengittävän erityistä nestettä. Toisessa Bada (Ed Harrisin hahmo) on avaruuspuvussa, joka on täytetty samalla nesteellä. Hänet lähetetään syvyyteen, jossa kukaan ei ole ollut, täyttämään keuhkoihinsa "erikoisvedellä", koska ihmiskehon hapella sellaisissa syvyyksissä ei ole mitään tekemistä.

Ranskalainen Jacques Yves Cousteau, joka on kehittänyt sukellusvarusteita noin kuusikymmentä vuotta sitten, otti sen nimeen termit "vesi" ja "keuhkot". Kuitenkin keuhkojen täydellisen täyttämisen vedellä (vesi-suolaliuoksen muodossa) tekniikka tuli tunnetuksi Kylstra J:n julkaisusta "Hiiri kuin kala" - ensimmäinen nestehengityksessä, jossa puhutaan sellaisista. ajatus sukellusveneen pelastamisesta. Hän suoritti ensimmäisenä laskeutumiset 1000 metrin syvyyteen maanisäkkäillä (hiirillä) ja osoitti, että siirtyminen nestehengitykseen estää täysin dekompressiokaasun muodostumisen aiheuttaman kuoleman. Neuvostoliitossa tämä vahvistettiin keinotekoisen keuhkojen ventilaation (ALV) aikana koirien nesteellä olosuhteissa, joissa jäljiteltiin 1000 metrin sukelluslaskuja.

Koko nestehengitysjärjestelmä perustuu perfluorihiilivetykaavaan. Perflubron on kirkas, öljyinen neste, jonka tiheys on pieni. Se sisältää enemmän happea kuin ilmaa. Koska tämä neste on inerttiä, se ei vahingoita keuhkoja. Koska sillä on erittäin alhainen kiehumispiste, se poistuu nopeasti ja helposti keuhkoista;

Maailmanmarkkinoilla on vähän näiden nesteiden valmistajia, koska niiden kehitys on sivutuote. ydinhankkeet". Lääketieteellisiä laadukkaita nesteitä tunnetaan vain muutamalta maailmanyritykseltä: DuPont (USA), ICI ja F2 (Iso-Britannia), Elf-Atochem (Ranska). Perfluorihiilivetynesteet, jotka on teknisesti kehitetty Pietarin soveltavan kemian instituutissa, ovat nyt johtavia lääketieteen ja kosmetologian alalla.

Venäjällä vakavasti ja ilman naurua tupakointihuoneessa pohdittiin vapaan nousun aihetta erityisen nestehengitysjärjestelmän kautta;

Venäjän federaation perustamisesta lähtien sukellusveneiden pelastamiseen käytettävän nestehengitysmenetelmän kehittäminen sekä vapaaehtoisten testien valmistelu vuonna 2007 on toteutettu ja tehdään ilman avustuksia AVF:n kustannuksella yhteistyössä Pietarin kanssa. Pietarin osavaltion lääketieteellinen yliopisto. I.P. Pavlov ja muut järjestöt;

Tällä hetkellä erityinen syvänmeren sukelluslaite on olemassa projektina tekijän sukellusveneen nopean pelastamisen konseptin puitteissa. Se perustuu ainutlaatuisia ominaisuuksia nopeat ja kestävät (paineen) sukeltajat nestehengityksessä;

Arnold Lande, entinen kirurgi ja nyt eläkkeellä oleva amerikkalainen keksijä, haki patentin sukelluspuvulle, joka oli varustettu erityisellä hapella rikastettua nestettä sisältävällä sylinterillä. Niin sanottu "nestemäinen ilma" syötetään sylinteristä sukeltajan kypärään, täyttää koko pään ympärillä olevan tilan, syrjäyttää ilman keuhkoista, nenänielun onteloista ja korvista kyllästämällä ihmisen keuhkot riittävästi happea. Hengityksen aikana vapautuva hiilidioksidi puolestaan poistuu sukeltajan reisilaskimoon kiinnittyneiden kidusten avulla. Eli itse hengitysprosessia ei yksinkertaisesti tarvita - happi pääsee vereen keuhkojen kautta ja hiilidioksidi poistetaan suoraan verestä. Totta, kuinka tämä kokoonpuristumattomin neste syötetään sylinteristä, ei ole vielä täysin selvää ...;

On tietoa, että nesteiden hengittämistä kokeita tehdään voimalla. Ja myös Venäjällä;

Elokuvassa "The Abyss" kukaan näyttelijöistä ei tietenkään hengittänyt "erityistä vettä". Ja yhdessä kohtauksessa sallittiin jopa pieni mutta hyvin mieleenpainuva jamb, kun Bud laskeutuu syvyyteen, hänen suustaan tulee petollinen kupla, .. jonka ei pitäisi olla nestehengityksen olosuhteissa;

Näyttelijä Ed Harris, joka näytteli yhtä päärooleista, Budin roolia, joutui jotenkin vetäytymään matkalla kuvauksesta tahattoman itkuhyökkäyksen vuoksi. Niin uuvuttava oli elokuvan tekoprosessi. Cameron vaati poikkeuksellista uskottavuutta.

Katsella elokuvia. Hengitä vapaasti ja vedä tien reunaan vain ottaaksesi kuvia perhosista.

Kiitos avoimesta pääsystä joihinkin tietoihin Venäjän luonnontieteiden akatemian kirjeenvaihtajajäsen, Ph.D.A. V. Filippenko.

Äskettäin State Foundation for Advanced Study -säätiön tieteellinen ja tekninen neuvosto hyväksyi "projektin luoda teknologia sukellusvenealusten pelastamiseksi vapaalla nousulla nestehengitysmenetelmällä", jonka tulisi toteuttaa Moskovan työlääketieteen instituutissa (silloin kirjoittamisen jälkeen instituutin johto ei ollut käytettävissä kommentoitavaksi). "Ullakko" päätti selvittää, mitä salaperäisen lauseen "nestemäinen hengitys" takana on piilotettu.

Nestemäinen hengitys näkyy vaikuttavimmin James Cameronin elokuvassa The Abyss.

Totta, tässä muodossa ihmiskokeita ei ole koskaan tehty. Mutta yleisesti ottaen tutkijat eivät ole paljon huonompia kuin Cameron tämän asian tutkimisessa.

hiiret pitävät kalasta

Ensimmäinen, joka osoitti, että nisäkkäät voivat periaatteessa saada happea ei kaasuseoksesta, vaan nesteestä, oli Johannes Kylstra terveyskeskus Duken yliopisto (USA). Yhdessä kollegoiden kanssa hän julkaisi vuonna 1962 teoksen "Mice as fish" (Of mice as fish) -lehdessä. Transactions of American Society for Artificial Internal Organs.

Kilstra ja hänen kollegansa upottivat hiiret suolaliuokseen. Liuottaakseen tarpeeksi happea siihen hengittämistä varten tutkijat "ajasivat" kaasun nesteeseen, joka oli paineistettu jopa 160 ilmakehän paineeseen - kuten 1,5 kilometrin syvyyteen. Hiiret selvisivät näissä kokeissa, mutta eivät kovin kauaa: nesteessä oli riittävästi happea, mutta itse hengitys, nesteen imeminen ja työntäminen ulos keuhkoista vaati liikaa vaivaa.

"Substance Joe"

Kävi selväksi, että oli tarpeen valita neste, johon happi liukenee paljon paremmin kuin veteen. Kahden tyyppisillä nesteillä oli vaaditut ominaisuudet: silikoniöljyt ja nestemäiset perfluorihiilivedyt. Alabaman yliopiston lääketieteellisen korkeakoulun biokemistin Leland Clarkin 1960-luvun puolivälissä tekemän kokeen jälkeen havaittiin, että molempia nesteitä voidaan käyttää hapen toimittamiseen keuhkoihin. Kokeissa hiiret ja kissat upotettiin täysin sekä perfluorihiilivetyihin että silikoniöljyihin. Jälkimmäinen osoittautui kuitenkin myrkylliseksi - koeeläimet kuolivat pian kokeen jälkeen. Mutta perfluorihiilivedyt osoittautuivat varsin sopiviksi käyttöön.

Perfluorihiilivedyt syntetisoitiin ensimmäisen kerran Manhattan-projektin aikana atomipommi: tutkijat etsivät aineita, jotka eivät tuhoutuisi vuorovaikutuksessa uraaniyhdisteiden kanssa, ja ne kulkivat koodinimi Joen tavaraa. Ne soveltuvat erittäin hyvin nestehengitykseen: "Joe-aineet" eivät ole vuorovaikutuksessa elävien kudosten kanssa ja liukenevat täydellisesti kaasuja, mukaan lukien hapen ja hiilidioksidin ilmakehän paineessa ja normaali lämpötila ihmiskehon.

Kilstra ja hänen kollegansa tutkivat nestehengitystekniikkaa etsiessään tekniikkaa, jonka avulla ihmiset voivat sukeltaa ja kellua pintaan ilman pelkoa mutkista. Nopea nousu suuresta syvyydestä painekaasun mukana on erittäin vaarallista: kaasut liukenevat paremmin nesteisiin paineen alaisena, joten sukeltajan noustessa vereen liuenneet kaasut, erityisesti typpi, muodostavat kuplia, jotka vahingoittavat verisuonia. Tulos voi olla surullinen, jopa kohtalokas.

Vuonna 1977 Kilstra toimitti Yhdysvaltain merivoimien ministeriölle lausunnon, jossa hän kirjoitti, että hänen laskelmiensa mukaan terve ihminen voisi saada tarvittavan määrän happea perfluorihiilivetyillä, ja siten niitä voitaisiin mahdollisesti käyttää paineistettu kaasu. Tiedemies huomautti, että tällainen mahdollisuus avaa uusia mahdollisuuksia pelastaa sukellusveneitä suurilta.

Kokeet ihmisillä

Käytännössä nestehengitystekniikkaa, jota kutsuttiin tuolloin keuhkojen nestehengitykseksi, sovellettiin ihmisiin vain kerran, vuonna 1989. Sitten Thomas Shaffer, Temple University School of Medicine (USA) lastenlääkäri, ja hänen kollegansa käyttivät tätä menetelmää keskosten pelastamiseen. Kohdun sikiön keuhkot täyttyvät nesteellä, ja kun ihminen syntyy ja alkaa hengittää ilmaa, keuhkojen pinta-aktiiviseksi aineeksi kutsuttu aineseos estää keuhkokudoksia tarttumasta yhteen koko loppuelämänsä. Keskosilla sillä ei ole aikaa kertyä oikeaan määrään, ja hengitys vaatii erittäin suuria ponnisteluja, mikä on täynnä tappava lopputulos. Vauvojen nestehengitys ei tuolloin kuitenkaan pelastanut: kaikki kolme potilasta kuolivat pian, mutta tämä surullinen tosiasia johtui muista syistä, ei menetelmän epätäydellisyydestä.

Ihmisillä ei ole tehty lisää kokeita keuhkojen täydellisestä nestehengityksestä, kuten tätä tekniikkaa tieteellisesti kutsutaan. Kuitenkin 1990-luvulla tutkijat modifioivat menetelmää ja kokeilivat osittaista nestehengitystä, jossa keuhkot eivät ole täysin täynnä nestettä potilailla, joilla oli vaikea keuhkotulehdus. Ensimmäiset tulokset vaikuttivat rohkaisevilta, mutta eivät lopulta päässeet kliiniseen käyttöön - kävi ilmi, että tavallinen keuhkojen ilmanvaihto toimii yhtä hyvin.

Fiktiopatentti

Tutkijat ovat nyt palanneet ajatukseen käyttää täyden nesteen ilmanvaihtoa. Fantastinen kuva sukelluspukusta, jossa ihminen hengittää nestettä erityisen kaasuseoksen sijaan, on kuitenkin kaukana todellisuudesta, vaikka se kiihottaakin yleisön mielikuvitusta ja keksijöiden mieliä.

Joten vuonna 2008 eläkkeellä oleva amerikkalainen kirurgi Arnold Lande patentoi sukelluspuvun käyttämällä nestehengitystekniikkaa. Puristetun kaasun sijasta hän ehdotti perfluorihiilivetyjen käyttöä, ja ylimääräinen hiilidioksidi, joka muodostuisi veressä, tulisi poistaa käyttämällä keinotekoisia kiduksia, jotka "kiinnittyneet" suoraan sukeltajan reisilaskimoon. Keksintö sai jonkin verran mainetta sen jälkeen, kun julkaisu kirjoitti siitä. Itsenäinen.

Kanadan Sherbrooken yliopiston nestehengitysasiantuntijan Philippe Micheaun mukaan Landen projekti näyttää kyseenalaiselta. "Kokeissamme (Michot ja hänen kollegansa tekevät kokeita lampailla ja kaniineilla, joilla on terveet ja vaurioituneet keuhkot - noin "ullakko") nesteen kokonaishengittämisessä, eläimet ovat anestesiassa eivätkä liiku. Siksi voimme järjestää normaalin kaasunvaihdon: hapen toimituksen ja hiilidioksidin poiston. Ihmisille fyysisen toiminnan, kuten uinnin ja sukelluksen, aikana hapen toimitus ja hiilidioksidin poisto ovat ongelmallisia, koska hiilidioksidin tuotanto tällaisissa olosuhteissa on normaalia korkeampaa”, Michaud kommentoi. Tiedemies totesi myös, että tekniikka "keinotekoisten kidusten" kiinnittämiseksi reisiluun laskimoon on tuntematon hänelle.

"nesteen hengityksen" pääongelma

Lisäksi Michaud pitää ajatusta "nestehengityksestä" kyseenalaisena, koska ihmisen lihakset eivät ole mukautettuja "hengittämään" nesteellä, vaan tehokkaan pumppujärjestelmän, joka auttaisi pumppaamaan ja pumppaamaan nestettä ulos ihmisen keuhkoista hänen liikkuessaan. ja tekee jonkin verran työtä, ei ole vielä kehitetty.

"Minun on pääteltävä tuo nykyinen vaihe tekniikan kehittyessä on mahdotonta kehittää sukelluspukua nestetuuletusmenetelmällä ”, tutkija uskoo.

Tämän tekniikan soveltamista tutkitaan kuitenkin edelleen muihin, realistisempiin tarkoituksiin. Esimerkiksi hukkuneiden auttamiseksi, keuhkojen pesemiseksi eri sairauksien yhteydessä tai kehon lämpötilan nopeaan alentamiseen (käytetään elvytystapauksissa sydämenpysähdyksen aikana aikuisilla ja vastasyntyneillä, joilla on hypoksis-iskeeminen aivovaurio).

Foundation for Advanced Studyn (FPI) kehittämä nestehengitysjärjestelmä auttaa sukeltajia nousemaan nopeasti pintaan ilman dekompressiotautia. Antropomorfinen robotti Fedor osallistuu uuden venäläisen avaruusaluksen testeihin ja voi auttaa Rosatomia kierrätyksessä ydinjäte. Mariana-haudon pohjalla testataan äärimmäisen syvää sukellusta. Rahaston tieteellisen ja teknisen neuvoston puheenjohtaja Vitaly Davydov kertoi Izvestiyalle FPI:n hankkeista.

- Kuinka monta hanketta rahasto on toteuttanut ja mitä niistä haluaisit korostaa?

AT eri vaiheita Meillä on käynnissä noin 50 projektia. Vielä 25 valmistui. Saadut tulokset siirretään tai siirretään asiakkaille. Teknologian demonstraatioita on luotu, noin 400 älyllisen toiminnan tulosta on saatu. Aiheiden kirjo - sukeltamisesta Mariana-haudon pohjaan avaruuteen.

Toteutetuista hankkeista voidaan mainita esimerkiksi viime vuonna onnistuneesti suoritetut raketin räjähdysmoottorin testit yhdessä johtavan rakettimoottorien rakennusyrityksen NPO Energomashin kanssa. Samaan aikaan säätiö sai ensimmäistä kertaa maailmassa räjähdyssuihkumoottorin detonaattorin vakaan toimintatavan. Jos ensimmäinen on tarkoitettu avaruusteknologiaan, niin toinen on ilmailulle. hypersonic lentokoneita tällaisten järjestelmien käyttö kohtaa monia ongelmia. Esimerkiksi kanssa korkeita lämpötiloja. Rahasto löysi ratkaisun näihin ongelmiin käyttämällä lämpöpäästön vaikutusta - lämpöenergian muuntamista sähköenergiaksi. Itse asiassa saamme sähköä laitteen järjestelmien tehostamiseksi ja samalla lentokoneen rungon ja moottorin osien jäähdyttämiseksi.

- Yksi säätiön tunnetuimmista projekteista on Fedor-robotti. Onko se valmis?

– Kyllä, Fedorin työ on saatu päätökseen. Tulokset luovutetaan nyt hätätilanneministeriölle. Lisäksi kävi ilmi, että he olivat kiinnostuneita paitsi hätätilanneministeriöstä, myös muista ministeriöistä sekä valtionyhtiöistä. Monet ovat luultavasti kuulleet, että Roscosmos käyttää Fedorin tekniikoita luoda testirobotti, joka lentää uudella venäläisellä miehitetyllä avaruusalus"liitto". Rosatom osoitti suurta kiinnostusta robottia kohtaan. Hän tarvitsee tekniikoita, jotka tarjoavat mahdollisuuden työskennellä ihmisille vaarallisissa olosuhteissa. Esimerkiksi ydinjätteen loppusijoituksessa.

- Voidaanko Fedorilla pelastaa sukellusveneiden miehistöjä, tutkia upotettuja aluksia?

Fedorin luomisen aikana saatuja tekniikoita voidaan käyttää useisiin tarkoituksiin. Rahasto toteuttaa useita vedenalaisiin asumattomiin ajoneuvoihin liittyviä hankkeita. Ja periaatteessa niihin voidaan integroida antropomorfisia robottitekniikoita. Erityisesti, on tarkoitus luoda vedenalainen ajoneuvo äärimmäisissä syvyyksissä. Aiomme testata sitä Mariana-hauta. Samalla ei ole helppoa vajota pohjaan, kuten edeltäjämme, vaan tarjota mahdollisuus liikkua lähellä pohjaa ja tehdä tieteellistä tutkimusta. Kukaan ei ole vielä tehnyt tätä.

Yhdysvalloissa kehitetään nelijalkaista robottia tavaroiden kuljettamiseen BigDog. Tehdäänkö vastaavaa kehitystä FPI:ssä?

Mitä tulee rahdin tai ammusten kuljettamiseen tarkoitettuihin kävelytasoihin, rahasto ei tee tällaista työtä. Mutta jotkut organisaatioista, joiden kanssa teemme yhteistyötä, osallistuivat omasta aloitteestaan tällaiseen kehitykseen. Kysymys siitä, tarvitaanko tällaista robottia taistelukentällä, on edelleen avoin. Useimmissa tapauksissa on kannattavampaa käyttää pyörä- tai tela-ajoneuvoja.

- Mitä robottialustoja FPI:ssä luodaan Fedorin lisäksi?

Kehitämme laajan valikoiman alustoja eri tarkoituksiin. Näitä ovat maa, ilma ja merirobotit. Suorittaa tiedustelutehtäviä, tavarankuljetusta sekä osaa suorittaa taistelevat. Yksi tämän alueen työskentelyalueista on määrittää droonien, myös ryhmäkäyttöisten, käyttömenetelmien ulkonäkö ja kehitys. Uskon, että jos kaikki jatkuu samaan tahtiin, lähitulevaisuudessa droonien käyttö laajenee merkittävästi myös taistelutehtävien ratkaisemisessa.

- FPI kehittyy ilmakehän satelliitti"Pöllö" - suuri sähköinen lentokone. Miten hänen testinsä sujuu?

-Demonstraattorikokeet miehittämätön ajoneuvo"Pöllö" valmis. Pitkä lento tapahtui noin 20 tuhannen metrin korkeudessa. Valitettavasti laite putosi voimakkaan turbulenssin alueelle ja vaurioitui vakavasti. Mutta siihen mennessä olimme jo saaneet kaikki tarvittavat tiedot, olimme vakuuttuneita sekä itse tutkimuksen suunnan näkymistä että valitun oikeellisuudesta. rakentavia ratkaisuja . Saatua kokemusta hyödynnetään täysikokoisen laitteen luomisessa ja testaamisessa.

Yritys "Roskosmos" NPO niitä. Lavochkina suorittaa samanlaista kehitystä - luo ilmakehän satelliitin "Aist". Seuraatko kilpailijoiden kehitystä?

Olemme tietoisia näistä teoksista, pidämme yhteyttä Aistin kehittäjiin. Tässä ei ole kyse kilpailusta, vaan täydentävyydestä.

Voidaanko tällaisia laitteita käyttää Arktinen vyöhyke missä ei ole kommunikaatiota ja infrastruktuuria toistuvia nousuja ja laskuja varten?

On syytä muistaa, että keväällä ja syksyllä ja vielä enemmän napayönä "ilmakehän satelliitti" ei välttämättä yksinkertaisesti saa akkujen lataamiseen tarvittavaa energiaa. Tämä rajoittaa sen soveltamista.

Äskettäin nestehengitystekniikoita esiteltiin yleisölle - mäyräkoirat upotetaan erityiseen happea sisältävään nesteeseen. "hukkumisen" mielenosoitus aiheutti mielenosoitusaallon. Jatketaanko työtä tähän suuntaan tämän jälkeen?

-Nestehengitystyö jatkuu. Kehityksemme perusteella voidaan pelastaa tuhansia ihmishenkiä. Ja me puhumme ei vain sukellusveneilijöistä, jotka nestehengityksen ansiosta pystyvät nopeasti nousemaan pintaan ilman dekompressiotaudin muodossa olevia seurauksia. On koko rivi keuhkojen sairaudet ja vammat, joiden hoidossa on mahdollista saavuttaa menestystä nestehengityksen avulla. Mielenkiintoisia näkymiä on nestehengitystekniikan käytölle kehon nopeaan jäähdytykseen, kun on tarpeen hidastaa siinä tapahtuvia prosesseja. Nyt tämä tehdään ulkoisella jäähdytyksellä tai lisäämällä vereen erikoisliuosta. Voit tehdä saman, mutta tehokkaammin täyttämällä keuhkot jäähdytetyllä hengityselinten seoksella.

Anton Tonshin, FPI:n nestehengityksen luomislaboratorion johtaja Nicholas-nimisen mäyräkoiran kanssa, jonka avulla Advanced Research Foundationin (FPI) tutkijat tutkivat nestehengityksen mahdollisuuksia.

On huomattava, että näihin kokeisiin osallistuvien eläinten terveydelle ei ole haittaa. Kaikki "kokeilijat" ovat elossa. Osa heistä säilytetään laboratoriossa, jossa heidän tilaansa seurataan. Monista on tullut työntekijöiden lemmikkejä, mutta myös heidän tilaansa valvovat säännöllisesti asiantuntijamme. Havaintojen tulokset osoittavat poissaoloa negatiivisia seurauksia nestemäinen hengitys. Tekniikka on kehitetty ja sen käytännön toteuttamista varten on siirrytty erikoislaitteiden luomiseen.

- Milloin aloitat nestehengityksen tutkimisen ihmisillä?

Teoriassa olemme valmiita tällaisiin kokeisiin, mutta niiden aloittamiseksi on vähintäänkin luotava ja laadittava sopivat laitteet.

Kerran FPI kehitti ohjelmistoalustan erilaisten laitteiden suunnitteluun, jotka on suunniteltu korvaamaan ulkomaisia ohjelmistoja. Onko sitä käytetty jossain?

Työ yhtenäisen ympäristön luomiseksi venäläiselle suunnitteluohjelmistolle "Gerbarium" on todellakin saatu päätökseen. Nyt pohditaan sen käyttöä Rosatomissa ja Roskosmosissa - ydinteollisuuden lupaavien näytteiden sekä raketti- ja avaruusteknologian tuotteiden suunnittelussa.

- Toimiiko rahasto lisätyn todellisuuden teknologioiden alalla?

-Kyllä, rahasto suorittaa tällaista työtä - erityisesti yhdessä KamAZ: n kanssa. Yksi laboratorioistamme on luonut prototyypin lisätyn todellisuuden laseista, jotka mahdollistavat auton komponenttien kokoonpanon hallinnan. Ohjelma kertoo, mikä osa on otettava ja mihin se asennetaan. Jos käyttäjä suorittaa virheellisiä toimia, esimerkiksi poikkeaa tuotteen asetetusta kokoamisjärjestyksestä tai asentaa sen elementit väärin, kuuluu äänimerkki väärästä askeleesta ja tiedot virheestä näkyvät laseissa. Tässä tapauksessa virheellisten toimien tosiasia tai jopa niiden yritys kirjataan sähköiseen päiväkirjaan. Tämän seurauksena tulisi luoda järjestelmä, joka sulkee pois virheellisen kokoonpanon mahdollisuuden. Tulevaisuudessa aiomme kehittää tätä järjestelmää miniatyrisoinnin suuntaan, korvaamaan lasit edistyneemmillä laitteilla.

Tietotekniikan tulevaisuudennäkymät liittyvät nyt kvanttitietokoneiden kehittämiseen ja tietoturvaan - kvanttisalaukseen. Kehittääkö FPI näitä alueita?

Säätiö käsittelee kvanttilaskentaan liittyviä asioita, sopivan elementtikannan luomista. Mitä tulee kvanttiviestintään, kiinalaisten kollegoiden kokemukset ovat kaikille tuttuja. Mutta emme seiso paikallaan.

Vielä syksyllä 2016 FPI ja Rostelecom tarjosivat kvanttitiedonsiirron kuituoptisella kaapelilla Noginskin ja Pavlovsky Posadin välillä. Kokeilu onnistui. Tänään voi jo puhua kvanttipuhelimella. Tärkeä ominaisuus tiedon kvanttisiirto on mahdotonta siepata sitä.

Yllä olevan kokeen aikana kvanttiviestintä toteutettiin noin 30 km:n etäisyydellä. Teknisesti sen toteuttamisessa ei ole ongelmia pidemmän kantaman. Valmistaudumme pitämään viestintäistunnon ilmakehän kanavan kautta. Tutkimme mahdollisuutta kokeilla kvanttiviestintää avaruudesta käyttäen kansainvälisen avaruusaseman potentiaalia.

Elämä planeetallamme syntyi ilmeisesti vedestä - ympäristöstä, jossa happivarat ovat hyvin niukat. Ilmanpaineessa ilman happipitoisuus merenpinnan tasolla on 200 millilitraa litrassa ja pintavettä liukenee alle seitsemän millilitraa happea.

Ensimmäiset planeettamme asukkaat, jotka ovat sopeutuneet vesiympäristö, hengitetään kiduksilla, joiden tarkoituksena on irrottaa enimmäismäärä happea vedestä.

Evoluution aikana eläimet hallitsivat happipitoisen maailmakehän ja alkoivat hengittää keuhkoillaan. Hengityselinten toiminnot pysyivät ennallaan.

Sekä keuhkoissa että kiduksissa happi tunkeutuu ohuiden kalvojen läpi ympäristöön verisuoniin, ja verestä vapautuu hiilidioksidia ympäristöön. Joten samat prosessit tapahtuvat kiduksissa ja keuhkoissa. Tämä herättää kysymyksen: voisiko eläin, jolla on keuhkot, hengittää vesiympäristössä, jos se sisältäisi tarpeeksi happea?

Vastaus tähän kysymykseen ansaitsee huomion useista syistä. Ensin voisimme selvittää miksi hengityselimet maaeläimet ovat rakenteeltaan niin erilaisia kuin vesieläinten vastaavat elimet.

Lisäksi vastaus tähän kysymykseen on puhtaasti käytännön kiinnostava. Jos erikoiskoulutettu henkilö voisi hengittää vesiympäristössä, tämä helpottaisi valtameren syvyyksien tutkimista ja matkustamista kaukaisille planeetoille. Kaikki tämä toimi perustana useille kokeille, joissa tutkittiin mahdollisuutta hengittää maanisäkkäitä vedellä.

Veden hengitysongelmat

Kokeet suoritettiin Hollannin ja USA:n laboratorioissa. Veden hengittäminen liittyy kahteen pääongelmaan. Yksi on jo mainittu: tavallisessa ilmanpaineessa liian vähän happea liukenee veteen.

Toinen ongelma on, että vesi ja veri ovat nesteitä, joilla on hyvin erilaiset fysiologiset ominaisuudet. Vesi voi "hengitettynä" vahingoittaa keuhkokudosta ja aiheuttaa hengenvaarallisia muutoksia kehon nesteiden määrässä ja koostumuksessa.

Oletetaan, että olemme valmistaneet erityisen isotonisen liuoksen, jossa suolojen koostumus on sama kuin veriplasmassa. Korkeassa paineessa liuos kyllästyy hapella (sen pitoisuus on suunnilleen sama kuin ilmassa). Pystyykö eläin hengittämään tällaisessa ratkaisussa?

Ensimmäiset tällaiset kokeet suoritettiin Leidenin yliopistossa. Sukellusveneen pelastusveneen kaltaisen ilmalukon kautta hiiret vietiin kammioon, joka oli täytetty erityisesti valmistetulla liuoksella, joka paineistettiin hapella. Kammion läpinäkyvien seinien läpi oli mahdollista tarkkailla hiirten käyttäytymistä.

Ensimmäisinä hetkinä eläimet yrittivät päästä pintaan, mutta metalliverkko esti niitä. Ensimmäisen jännityksen jälkeen hiiret rauhoittuivat eivätkä näyttäneet kärsivän paljoa vastaavasta tilanteesta. He tekivät hitaita, rytmisiä hengitysliikkeitä, ilmeisesti hengitellen nestettä sisään ja ulos. Jotkut heistä asuivat tällaisissa olosuhteissa useita tunteja.

Suurin vaikeus hengittää vettä

Kokeilusarjan jälkeen kävi selväksi, että ratkaiseva tekijä hiirten elinikään ei ole hapen puute (jota voitiin lisätä liuokseen haluttuna määränä yksinkertaisesti nostamalla sen osapainetta), vaan hiilen poiston vaikeus. dioksidia kehosta vaaditussa määrin.

Pisimmillään - 18 tuntia - elänyt hiiri oli liuoksessa, johon lisättiin pieni määrä orgaanista puskuria, tris(hydroksimetyyli)aminometaania. Jälkimmäinen minimoi hiilidioksidin kertymisen haitallisia vaikutuksia eläimiin. Liuoksen lämpötilan laskeminen 20 °C:seen (noin puoleen hiiren normaalista ruumiinlämpöstä) vaikutti myös eliniän pidentämiseen.

Tässä tapauksessa tämä johtui aineenvaihduntaprosessien yleisestä hidastumisesta.

Tyypillisesti litra eläimen uloshengittämään ilmaa sisältää 50 millilitraa hiilidioksidia. Kaikkien muiden tekijöiden ollessa samat (lämpötila, hiilidioksidin osapaine), vain 30 millilitraa tätä kaasua liukenee yhteen litraan suolaliuosta, joka on suolakoostumukseltaan identtinen veren kanssa.

Tämä tarkoittaa, että tarvittavan hiilidioksidimäärän vapauttamiseksi eläimen on hengitettävä kaksi kertaa enemmän vettä kuin ilmaa. (Mutta nesteen pumppaaminen keuhkoputkien läpi vaatii 36 kertaa enemmän energiaa, koska veden viskositeetti on 36 kertaa korkeampi kuin ilman viskositeetti.)

Tästä on selvää, että jopa ilman turbulenttia nesteen liikettä keuhkoissa, veden hengittäminen vaatii 60 kertaa enemmän energiaa kuin ilman hengittäminen.

Siksi ei ole mitään yllättävää siinä, että koe-eläimet heikkenivät vähitellen ja sitten - uupumuksesta ja hiilidioksidin kertymisestä kehoon - hengitys pysähtyi.

Kokeilutulokset

Tehtyjen kokeiden perusteella oli mahdotonta arvioida, kuinka paljon happea pääsee keuhkoihin, kuinka kyllästynyt se on valtimoveressä ja mikä on hiilidioksidin kertymisaste eläinten veressä. Vähitellen lähestyimme sarjaa edistyneempiä kokeita.

Ne suoritettiin koirille suuressa kammiossa, jossa oli lisälaitteet. Kammio täytettiin ilmalla, jonka paine oli 5 ilmakehää. Siellä oli myös suolaliuosta, joka oli kyllästetty hapella. Koe-eläin upotettiin siihen. Ennen koetta koirat nukutettiin ja jäähdytettiin 32°C:een kehon kokonaishapentarpeen vähentämiseksi.

Sukelluksen aikana koira teki voimakkaita hengitysliikkeitä. Pinnasta nousevat vesipisarat osoittivat selvästi, että hän pumppaa liuosta keuhkojensa läpi. Kokeen lopussa koira vedettiin kylvystä, vesi poistettiin keuhkoista ja ne täytettiin ilmalla. Kuudesta testatusta eläimestä yksi selvisi. Koira hengitti vettä sisään 24 minuuttia.

Kokeen tulokset voidaan muotoilla seuraavasti: tietyissä olosuhteissa ilmaa hengittävät eläimet voivat hengittää vettä rajoitetun ajan. Vesihengityksen suurin haittapuoli on hiilidioksidin kertyminen elimistöön.

Kokeen aikana eloonjääneen koiran verenpaine oli hieman normaalia pienempi, mutta pysyi vakiona; pulssi ja hengitys olivat hitaita mutta säännöllisiä, valtimoveri oli kyllästetty hapella. Veren hiilidioksidipitoisuus nousi vähitellen.

Tämä tarkoitti, että koiran voimakas hengitystoiminta ei riittänyt poistamaan tarvittavia määriä hiilidioksidia kehosta.

Uusi sarja vesihengityskokeita

New Yorkissa valtion yliopisto Jatkoin työskentelyä Herman Raanin, Edward H. Lanfearin ja Charles W. Paganellin kanssa. AT uusi sarja Kokeissa käytettiin laitteita, joilla oli mahdollista saada tarkkaa tietoa nesteen hengityksessä tapahtuvasta kaasunvaihdosta koiran keuhkoissa. Kuten aiemmin, eläimet hengittivät hapella kyllästettyä suolaliuosta 5 ilmakehän paineessa.

Inhaloidun ja uloshengitetyn nesteen kaasukoostumus määritettiin koirien keuhkoista tulevan liuoksen sisään- ja ulostuloaukossa. Happirikas neste pääsi nukutetun koiran kehoon henkitorveen työnnetyn kumiputken kautta. Virtausta säädettiin venttiilipumpulla.

Jokaisella sisäänhengityksellä liuos virtasi painovoiman vaikutuksesta keuhkoihin, ja uloshengityksen aikana neste pääsi saman periaatteen mukaisesti erityiseen vastaanottimeen. Keuhkoihin imeytyneen hapen määrä ja vapautuneen hiilidioksidin määrä määritettiin vastaavien arvojen erotuksena. yhtä suuret määrät sisään- ja uloshengitysnestettä.

Eläimiä ei jäähdytetty. Kävi ilmi, että näissä olosuhteissa koira ottaa vedestä suunnilleen saman määrän happea kuin yleensä ilmasta. Kuten odotettiin, eläimet eivät hengittäneet tarpeeksi hiilidioksidia ulos, joten veren hiilidioksidipitoisuus nousi vähitellen.

Enintään 45 minuuttia kestäneen kokeen lopussa vettä poistettiin koiran keuhkoista henkitorvessa olevan erityisen reiän kautta. Keuhkot puhdistettiin useilla ilmaannoksilla. Lisätoimenpiteitä "elvyttämistä" varten ei suoritettu. Kuusi kuudestatoista koirasta selvisi kokeesta ilman näkyviä seurauksia.

Kolmen elementin vuorovaikutus

Sekä kalojen että nisäkkäiden hengitys perustuu kolmen elementin monimutkaiseen vuorovaikutukseen:

1) kehon tarpeet kaasunvaihdossa,

2) fyysiset ominaisuudet ympäristö ja

3) hengityselinten rakenne.

Jotta voidaan nousta puhtaasti intuitiivisen arvioinnin yläpuolelle elinten rakenteen merkityksestä sopeutumisprosessissa, on välttämätöntä ymmärtää tarkasti kaikki nämä vuorovaikutukset. On selvää, että tällaisia kysymyksiä tulee esittää. Miten happimolekyyli pääsee ympäristöstä vereen? Mikä on hänen tarkka polkunsa? Näihin kysymyksiin vastaaminen on paljon vaikeampaa kuin luulisi.

Kun rintakehä laajenee, ilmaa (tai vettä) pääsee eläimen keuhkoihin. Mitä tapahtuu nesteelle, joka pääsee keuhkojen rajailmapusseihin? Katsotaanpa tätä ilmiötä yksinkertaisella esimerkillä.

Jos pieni määrä mustetta ruiskutetaan hitaasti neulan kautta osittain vedellä täytettyyn ruiskuun, ne muodostavat ensin ohuen virran suonen keskelle. Kun "hengittäminen" pysähtyy, muste leviää vähitellen koko vesimäärään.

Jos muste ruiskutetaan nopeasti, jolloin virtaus on turbulentti, sekoittuminen tapahtuu tietysti paljon nopeammin. Saatujen tietojen perusteella ja myös keuhkoputkien koon huomioon ottaen voidaan päätellä, että sisäänhengitetty ilma- tai vesivirta pääsee ilmapusseihin hitaasti, ilman turbulenssia.

Siksi voidaan olettaa, että hengitettäessä raikas ilma(tai vesi) happimolekyylit keskittyvät ensin ilmapussien (alveolien) keskelle. Nyt niiden on voitettava merkittäviä etäisyyksiä diffuusion avulla ennen kuin ne saavuttavat seinät, joiden läpi ne pääsevät vereen.

Nämä etäisyydet ovat monta kertaa suuremmat kuin niiden kalvojen paksuus, jotka erottavat ilman verestä keuhkoissa. Jos hengitettävä väliaine on ilmaa, tämä ei ole suuri merkitys: happi jakautuu tasaisesti koko alveolissa sekunnin miljoonasosissa.

Kaasujen etenemisnopeus vedessä on 6 tuhatta kertaa pienempi kuin ilmassa. Siksi veden hengityksessä on ero osapaineet happea keski- ja reuna-alueilla. Kaasujen alhaisesta diffuusionopeudesta johtuen hapen paine keuhkorakkuloiden keskellä kasvaa jokaisella hengitysjaksolla kuin seinämissä. Verestä poistuvan hiilidioksidin pitoisuus on suurempi lähellä alveolien seinämiä kuin keskellä.

Kaasunvaihto keuhkoissa

Nämä teoreettiset edellytykset syntyivät tutkimuksen pohjalta kaasun koostumus uloshengitysnestettä koirilla tehtyjen kokeiden aikana. Koiran keuhkoista virtaava vesi kerättiin pitkään putkeen.

Kävi ilmi, että ensimmäisessä osassa vettä, joka ilmeisesti tuli alveolien keskiosasta, oli enemmän happea kuin viimeisessä osassa, joka tuli seinistä. Koirien ilmassa hengittäessä ei havaittu merkittävää eroa uloshengitysilman ensimmäisen ja viimeisen osan koostumuksissa.

On mielenkiintoista huomata, että kaasunvaihto, joka tapahtuu koiran keuhkoissa vettä hengittäessä, on hyvin samanlainen kuin prosessi, joka tapahtuu yksinkertaisessa vesipisarassa, kun vaihto tapahtuu sen pinnalla: happi - hiilidioksidi. Tämän analogian perusteella rakennettiin keuhkojen matemaattinen malli ja toiminnalliseksi yksiköksi valittiin halkaisijaltaan noin millimetrin pallo.

Laskelma osoitti, että keuhkoihin kuuluu noin puoli miljoonaa näitä pallomaisia kaasunvaihtokennoja, joissa kaasun siirto tapahtuu vain diffuusiona. Näiden solujen laskettu lukumäärä ja koko vastaavat tarkasti tiettyjen keuhkorakenteiden lukumäärää ja kokoa, joita kutsutaan "primaarilobuleiksi" (lobuleiksi).

Ilmeisesti nämä lobulukset ovat keuhkojen tärkeimmät toiminnalliset yksiköt. Vastaavasti anatomisen tiedon avulla on mahdollista rakentaa matemaattinen malli kalojen kiduksista, joiden ensisijaiset kaasunvaihtoyksiköt ovat vastaavasti eri muotoisia.

Matemaattisten mallien rakentaminen mahdollisti selkeän rajan vetämisen nisäkkäiden ja kalojen hengityselinten välille. Osoittautuu, että tärkein asia on hengityssolujen geometrinen rakenne. Tämä tulee erityisen selväksi tutkittaessa riippuvuutta, joka yhdistää kalan kaasunvaihtotarpeen ja ympäristön ominaisuudet kalan hengityselinten muotoon.

Tätä riippuvuutta ilmaiseva yhtälö sisältää sellaiset suureet kuin hapen saatavuus eli sen pitoisuus, diffuusionopeus ja liukoisuus eläimen ympäristöön.

Hengitetyn ilman tai veden tilavuus, kaasunvaihtosolujen lukumäärä ja koko, niiden absorboima hapen määrä ja lopuksi hapen paine valtimoveressä. Oletetaan, että kaloilla ei ole hengityseliminä kidukset, vaan keuhkot.

Korvaamalla yhtälöön todelliset tiedot kalojen hengityksen aikana tapahtuvasta kaasunvaihdosta, huomaamme, että kala, jolla on keuhkoja, ei pysty elämään vedessä, koska laskelma osoittaa hapen täydellisen puuttumisen kalojesi valtimoverestä. malli.

Tämä tarkoittaa, että olettamuksessa oli virhe, nimittäin: kaasunvaihtokennon valittu muoto osoittautui vääräksi. Kalat elävät vedessä kidusten ansiosta, jotka koostuvat litteistä, ohuista, tiiviisti pakatuista levyistä. Tällaisessa rakenteessa - toisin kuin keuhkojen pallomaisissa soluissa - ei ole ongelmaa kaasujen diffuusiossa.

Eläin, jolla on keuhkoja muistuttavia hengityselimiä, voi selviytyä vedessä vain, jos sen hapentarve on erittäin alhainen. Otetaanpa esimerkkinä merikurkku.

Kidukset antavat kaloille mahdollisuuden elää vedessä, ja nämä samat kidukset eivät anna niiden esiintyä vedessä. Ilmassa ne romahtavat painovoiman vaikutuksesta. Pintajännitys ilma-vesi rajapinnassa saa tiiviisti pakatut kidukset tarttumaan toisiinsa.

Kaasunvaihtoon käytettävissä olevien kidusten kokonaispinta-ala pienenee niin paljon, että kalat eivät pysty hengittämään, vaikka ilmassa on runsaasti happea. Keuhkojen alveoleja suojaa tuhoa ensinnäkin rintakehä ja toiseksi keuhkoihin vapautuva kostutusaine, joka vähentää merkittävästi pintajännitystä.

Nisäkkäiden hengitys vedessä

Nisäkkäiden hengitysprosessien tutkiminen vedessä antoi siten uutta tietoa hengityksen perusperiaatteista yleensä. Toisaalta oli olemassa todellinen oletus, että henkilö voisi ilman haitallisia seurauksia rajoitettu aika hengitä nestettä. Tämä antaa sukeltajille mahdollisuuden laskeutua paljon suurempiin valtamerten syvyyksiin kuin nyt.

Syväsukelluksen suurin vaara liittyy vedenpaineeseen rintakehä ja keuhkot. Tämän seurauksena kaasujen paine keuhkoissa nousee, ja osa kaasuista pääsee verenkiertoon, mikä johtaa vakaviin seurauksiin. Suurissa paineissa useimmat kaasut ovat myrkyllisiä keholle.

Joten sukeltajan vereen päässyt typpi aiheuttaa myrkytyksen jo 30 metrin syvyydessä ja käytännössä saa hänet pois toiminnasta 90 metrin syvyydessä tuloksena olevan typpipuudutuksen vuoksi. (Tämä ongelma voidaan ratkaista käyttämällä harvinaisia kaasuja, kuten heliumia, jotka eivät ole myrkyllisiä edes erittäin korkeina pitoisuuksina.)

Lisäksi jos sukeltaja palaa liian nopeasti syvyydestä pintaan, vereen ja kudoksiin liuenneita kaasuja vapautuu kuplien muodossa aiheuttaen dekompressiotautia.

Tämä vaara voidaan välttää, jos sukeltaja ei hengitä ilmaa, vaan hapella rikastettua nestettä. Keuhkoissa oleva neste kestää merkittävää ulkoista painetta, ja sen tilavuus ei käytännössä muutu. Tällaisissa olosuhteissa sukeltaja, joka laskeutuu useiden satojen metrien syvyyteen, pystyy nopeasti palaamaan pintaan ilman seurauksia.

Sen todistamiseksi, että dekompressiotautia ei esiinny vettä hengitettäessä, suoritin laboratoriossani seuraavat kokeet. Kokeissa nestettä hengittämällä hiirellä 30 ilmakehän paine saatettiin yhteen ilmakehään kolmeksi sekunniksi. Mitään merkkejä taudista ei ollut. Tämä paineenmuutosaste vastaa nostovaikutusta 910 metrin syvyydestä 1100 kilometrin tuntinopeudella.

Ihminen voi hengittää vettä

Nestehengityksestä voi olla hyötyä ihmisille tulevien avaruusmatkojen aikana. Palatessaan kaukaisilta planeetoilta, esimerkiksi Jupiterilta, tarvitaan valtavia kiihtyvyksiä, joiden avulla voit poistua planeetan vetovoimavyöhykkeeltä. Nämä kiihtyvyydet ovat paljon suurempia kuin mitä ihmiskeho, erityisesti helposti haavoittuvat keuhkot, voi kestää.

Mutta samat kuormat tulevat melko hyväksyttäviksi, jos keuhkot täytetään nesteellä ja astronautin ruumis upotetaan nesteeseen, jonka tiheys on yhtä suuri kuin veren tiheys, aivan kuten sikiö upotetaan äidin kohdun lapsiveteen.

Italialaiset fysiologit Rudolf Margaria, T. Gualterotti ja D. Spinelli perustivat tällaisen kokeen vuonna 1958. Raskaana olevat rotat sisältävä terässylinteri heitettiin pois eri korkeuksia lyijypohjalla. Kokeen tarkoituksena oli testata selviytyykö sikiö laskeutumisen ankarasta hidastumisesta ja vaikutuksesta. Hidastusnopeus laskettiin sylinterin lyijypohjaan painumisen syvyydestä.

Eläimet itse kuolivat välittömästi kokeen aikana. Ruumiinavaukset osoittivat merkittäviä keuhkovaurioita. Kirurgisesti vapautetut alkiot olivat kuitenkin elossa ja kehittyivät normaalisti. Kohdunnesteellä suojattu sikiö pystyy kestämään negatiivisia kiihtyvyksiä jopa 10 000 grammaan.

Kokeiden jälkeen, jotka ovat osoittaneet, että maaeläimet voivat hengittää nestettä, on järkevää olettaa, että tällainen mahdollisuus ihmisille on. Meillä on nyt suoria todisteita tämän oletuksen puolesta. Käytämme nyt esimerkiksi uutta menetelmää tiettyjen keuhkosairauksien hoitoon.

Menetelmä koostuu yhden keuhkon huuhtelusta suolaliuoksella, joka poistaa patologinen vuoto alveoleista ja keuhkoputkista. Toinen keuhko hengittäessään happikaasua.

Tämän operaation menestys inspiroi meitä käynnistämään kokeen, johon rohkea syväsukeltaja Francis D. Faleichik ilmoittautui vapaaehtoiseksi.

Anestesiassa hänen henkitorveen työnnettiin kaksoiskatetri, jonka jokainen putki ulottui keuhkoihin. Normaalissa ruumiinlämpötilassa yhden keuhkon ilma korvattiin 0,9-prosenttisella liuoksella pöytäsuola. "Hengityskierto" koostui suolaliuoksen syöttämisestä keuhkoihin ja sen poistamisesta.

Jakso toistettiin seitsemän kertaa ottamalla 500 millilitraa liuosta jokaista "hengitystä" kohden. Faleychik, joka oli täysin tajuissaan koko toimenpiteen ajan, sanoi, ettei hän huomannut merkittävää eroa valon, hengitysilman ja kevyen hengitysveden välillä. Hän ei myöskään kokenut epämukavuutta keuhkoista virtaavan nesteen sisään- ja ulostulon aikana.

Tämä koe on tietysti vielä hyvin kaukana siitä, että hengittäisivät molemmat keuhkot vedessä, mutta se on osoittanut, että henkilön keuhkojen täyttäminen suolaliuoksella, jos toimenpide suoritetaan oikein, ei aiheuta vakavia kudosvaurioita ja ei aiheuta epämiellyttäviä tuntemuksia.

Vaikein ongelma on veden hengittäminen

Luultavasti eniten kova ongelma, joka on ratkaistava, liittyy hiilidioksidin vapautumiseen keuhkoista vettä hengitettäessä. Kuten olemme jo sanoneet, veden viskositeetti on noin 36-40 kertaa ilman viskositeetti. Tämä tarkoittaa, että keuhkot pumppaavat vettä vähintään neljäkymmentä kertaa hitaammin kuin ilma.

Toisin sanoen terve nuori sukeltaja, joka pystyy hengittämään 200 litraa ilmaa minuutissa, voi hengittää vain 5 litraa vettä minuutissa. On aivan selvää, että tällaisella hengityksellä hiilidioksidia ei vapaudu riittävästi, vaikka henkilö olisi täysin upotettu veteen.

Voidaanko tämä ongelma ratkaista käyttämällä väliainetta, johon hiilidioksidi liukenee paremmin kuin veteen? Joissakin nesteytetyissä synteettisissä fluorihiilivedyissä hiilidioksidi liukenee esimerkiksi kolme kertaa enemmän kuin veteen ja happea - kolmekymmentä kertaa. Leland S. Clark ja Frank Gollan osoittivat, että hiiri voi elää happea sisältävässä nestemäisessä hiilifluoridissa ilmakehän paineessa.

Hiilifluoridi sisältää enemmän happea kuin vesi, mutta kaasun diffuusionopeus on myös neljä kertaa suurempi tässä väliaineessa. Tässäkin pieni ongelma on kuitenkin kompastuskivi. läpijuoksu nesteitä keuhkojen läpi: Fluorihiilivedyt ovat jopa viskoosiisempia kuin suolaliuos.

Käännös englannista N. Poznanskaja.

Tämä on luultavasti klisee tieteiskirjallisuus: jokin viskoosi aine pääsee pukuun tai kapseliin hyvin nopeasti ja päähenkilö yhtäkkiä huomaa itse, kuinka nopeasti hän menettää muun ilman omista keuhkoistaan, ja hänen sisäpuolensa täyttyy epätavallisella nesteellä, jonka sävy on imusolmukkeesta vereen. Lopulta hän jopa panikoi, mutta ottaa muutaman vaistomaisen siemauksen, tai pikemminkin huokaisee, ja yllättyy huomatessaan, että hän voi hengittää tätä eksoottista sekoitusta kuin hengittäessään tavallista ilmaa.

Olemmeko niin kaukana ajatusta nestehengityksestä? Onko mahdollista hengittää nestemäistä seosta, ja onko tälle todellista tarvetta?
On olemassa kolme lupaavaa tapaa käyttää tätä tekniikkaa: lääketiede, sukellus suuriin syvyyksiin ja astronautiikka.

Sukeltajan kehoon kohdistuva paine kasvaa joka kymmenes metri yhdellä ilmakehällä. Paineen jyrkän laskun vuoksi voi alkaa dekompressiotauti, jonka ilmenemismuodoissa vereen liuenneet kaasut alkavat kiehua kuplien mukana. Myös klo korkeapaine mahdollinen happi- ja huumausainemyrkytys. Kaikkea tätä torjutaan käyttämällä erityisiä hengityselinten seoksia, mutta ne eivät anna mitään takuita, vaan vähentävät vain epämiellyttävien seurausten todennäköisyyttä. Tietysti voit käyttää sukelluspukuja, jotka pitävät paineen sukeltajan kehossa ja hänen hengitysseoksessa täsmälleen yhden ilmakehän verran, mutta ne puolestaan ovat suuria, tilaa vieviä, vaikeuttavat liikkumista ja myös erittäin kalliita.

Nestemäinen hengitys voisi tarjota kolmannen ratkaisun tähän ongelmaan säilyttäen samalla elastisten märkäpukujen liikkuvuuden ja jäykkien pukujen alhaiset riskit. Hengitysneste, toisin kuin kalliit hengitysseokset, ei kyllästä kehoa heliumilla tai typellä, joten hidasta dekompressiota ei myöskään tarvita dekompressiotaudin välttämiseksi.

Lääketieteessä nestehengitystä voidaan käyttää keskosten hoidossa, jotta vältytään keuhkojen alikehittyneiden keuhkoputkien vaurioilta hengityskoneiden ilman paineen, tilavuuden ja happipitoisuuden vuoksi. Erilaisten seosten valinta ja testaus ennenaikaisen sikiön selviytymisen varmistamiseksi aloitettiin jo 90-luvulla. Nestemäistä seosta voidaan käyttää täydellisissä pysähdyksissä tai osittaisissa hengitysvajauksissa.

Avaruuslentoon liittyy suuria ylikuormituksia, ja nesteet jakavat paineen tasaisesti. Jos henkilö upotetaan nesteeseen, ylikuormituksen aikana paine menee hänen koko kehoonsa, ei tiettyihin tukiin (tuolien selkänojat, turvavyöt). Tällä periaatteella luotiin Libelle g-suit, joka on jäykkä vedellä täytetty avaruuspuku, jonka avulla lentäjä pysyy tajuissaan ja tehokkaana jopa yli 10 g:n g-voimilla.

Tätä menetelmää rajoittaa ihmiskehon kudoksen ja käytetyn upotusnesteen välinen tiheysero, joten raja on 15-20g. Mutta voit mennä pidemmälle ja täyttää keuhkot nesteellä, jonka tiheys on lähellä vettä. Täysin nesteeseen upotettu ja hengittävä astronautti tuntee suhteellisen vähän äärimmäisen korkeiden g-voimien vaikutusta, koska nesteen voimat jakautuvat tasaisesti kaikkiin suuntiin, mutta vaikutus johtuu silti hänen kehon kudosten erilaisesta tiheydestä. . Raja pysyy edelleen, mutta se tulee olemaan korkea.

Ensimmäiset nestehengityskokeet suoritettiin viime vuosisadan 60-luvulla laboratoriohiirillä ja -rotilla, jotka pakotettiin hengittämään suolaliuosta, jossa oli runsaasti liuennutta happea. Tämä primitiivinen seos antoi eläinten selviytyä tietyn ajan, mutta se ei pystynyt poistamaan hiilidioksidia, joten eläinten keuhkot vaurioituivat korjaamattomasti.

Myöhemmin työ aloitettiin perfluorihiilivedyillä, ja niiden ensimmäiset tulokset olivat paljon parempia kuin suolaliuokokeiden tulokset. Perfluorihiilivedyt ovat eloperäinen aine, jossa kaikki vetyatomit on korvattu fluoriatomeilla. Perfluorihiiliyhdisteillä on kyky liuottaa sekä happea että hiilidioksidia, ne ovat erittäin inerttejä, värittömiä, läpinäkyviä, eivät voi vahingoittaa keuhkokudosta eivätkä ne imeydy elimistössä.

Siitä lähtien hengitysnesteitä on parannettu, edistyneintä Tämä hetki liuosta kutsutaan perflubroniksi tai "Liquiventiksi" (kaupallinen nimi). Tässä öljymäisessä läpinäkyvässä nesteessä, jonka tiheys on kaksi kertaa veden tiheys, on monia hyödyllisiä ominaisuuksia: se voi kuljettaa kaksi kertaa enemmän happea kuin tavallinen ilma matala lämpötila keitetään, joten käytön jälkeen sen lopullinen poistaminen keuhkoista suoritetaan haihduttamalla. Tämän nesteen vaikutuksesta alveolit avautuvat paremmin ja aine pääsee käsiksi niiden sisältöön, mikä parantaa kaasujen vaihtoa.

Keuhkot voivat täyttyä kokonaan nesteellä, mikä vaatii kalvohapettimen, lämmityselementin ja pakkotuuletuksen. Mutta kliinisessä käytännössä he eivät useimmiten tee tätä, vaan käyttävät nestehengitystä yhdessä tavanomaisen kaasuhengityksen kanssa, täyttäen keuhkot perflubronilla vain osittain, noin 40% kokonaistilavuudesta.

Kehys elokuvasta The Abyss, 1989

Mikä estää meitä käyttämästä nestehengitystä? Hengitysneste on viskoosia ja poistaa heikosti hiilidioksidia, joten keuhkojen pakkotuuletus on tarpeen. Hiilidioksidin poistamiseen tavallinen ihminen 70 kiloa painava virtaus on vähintään 5 litraa minuutissa, ja tämä on paljon, kun otetaan huomioon nesteiden korkea viskositeetti. klo liikunta tarvittava virtausmäärä vain kasvaa, ja on epätodennäköistä, että henkilö pystyy liikuttamaan 10 litraa nestettä minuutissa. Keuhkoamme ei yksinkertaisesti ole suunniteltu hengittämään nestettä, eivätkä ne pysty itse pumppaamaan tällaisia määriä.

Käyttö positiivisia piirteitä hengitysnesteet ilmailussa ja astronautiikassa voivat myös jäädä ikuisiksi haaveiksi - g-puvun keuhkoissa olevan nesteen tulee olla veden tiheyttä, ja perflubroni on kaksi kertaa raskaampaa.

Kyllä, keuhkomme pystyvät teknisesti "hengittämään" tiettyä happipitoista seosta, mutta valitettavasti tällä hetkellä voimme tehdä niin vain muutaman minuutin, koska keuhkomme eivät ole tarpeeksi vahvat kiertämään hengitysseosta pitkiä aikoja. . Tilanne saattaa muuttua tulevaisuudessa, on vain käännettävä toiveemme tämän alan tutkijoihin.