"Šķidruma elpošana" pagaidām piemērota tikai suņiem. Dziļa elpošana

Noteikti esmu skatījies 8 reizes. Un katru reizi es to darīju tikai un vienīgi izklaides nolūkos un interesants sižets ar pārsteidzošu aktieru spēli, kas, pēc filmēšanas grupas liecībām, ļoti nogurdināja galveno lomu izpildītājus.

Un iekšā pēdējo reizi Es sapratu, ka šajā filmā ir kaut kas vairāk.

Visas filmas garumā mums stāsta par šķidruma elpošanu. Tas, ko mēs sākām dzemdē, var turpināties. Galvenais ir situācija.

Visi 7 skatījumi man filma bija tikai fantāzija, scenārista vai režisora ​​iztēles spēle. Vienā ainā tiek parādīta pele, kas elpo īpašu šķidrumu. Otrā Bada (Eda Harisa varonis) ir skafandrā, kas piepildīts ar šo pašu šķidrumu. Viņš tiek sūtīts uz dziļumu, kur neviens nav bijis, piepildot plaušas ar "īpašo ūdeni", jo skābekļa cilvēka organismā tādā dziļumā nav nekāda sakara.

Izstrādājis akvalangistu aprīkojumu pirms aptuveni sešdesmit gadiem, francūzis Žaks Īvs Kusto savā nosaukumā ieviesa terminus "ūdens" un "plaušas". Tomēr pati tehnoloģija pilnīgai plaušu piepildīšanai ar ūdeni (ūdens-sāls šķīduma veidā) kļuva zināma no Kylstra J. publikācijas "A Mouse Like a Fish" - pirmā šķidruma elpošanā, kurā runāts par tādu. ideja par zemūdeņu glābšanu. Viņš bija pirmais, kurš veica nolaišanos līdz 1000 m dziļumam uz sauszemes zīdītājiem (pelēm) un parādīja, ka pāreja uz šķidruma elpošanu pilnībā novērš nāvi no dekompresijas gāzes veidošanās. PSRS tas tika apstiprināts mākslīgās plaušu ventilācijas (ALV) laikā ar suņu šķidrumu 1000 m niršanas nolaišanās imitācijas apstākļos.

Visa šķidruma elpošanas sistēma ir balstīta uz perfluoroglekļa formulu. Perflubrons ir dzidrs, eļļains šķidrums ar zemu blīvumu. Tas satur vairāk skābekļa nekā gaiss. Tā kā šis šķidrums ir inerts, tas nekaitē plaušām. Tā kā tam ir ļoti zema viršanas temperatūra, to ātri un viegli izvada no plaušām;

Pasaules tirgū ir maz šo šķidrumu ražotāju, jo to izstrāde ir blakusprodukts. kodolprojektus". Medicīniskās kvalitātes šķidrumi ir zināmi tikai no dažām pasaules kompānijām: DuPont (ASV), ICI un F2 (Lielbritānija), Elf-Atochem (Francija). Perfluorogļūdeņraža šķidrumi, kas tehnoloģiski izstrādāti Sanktpēterburgas Lietišķās ķīmijas institūtā, šobrīd ir līderi medicīnā un kosmetoloģijā;

Krievijā nopietni un bez smēķēšanas smēķētavā viņi domāja par brīvās pacelšanās tēmu caur īpašu šķidruma elpošanas sistēmu pēc;

Kopš Krievijas Federācijas izveidošanas šķidrās elpošanas metodes izstrāde zemūdeņu glābšanai, kā arī brīvprātīgo testu sagatavošana 2007. gadā tiek veikta un tiek veikta bez dotācijām, par AVF līdzekļiem sadarbībā ar St. Pēterburgas Valsts medicīnas universitāte. I.P. Pavlovs un citas organizācijas;

Šobrīd autora zemūdenes ātrās glābšanas koncepcijas ietvaros kā projekts pastāv īpašs dziļūdens niršanas aparāts. Tas ir balstīts uz unikālas īpašībasātri un izturīgi (pret spiedienu) šķidruma elpošanas ūdenslīdēji;

Arnolds Lends, bijušais ķirurgs un tagad pensionēts amerikāņu izgudrotājs, iesniedza patentu niršanas tērpam, kas aprīkots ar īpaša ar skābekli bagātināta šķidruma cilindru. Tā sauktais "šķidrais gaiss" tiek piegādāts no cilindra uz ūdenslīdēja ķiveri, aizpilda visu telpu ap galvu, izspiež gaisu no plaušām, nazofaringijas dobumiem un ausīm, piesātinot cilvēka plaušas ar pietiekamu skābekļa daudzumu. Savukārt ogļskābā gāze, kas izdalās elpojot, iziet ārā ar sava veida žaunu palīdzību, kas piestiprinātas nirēja augšstilba vēnai. Tas ir, pats elpošanas process kļūst vienkārši nevajadzīgs - skābeklis nonāk asinīs caur plaušām, un oglekļa dioksīds tiek izvadīts tieši no asinīm. Tiesa, kā šis nesaspiežamākais šķidrums tiks piegādāts no cilindra, vēl nav līdz galam skaidrs...;

Ir informācija, ka tiek veikti eksperimenti par šķidrumu elpošanu ar lielu spēku. Un Krievijā arī;

Filmā "Abyss", protams, neviens no aktieriem neelpoja "īpašu ūdeni". Un vienā no ainām pat tika pieļauta maza, bet ļoti atmiņā paliekoša džemba, Budam nolaižoties dziļumā, no viņa mutes iznāk nodevīgs burbulis, .. kam nevajadzētu būt šķidras elpošanas apstākļos;

Aktierim Edam Herisam, kurš atveidoja vienu no galvenajām lomām Buda lomu, kaut kādā veidā nācās novilkties pa ceļam no uzņemšanas laukuma, jo uznāca piespiedu raudāšana.. Tik nogurdinošs bija filmas tapšanas process. Kamerons pieprasīja izcilu uzticamību.

Skatīties filmas. Brīvi elpojiet un velciet pāri ceļa malai, lai fotografētu tauriņus.

Paldies par atvērto piekļuvi dažiem datiem Krievijas Dabaszinātņu akadēmijas korespondējošais loceklis, Ph.D.A. V. Filippenko.

Nesen Valsts padziļināto studiju fonda Zinātniskā un tehniskā padome apstiprināja "projektu, lai izveidotu tehnoloģiju zemūdeņu glābšanai ar brīvu pacelšanos, izmantojot šķidruma elpošanas metodi", kas būtu jāīsteno Maskavas Darba medicīnas institūtam (tajā laikā). rakstīšanas laikā institūta vadība nebija pieejama komentēšanai). "Bēniņi" nolēma izdomāt, kas slēpjas aiz noslēpumainās frāzes "šķidra elpa".

Šķidruma elpošana visiespaidīgāk parādīta Džeimsa Kamerona filmā The Abyss.

Tiesa, šādā formā eksperimenti ar cilvēkiem nekad nav veikti. Bet kopumā zinātnieki šī jautājuma izpētes ziņā nav daudz zemāki par Kameronu.

pelēm patīk zivis

Pirmais, kurš parādīja, ka zīdītāji principā var iegūt skābekli nevis no gāzu maisījuma, bet no šķidruma, bija Johanness Kylstra no medicīnas centrs Djūka universitāte (ASV). Kopā ar kolēģiem 1962. gadā viņš žurnālā publicēja darbu "Mice as fish" (Of mice as fish). Amerikas Mākslīgo iekšējo orgānu biedrības darījumi.

Kilstra un viņa kolēģi iegremdēja peles fizioloģiskā šķīdumā. Lai tajā izšķīdinātu pietiekami daudz skābekļa elpošanai, pētnieki gāzi "ievadīja" šķidrumā zem spiediena līdz 160 atmosfērām - kā 1,5 kilometru dziļumā. Peles šajos eksperimentos izdzīvoja, taču ne pārāk ilgi: šķidrumā bija pietiekami daudz skābekļa, bet pats elpošanas process, šķidruma ievilkšana un izstumšana no plaušām prasīja pārāk daudz pūļu.

"Viela Džo"

Kļuva skaidrs, ka jāizvēlas šķidrums, kurā skābeklis šķīst daudz labāk nekā ūdenī. Nepieciešamās īpašības bija divu veidu šķidrumiem: silikona eļļām un šķidrajiem perfluorogļūdeņražiem. Pēc eksperimentiem, ko 60. gadu vidū veica Alabamas Universitātes Medicīnas skolas bioķīmiķis Lelands Klārks, atklājās, ka skābekļa nogādāšanai plaušām var izmantot abus šķidrumu veidus. Eksperimentos peles un kaķi tika pilnībā iegremdēti gan perfluorogļūdeņražos, gan silikona eļļās. Tomēr pēdējais izrādījās toksisks – izmēģinājuma dzīvnieki mira neilgi pēc eksperimenta. Bet perfluorogļūdeņraži izrādījās diezgan piemēroti lietošanai.

Pirmo reizi perfluorogļūdeņraži tika sintezēti Manhetenas projekta laikā, lai radītu atombumba: zinātnieki meklēja vielas, kas netiktu iznīcinātas, mijiedarbojoties ar urāna savienojumiem, un tās tika nodotas koda vārds Džo lietas. Tie ir ļoti piemēroti šķidruma elpošanai: “Džo vielas” nesadarbojas ar dzīviem audiem un lieliski izšķīdina gāzes, tostarp skābekli un oglekļa dioksīdu atmosfēras spiedienā un normāla temperatūra cilvēka ķermenis.

Kilstra un viņa kolēģi ir pētījuši šķidruma elpošanas tehnoloģiju, meklējot tehnoloģiju, kas ļautu cilvēkiem nirt un peldēt uz virsmas, nebaidoties no līkumiem. Ātra pacelšanās no liela dziļuma ar saspiestas gāzes padevi ir ļoti bīstama: gāzes labāk izšķīst šķidrumos zem spiediena, tāpēc, nirējam paceļoties, asinīs izšķīdušās gāzes, īpaši slāpeklis, veido burbuļus, kas bojā asinsvadus. Rezultāts var būt skumjš, pat letāls.

1977. gadā Kilstra iesniedza ASV Jūras spēku departamentam atzinumu, kurā rakstīja, ka, pēc viņa aprēķiniem, vesels cilvēks var saņemt nepieciešamo skābekļa daudzumu, izmantojot perfluorogļūdeņražus, un attiecīgi tos potenciāli varētu izmantot, nevis. saspiesta gāze. Zinātnieks norādīja, ka šāda iespēja paver jaunas perspektīvas zemūdeņu glābšanai no lielajiem.

Eksperimenti ar cilvēkiem

Praksē šķidrās elpošanas tehnika, ko tolaik sauca par plaušu šķidro ventilāciju, cilvēkiem tika piemērota tikai vienu reizi, 1989. gadā. Tad Templas Universitātes Medicīnas skolas (ASV) pediatrs Tomass Šafers un viņa kolēģi izmantoja šo metodi, lai glābtu priekšlaicīgi dzimušus bērnus. Augļa plaušas dzemdē ir piepildītas ar šķidrumu, un, kad cilvēks piedzimst un sāk elpot gaisu, vielu maisījums, ko sauc par plaušu virsmaktīvo vielu, neļauj plaušu audiem salipt visu atlikušo mūžu. Priekšlaicīgi dzimušiem zīdaiņiem tam nav laika uzkrāties pareizajā daudzumā, un elpošana prasa ļoti lielas pūles, kas ir pilns ar letāls iznākums. Toreiz gan zīdaiņu šķidrā ventilācija neglāba: visi trīs pacienti drīz vien nomira, taču šis bēdīgais fakts tika skaidrots ar citiem iemesliem, nevis metodes nepilnību.

Vairāk eksperimentu par plaušu kopējo šķidruma ventilāciju, kā šo tehnoloģiju sauc zinātniskā veidā, ar cilvēkiem nav veikti. Tomēr 90. gados pētnieki modificēja metodi un eksperimentēja ar daļēju šķidruma ventilāciju, kurā plaušas nav pilnībā piepildītas ar šķidrumu, pacientiem ar smagu plaušu iekaisumu. Pirmie rezultāti izskatījās iepriecinoši, taču galu galā līdz klīniskai pielietošanai tas nenonāca – izrādījās, ka parastā plaušu ventilācija ar gaisu darbojas tikpat labi.

Daiļliteratūras patents

Pētnieki tagad ir atgriezušies pie idejas izmantot pilnu šķidruma ventilāciju. Taču fantastiskā niršanas tērpa aina, kurā cilvēks elpošot šķidrumu, nevis īpašu gāzu maisījumu, ir tālu no realitātes, lai gan rosina publikas iztēli un izgudrotāju prātus.

Tātad 2008. gadā pensionētais amerikāņu ķirurgs Arnolds Lande patentēja niršanas tērpu, izmantojot šķidruma ventilācijas tehnoloģiju. Saspiestās gāzes vietā viņš ierosināja izmantot perfluorogļūdeņražus, un oglekļa dioksīda pārpalikums, kas veidojas asinīs, būtu jānoņem, izmantojot mākslīgās žaunas, kas “iestrēgušas” tieši nirēja augšstilba vēnā. Izgudrojums ieguva zināmu slavu pēc tam, kad par to rakstīja publikācija. Neatkarīgā.

Kā norāda Filips Mišo, šķidrās ventilācijas speciālists no Šerbrukas universitātes Kanādā, Landes projekts izskatās apšaubāms. “Mūsu eksperimentos (Mičots un viņa kolēģi veic eksperimentus ar jēriem un trušiem ar veselām un bojātām plaušām - aptuveni "bēniņi") ar kopējo šķidruma elpošanu, dzīvnieki atrodas anestēzijā un nekustas. Tāpēc mēs varam organizēt normālu gāzes apmaiņu: skābekļa piegādi un oglekļa dioksīda izvadīšanu. Cilvēkiem fizisko aktivitāšu, piemēram, peldēšanas un niršanas, laikā problēma būs skābekļa piegāde un oglekļa dioksīda izvadīšana, jo oglekļa dioksīda veidošanās šādos apstākļos ir lielāka nekā parasti, ”komentēja Mihauds. Zinātnieks arī atzīmēja, ka "mākslīgo žaunu" fiksēšanas tehnoloģija augšstilba vēnā viņam nav zināma.

Galvenā "šķidruma elpošanas" problēma

Turklāt Michaud uzskata par apšaubāmu pašu ideju par "šķidruma elpošanu", jo cilvēka muskuļi nav pielāgoti "elpošanai" ar šķidrumu, bet gan efektīva sūkņu sistēma, kas palīdzētu izsūknēt un izsūknēt šķidrumu no cilvēka plaušām, kad viņš pārvietojas. un dara kādu darbu, vēl nav izstrādāts.

"Man tas jāsecina pašreizējais posms tehnoloģiju attīstību, nav iespējams izstrādāt ūdenslīdēju tērpu, izmantojot šķidruma ventilācijas metodi,” uzskata pētnieks.

Tomēr šīs tehnoloģijas pielietojums joprojām tiek pētīts citiem, reālākiem mērķiem. Piemēram, lai palīdzētu noslīkušajiem, nomazgātu plaušas dažādu slimību gadījumā vai ātri pazeminātu ķermeņa temperatūru (lieto reanimācijas gadījumos sirds apstāšanās laikā pieaugušajiem un jaundzimušajiem ar hipoksiski-išēmisku smadzeņu bojājumu).

Šķidruma elpošanas sistēma, ko izstrādā Padziļināto pētījumu fonds (FPI), palīdzēs nirējiem ātri pacelties uz ūdens bez dekompresijas slimības. Antropomorfais robots Fjodors piedalīsies jauna Krievijas kosmosa kuģa testos un var palīdzēt Rosatom pārstrādē radioaktīvie atkritumi. Marianas tranšejas apakšā tiks pārbaudīts ārkārtēja dziļuma zemūdens kuģis. Fonda Zinātniski tehniskās padomes priekšsēdētājs Vitālijs Davidovs izdevumam Izvestija pastāstīja par FPI projektiem.

– Cik projektus fonds ir īstenojis un kurus no tiem jūs vēlētos izcelt?

AT dažādi posmi Mums ir aptuveni 50 projekti. Vēl 25 pabeigti. Iegūtie rezultāti tiek nodoti vai nodoti klientiem. Ir izveidoti tehnoloģiju demonstratori, saņemti ap 400 intelektuālās darbības rezultātu. Tēmu klāsts – no niršanas līdz Marianas tranšejas dibenam līdz kosmosam.

No īstenotajiem projektiem var nosaukt, piemēram, pērn kopā ar vadošo raķešu dzinēju būves uzņēmumu NPO Energomash veiksmīgi veiktos raķešu detonācijas dzinēja izmēģinājumus. Tajā pašā laikā fonds pirmo reizi pasaulē saņēma stabilu detonācijas reaktīvo dzinēja detonatora darbības režīmu. Ja pirmais ir paredzēts kosmosa tehnoloģijām, tad otrais ir paredzēts aviācijai. hiperskaņas lidmašīnas izmantojot šādas sistēmas, nāksies saskarties ar daudzām problēmām. Piemēram, ar augsta temperatūra. Fonds šīm problēmām atrada risinājumu, izmantojot siltuma emisijas efektu – siltumenerģijas pārvēršanu elektroenerģijā. Faktiski mēs saņemam elektroenerģiju, lai darbinātu aparāta sistēmas un vienlaikus atdzesētu lidmašīnas korpusa un dzinēja elementus.

- Viens no slavenākajiem fonda projektiem ir Fedor robots. Vai tas ir pabeigts?

– Jā, darbs pie Fedor ir pabeigts. Tagad rezultāti tiek nodoti Ārkārtas situāciju ministrijai. Turklāt izrādījās, ka viņus interesē ne tikai Ārkārtas situāciju ministrija, bet arī citas ministrijas, kā arī valsts kapitālsabiedrības. Daudzi droši vien ir dzirdējuši, ka Fedor tehnoloģijas izmantos Roscosmos izveidot testa robotu, kas lidos uz jaunu krievu pilotējamu kosmosa kuģis"Federācija". Rosatom izrādīja lielu interesi par robotu. Viņam ir vajadzīgas tehnoloģijas, kas nodrošina spēju strādāt cilvēkiem bīstamos apstākļos. Piemēram, likvidējot kodolatkritumus.

- Vai Fedor var izmantot zemūdeņu apkalpes glābšanai, nogrimušu kuģu apsekošanai?

Fedor izveides laikā iegūtās tehnoloģijas var izmantot dažādiem mērķiem. Fonds īsteno vairākus projektus, kas saistīti ar zemūdens neapdzīvotiem transportlīdzekļiem. Un principā tajās var integrēt antropomorfo robotu tehnoloģijas. It īpaši, plānots izveidot zemūdens transportlīdzekli darbībai ārkārtējos dziļumos. Mēs plānojam to pārbaudīt Marianas tranšeja. Tajā pašā laikā nav viegli nogrimt dibenā, kā mūsu priekšgājējiem, bet gan nodrošināt iespēju pārvietoties tuvējā apgabalā un veikt zinātniskus pētījumus. To vēl neviens nav izdarījis.

Amerikas Savienotajās Valstīs tiek izstrādāts četrkājains robots preču pārvadāšanai BigDog. Vai FPI tiek veikta līdzīga attīstība?

Kas attiecas uz pastaigu platformām kravas vai munīcijas pārvadāšanai, fonds šādu darbu neveic. Bet dažas organizācijas, ar kurām mēs sadarbojamies, pēc savas iniciatīvas iesaistījās šādā izstrādē. Jautājums par to, vai šāds robots ir vajadzīgs kaujas laukā, paliek atklāts. Vairumā gadījumu izdevīgāk ir izmantot riteņu vai kāpurķēžu transportlīdzekļus.

- Kādas robotu platformas tiek veidotas FPI, izņemot Fedor?

Mēs izstrādājam plašu platformu klāstu dažādiem mērķiem. Tie ir zeme, gaiss un jūras roboti. Veicot izlūkošanas, kravu pārvadāšanas uzdevumus, kā arī spējīgs veikt cīnās. Viens no darba virzieniem šajā jomā ir bezpilota lidaparātu, tostarp grupu, lietošanas metožu izskata un attīstības noteikšana. Domāju, ja viss turpināsies tādā pašā tempā, tuvākajā laikā notiks ievērojama dronu izmantošanas paplašināšana, tajā skaitā kaujas uzdevumu risināšanai.

- Attīstās FPI atmosfēras satelīts"Pūce" - liela elektriskā lidmašīna. Kā notiek viņa pārbaudes?

-Demonstratoru izmēģinājumi bezpilota transportlīdzeklis"Pūce" pabeigta. Garš lidojums notika aptuveni 20 tūkstošu metru augstumā.Diemžēl ierīce iekrita spēcīgas turbulences zonā un tika nopietni bojāta. Bet līdz tam laikam jau bijām saņēmuši visus nepieciešamos datus, bijām pārliecināti gan par paša pētījuma virziena perspektīvām, gan par izvēlētā pareizību. konstruktīvi risinājumi . Iegūtā pieredze tiks izmantota pilna izmēra aparāta izveidē un testēšanā.

Uzņēmums "Roskosmos" NPO viņiem. Lavočkina veic līdzīgu attīstību - rada atmosfēras pavadoni "Aist". Vai sekojat līdzi konkurentu attīstībai?

Esam informēti par šiem darbiem, uzturam kontaktus ar Aist izstrādātājiem. Šeit nav runa par konkurenci, bet gan par komplementaritāti.

Vai šādas ierīces var izmantot Arktiskā zona kur nav sakaru un infrastruktūras biežām pacelšanām un nolaišanās?

Jāpatur prātā, ka pavasarī un rudenī un vēl jo vairāk polārās nakts laikā “atmosfēras satelīts” var vienkārši nesaņemt akumulatoru uzlādei nepieciešamo enerģiju. Tas ierobežo tā piemērošanu.

Nesen sabiedrībai tika demonstrētas šķidrās elpošanas tehnoloģijas - takši tiek iegremdēti īpašā ar skābekli bagātā šķidrumā. "Slīkšanas" demonstrācija izraisīja protestu vilni. Vai darbs šajā virzienā turpināsies arī pēc tam?

-Turpinās darbs pie šķidruma elpošanas. Pamatojoties uz mūsu attīstību, var izglābt tūkstošiem dzīvību. Un mēs runājam ne tikai par zemūdeņiem, kuri, pateicoties šķidruma elpošanai, varēs ātri pacelties virspusē bez sekām dekompresijas slimības veidā. Tur ir visa rinda plaušu slimības un traumas, kuru ārstēšanā ir iespējams gūt panākumus ar šķidras elpošanas palīdzību. Interesantas perspektīvas ir šķidrās elpošanas tehnoloģijas izmantošanai ķermeņa ātrai dzesēšanai, kad nepieciešams palēnināt tajā notiekošos procesus. Tagad tas tiek darīts ar ārēju dzesēšanu vai ievadot īpašu šķīdumu asinīs. Jūs varat darīt to pašu, bet efektīvāk, piepildot plaušas ar atdzesētu elpceļu maisījumu.

FPI šķidrās elpošanas veidošanas laboratorijas vadītājs Antons Tonšins ar taksi vārdā Nikolass, ar kura palīdzību Zinātnieki no Advanced Research Foundation (FPI) pētīja šķidruma elpošanas iespējas.

Jāņem vērā, ka šajos eksperimentos iesaistīto dzīvnieku veselībai nekāda kaitējuma nav. Visi "eksperimentētāji" ir dzīvi. Daļa no tiem tiek turēti laboratorijā, kur tiek uzraudzīts viņu stāvoklis. Daudzi ir kļuvuši par darbinieku mājdzīvniekiem, taču viņu stāvokli periodiski uzrauga arī mūsu speciālisti. Novērojumu rezultāti liecina par neesamību negatīvas sekasšķidruma elpošana. Tehnoloģija ir izstrādāta, un esam pārgājuši uz speciālu ierīču izveidi tās praktiskai īstenošanai.

– Kad sāksiet pētīt šķidruma elpošanu cilvēkiem?

Teorētiski esam gatavi šādiem eksperimentiem, taču, lai tos uzsāktu, ir nepieciešams vismaz izveidot un izstrādāt atbilstošu aprīkojumu.

Savulaik FPI izstrādāja programmatūras platformu dažādu iekārtu projektēšanai, kas paredzēta ārvalstu programmatūras aizstāšanai. Vai to kaut kur izmanto?

Darbs pie vienotas vides izveides Krievijas inženieru programmatūrai "Gerbarium" patiešām ir pabeigts. Tagad tiek izskatīts jautājums par tā izmantošanu Rosatom un Roskosmos - daudzsološu kodolrūpniecības produktu, kā arī raķešu un kosmosa tehnoloģiju paraugu projektēšanai.

– Vai fonds darbojas paplašinātās realitātes tehnoloģiju jomā?

-Jā, fonds veic šādu darbu - jo īpaši kopā ar KamAZ. Viena no mūsu laboratorijām ir radījusi papildinātās realitātes briļļu prototipu, kas nodrošina kontroli pār auto detaļu montāžu. Programma norāda, kāda daļa ir jāņem un kur tā jāinstalē. Ja operators veic nepareizas darbības, piemēram, novirzās no noteiktās preces montāžas kārtības vai nepareizi uzstāda tās elementus, atskan skaņas paziņojums par nepareizu soli, un uz brillēm tiek parādīta informācija par kļūdu.Šajā gadījumā nepareizu darbību vai pat to mēģinājuma fakts tiek ierakstīts elektroniskajā žurnālā. Rezultātā jārada sistēma, kas izslēdz nepareizas montāžas iespēju. Nākotnē esam iecerējuši šo sistēmu attīstīt miniaturizācijas virzienā, nomainīt brilles pret modernākām ierīcēm.

Datortehnoloģiju perspektīvas tagad ir saistītas ar kvantu datoru attīstību, bet informācijas drošība - ar kvantu kriptogrāfiju. Vai FPI attīsta šīs jomas?

Fonds nodarbojas ar jautājumiem, kas saistīti ar kvantu skaitļošanu, atbilstošas ​​elementu bāzes izveidi. Runājot par kvantu komunikāciju, visi ir pazīstami ar ķīniešu kolēģu pieredzi. Bet mēs nestāvam uz vietas.

Vēl 2016. gada rudenī FPI un Rostelecom nodrošināja kvantu informācijas pārraidi pa optiskās šķiedras kabeli starp Noginsku un Pavlovski Posadu. Eksperiments bija veiksmīgs. Šodien jau var runāt pa kvantu telefonu. Svarīga iezīme informācijas kvantu pārraide ir tās pārtveršanas neiespējamība.

Iepriekš minētā eksperimenta gaitā kvantu komunikācija tika nodrošināta aptuveni 30 km attālumā. Tehniski nav problēmu to ieviest lielāks diapazons. Mēs gatavojamies veikt saziņas sesiju pa atmosfēras kanālu. Mēs strādājam pie iespējas veikt eksperimentu par kvantu komunikāciju no kosmosa, izmantojot Starptautiskās kosmosa stacijas potenciālu.

Dzīvība uz mūsu planētas acīmredzot radās ūdenī - vidē, kur skābekļa rezerves ir ļoti ierobežotas. Pie atmosfēras spiediena skābekļa saturs gaisā jūras līmenī ir 200 mililitri litrā, un litrā virszemes ūdens ir izšķīdināti mazāk nekā septiņi mililitri skābekļa.

Pirmie mūsu planētas iedzīvotāji, pielāgojušies ūdens vide, elpo ar žaunām, kuru mērķis ir iegūt maksimālā summa skābeklis no ūdens.

Evolūcijas gaitā dzīvnieki apguva ar skābekli bagāto sauszemes atmosfēru un sāka elpot ar plaušām. Elpošanas orgānu funkcijas palika nemainīgas.

Gan plaušās, gan žaunās skābeklis iekļūst caur plānām membrānām no vidi asinsvados, un oglekļa dioksīds no asinīm izdalās vidē. Tātad žaunās un plaušās notiek tie paši procesi. Tas rada jautājumu: vai dzīvnieks ar plaušām spētu elpot ūdens vidē, ja tajā būtu pietiekami daudz skābekļa?

Atbilde uz šo jautājumu ir pelnījusi uzmanību vairāku iemeslu dēļ. Pirmkārt, mēs varētu noskaidrot, kāpēc elpošanas orgāni sauszemes dzīvnieki pēc uzbūves tik ļoti atšķiras no atbilstošajiem ūdensdzīvnieku orgāniem.

Turklāt atbilde uz šo jautājumu ir tīri praktiska interese. Ja speciāli apmācīts cilvēks varētu elpot ūdens vidē, tad tas atvieglotu okeāna dzīļu izpēti un ceļošanu uz tālām planētām. Tas viss kalpoja par pamatu, lai izveidotu vairākus eksperimentus, lai izpētītu iespēju elpot sauszemes zīdītājus ar ūdeni.

Ūdens elpošanas problēmas

Eksperimenti tika veikti Nīderlandes un ASV laboratorijās. Ūdens elpošana ir saistīta ar divām galvenajām problēmām. Viens jau tika minēts: pie parastā atmosfēras spiediena ūdenī izšķīst pārāk maz skābekļa.

Otra problēma ir tā, ka ūdens un asinis ir šķidrumi ar ļoti atšķirīgām fizioloģiskajām īpašībām. “Ieelpojot”, ūdens var bojāt plaušu audus un izraisīt letālas izmaiņas šķidruma tilpumā un sastāvā organismā.

Pieņemsim, ka esam sagatavojuši īpašu izotonisku šķīdumu, kur sāļu sastāvs ir tāds pats kā asins plazmā. Augstā spiedienā šķīdums ir piesātināts ar skābekli (tā koncentrācija ir aptuveni tāda pati kā gaisā). Vai dzīvnieks šādā šķīdumā varēs elpot?

Pirmie šādi eksperimenti tika veikti Leidenes Universitātē. Caur zemūdenes glābšanas laivai līdzīgu gaisa slūžu peles tika ievadītas kamerā, kas bija piepildīta ar īpaši sagatavotu šķīdumu, kurā tika radīts spiediens ar skābekli. Caur kameras caurspīdīgajām sienām bija iespējams novērot peļu uzvedību.

Pirmajos mirkļos dzīvnieki mēģināja izkļūt virspusē, taču stiepļu siets tos neļāva. Pēc pirmā uztraukuma peles nomierinājās un, šķiet, līdzīgā situācijā īpaši necieta. Viņi veica lēnas, ritmiskas elpošanas kustības, acīmredzot ieelpojot un izelpojot šķidrumu. Daži no viņiem šādos apstākļos dzīvoja daudzas stundas.

Galvenās grūtības elpot ūdeni

Pēc virknes eksperimentu kļuva skaidrs, ka noteicošais faktors, kas nosaka peļu dzīves ilgumu, ir nevis skābekļa trūkums (ko var ievadīt šķīdumā jebkurā vēlamajā daudzumā, vienkārši palielinot tā daļējo spiedienu), bet gan oglekļa izvadīšanas grūtības. dioksīds no ķermeņa līdz vajadzīgajai pakāpei.

Pele, kas nodzīvoja visilgāk – 18 stundas – atradās šķīdumā, kuram bija pievienots neliels daudzums organiskā buferšķīduma – tris(hidroksimetil)aminometāna. Pēdējais samazina oglekļa dioksīda uzkrāšanās nelabvēlīgo ietekmi uz dzīvniekiem. Šķīduma temperatūras pazemināšana līdz 20°C (apmēram puse no parastās peles ķermeņa temperatūras) arī veicināja dzīves pagarināšanos.

Šajā gadījumā tas bija saistīts ar vispārēju vielmaiņas procesu palēnināšanos.

Parasti dzīvnieka izelpotā gaisa litrs satur 50 mililitrus oglekļa dioksīda. Ja visas pārējās lietas ir vienādas (temperatūra, oglekļa dioksīda daļējais spiediens), vienā litrā fizioloģiskā šķīduma, kas pēc sāls sastāva ir identisks asinīm, izšķīst tikai 30 mililitri šīs gāzes.

Tas nozīmē, ka, lai izdalītu nepieciešamo oglekļa dioksīda daudzumu, dzīvniekam jāieelpo divreiz vairāk ūdens nekā gaisa. (Bet, lai sūknētu šķidrumu caur bronhu asinsvadiem, ir nepieciešams 36 reizes vairāk enerģijas, jo ūdens viskozitāte ir 36 reizes lielāka nekā gaisa viskozitāte.)

No tā ir skaidrs, ka pat tad, ja plaušās nav šķidruma turbulentas kustības, ūdens elpošanai ir nepieciešams 60 reizes vairāk enerģijas nekā gaisa elpošanai.

Tāpēc nav nekā pārsteidzoša faktā, ka izmēģinājuma dzīvnieki pamazām novājinājās, un pēc tam - noguruma un ogļskābās gāzes uzkrāšanās dēļ organismā - apstājās elpošana.

Eksperimentu rezultāti

Pamatojoties uz veiktajiem eksperimentiem, nebija iespējams spriest, cik daudz skābekļa nonāk plaušās, cik tas ir piesātināts arteriālajās asinīs un kāda ir oglekļa dioksīda uzkrāšanās pakāpe dzīvnieku asinīs. Pamazām mēs tuvojāmies virknei progresīvāku eksperimentu.

Tie tika veikti suņiem lielā kamerā, kas aprīkota ar papildu aprīkojums. Kamera tika piepildīta ar gaisu ar spiedienu 5 atmosfēras. Bija arī fizioloģiskā šķīduma vanna, piesātināta ar skābekli. Tajā tika iegremdēts eksperimentālais dzīvnieks. Pirms eksperimenta, lai samazinātu kopējo ķermeņa skābekļa patēriņu, suņi tika anestēzēti un atdzesēti līdz 32°C.

Niršanas laikā suns veica vardarbīgas elpošanas kustības. Ūdens lāses, kas pacēlās no virsmas, skaidri liecināja, ka viņa sūknē šķīdumu caur plaušām. Eksperimenta beigās suns tika izvilkts no vannas, no plaušām tika izņemts ūdens, un tās tika piepildītas ar gaisu. No sešiem pārbaudītajiem dzīvniekiem viens izdzīvoja. Suns elpoja ūdenī 24 minūtes.

Eksperimenta rezultātus var formulēt šādi: noteiktos apstākļos dzīvnieki, kas elpo gaisu, var elpot ūdeni ierobežotu laiku. Galvenais ūdens elpošanas trūkums ir oglekļa dioksīda uzkrāšanās organismā.

Eksperimenta laikā izdzīvojušā suņa asinsspiediens bija nedaudz zemāks par normālu, taču saglabājās nemainīgs; pulss un elpošana bija lēni, bet regulāri, arteriālās asinis bija piesātinātas ar skābekli. Oglekļa dioksīda saturs asinīs pakāpeniski palielinājās.

Tas nozīmēja, ka suņa enerģiskā elpošanas aktivitāte nebija pietiekama, lai izvadītu no organisma nepieciešamo oglekļa dioksīda daudzumu.

Jauna ūdens elpošanas eksperimentu sērija

Ņujorkā valsts universitāte Es turpināju strādāt ar Hermanu Rānu, Edvardu H. Lanfāru un Čārlzu V. Paganelli. AT jauna sērija Eksperimentos tika izmantotas ierīces, kas ļāva iegūt konkrētus datus par gāzu apmaiņu, kas notiek suņa plaušās, elpojot šķidrumu. Tāpat kā iepriekš, dzīvnieki elpoja ar skābekli piesātinātu sāls šķīdumu 5 atmosfēru spiedienā.

Ieelpotā un izelpotā šķidruma gāzes sastāvs tika noteikts pie šķīduma ieplūdes un izejas no suņu plaušām. Ar skābekli bagātais šķidrums nokļuva narkozēta suņa ķermenī caur gumijas cauruli, kas tika ievietota trahejā. Plūsmu regulēja vārstu sūknis.

Ar katru ieelpošanu šķīdums gravitācijas ietekmē ieplūda plaušās, un izelpas laikā šķidrums pēc tāda paša principa nokļuva īpašā uztvērējā. Plaušās absorbētā skābekļa daudzums un atbrīvotā oglekļa dioksīda daudzums tika noteikts kā starpība starp atbilstošajām vērtībām vienādos apjomos ieelpotais un izelpotais šķidrums.

Dzīvnieki netika atdzesēti. Izrādījās, ka šādos apstākļos suns no ūdens izsūc aptuveni tādu pašu skābekļa daudzumu kā parasti no gaisa. Kā gaidīts, dzīvnieki neizelpoja pietiekami daudz ogļskābās gāzes, tāpēc ogļskābās gāzes saturs asinīs pamazām palielinājās.

Eksperimenta beigās, kas ilga līdz četrdesmit piecām minūtēm, caur īpašu caurumu trahejā no suņa plaušām tika izņemts ūdens. Plaušas tika iztīrītas ar vairākām gaisa porcijām. Papildu procedūras "revitalizācijai" netika veiktas. Seši no sešpadsmit suņiem izdzīvoja eksperimentā bez redzamām sekām.

Trīs elementu mijiedarbība

Gan zivju, gan zīdītāju elpošana balstās uz trīs elementu kompleksu mijiedarbību:

1) ķermeņa vajadzības pēc gāzes apmaiņas,

2) fizikālās īpašības vidi un

3) elpošanas sistēmas uzbūve.

Lai paceltos pāri tīri intuitīvam orgānu struktūras nozīmes novērtējumam adaptācijas procesā, ir precīzi jāsaprot visas šīs mijiedarbības. Ir skaidrs, ka šādi jautājumi ir jāuzdod. Kā skābekļa molekula no apkārtējās vides nonāk asinīs? Kāds ir viņas precīzais ceļš? Atbildēt uz šiem jautājumiem ir daudz grūtāk, nekā varētu domāt.

Kad krūtis izplešas, gaiss (vai ūdens) nonāk dzīvnieka plaušās. Kas notiek ar šķidrumu, kas nokļūst plaušu pierobežas gaisa maisos? Apskatīsim šo parādību ar vienkāršu piemēru.

Ja nelielu daudzumu tintes lēnām ievada caur adatu šļircē, kas daļēji piepildīta ar ūdeni, tā vispirms veido plānu strūklu trauka centrā. Pēc "ieelpošanas" apstāšanās tinte pakāpeniski izplatās pa visu ūdens tilpumu.

Ja tinte tiek ievadīta ātri, lai plūsma būtu nemierīga, sajaukšanās, protams, notiks daudz ātrāk. Pamatojoties uz iegūtajiem datiem, kā arī ņemot vērā bronhu izmērus, var secināt, ka ieelpotā gaisa vai ūdens plūsma gaisa maisiņos nonāk lēni, bez turbulences.

Tāpēc var pieņemt, ka ieelpojot svaigs gaiss(vai ūdens) skābekļa molekulas vispirms koncentrēsies gaisa maisiņu (alveolu) centrā. Tagad tiem ar difūziju jāpārvar ievērojami attālumi, pirms tie sasniedz sienas, caur kurām tie nonāk asinīs.

Šie attālumi ir daudzkārt lielāki par membrānu biezumu, kas atdala gaisu no asinīm plaušās. Ja ieelpojamais līdzeklis ir gaiss, tas tā nav liela nozīme: skābeklis tiek vienmērīgi sadalīts visā alveolā sekundes miljondaļās.

Gāzu izplatīšanās ātrums ūdenī ir 6 tūkstošus reižu mazāks nekā gaisā. Tāpēc, elpojot ūdeni, ir atšķirība daļējs spiediens skābeklis centrālajā un perifēriskajā reģionā. Zemā gāzu difūzijas ātruma dēļ skābekļa spiediens alveolu centrā ar katru elpošanas ciklu kļūst augstāks nekā sienās. Oglekļa dioksīda koncentrācija, kas iziet no asinīm, ir lielāka pie alveolu sieniņām nekā centrā.

Gāzu apmaiņa plaušās

Šie teorētiskie priekšnoteikumi radās, pamatojoties uz pētījumu gāzes sastāvs izelpotais šķidrums eksperimentu ar suņiem laikā. Ūdens, kas plūst no suņa plaušām, tika savākts garā caurulē.

Izrādījās, ka pirmajā ūdens porcijā, kas acīmredzot nāca no alveolu centrālās daļas, bija vairāk skābekļa nekā pēdējā porcijā, kas nāca no sienām. Suņu elpošanas laikā izelpotā gaisa pirmās un pēdējās porcijas sastāvos būtiskas atšķirības netika novērotas.

Interesanti atzīmēt, ka gāzu apmaiņa, kas notiek suņa plaušās, elpojot ūdeni, ir ļoti līdzīga procesam, kas notiek vienkāršā ūdens pilē, kad uz tā virsmas tiek veikta apmaiņa: skābeklis - oglekļa dioksīds. Pamatojoties uz šo analoģiju, tika izveidots plaušu matemātiskais modelis, un par funkcionālo vienību tika izvēlēta sfēra ar aptuveni vienu milimetru diametru.

Aprēķini parādīja, ka plaušās ir aptuveni pusmiljons šo sfērisko gāzu apmaiņas šūnu, kurās gāzes pārnešana notiek tikai ar difūziju. Aprēķinātais šo šūnu skaits un lielums cieši atbilst noteiktu plaušu struktūru skaitam un izmēram, ko sauc par "primārajām lobulām" (lobulām).

Acīmredzot šīs lobulas ir galvenās plaušu funkcionālās vienības. Tāpat, izmantojot anatomiskos datus, iespējams izveidot zivju žaunu matemātisko modeli, kuru primārajām gāzu apmaiņas vienībām būs attiecīgi cita forma.

Matemātisko modeļu uzbūve ļāva novilkt skaidru līniju starp zīdītāju un zivju elpošanas orgāniem. Izrādās, ka galvenais slēpjas elpošanas šūnu ģeometriskajā struktūrā. Īpaši tas izpaužas, pētot atkarību, kas saista zivju nepieciešamību pēc gāzu apmaiņas un vides īpašības ar zivju elpošanas orgānu formu.

Vienādojums, kas izsaka šo atkarību, ietver tādus daudzumus kā skābekļa pieejamība, tas ir, tā koncentrācija, difūzijas ātrums un šķīdība dzīvnieka vidē.

Ieelpotā gaisa vai ūdens tilpums, gāzu apmaiņas šūnu skaits un izmērs, to absorbētais skābekļa daudzums un, visbeidzot, skābekļa spiediens arteriālajās asinīs. Pieņemsim, ka zivīm kā elpošanas orgāni nav žaunas, bet gan plaušas.

Ievietojot vienādojumā reālos gāzu apmaiņas datus, kas notiek zivju elpošanas laikā, mēs atklājam, ka zivs ar plaušām nespēs dzīvot ūdenī, jo aprēķins parāda pilnīgu skābekļa trūkumu jūsu zivju arteriālajās asinīs. modelis.

Tas nozīmē, ka pieņēmumā bija kļūda, proti: izvēlētā gāzes apmaiņas šūnas forma izrādījās nepareiza. Zivis dzīvo ūdenī, pateicoties žaunām, kas sastāv no plakanām, plānām, blīvi saspiestām plāksnēm. Šādā struktūrā - atšķirībā no plaušu sfēriskām šūnām - nav gāzu difūzijas problēmas.

Dzīvnieks ar plaušām līdzīgiem elpošanas orgāniem ūdenī var izdzīvot tikai tad, ja tā pieprasījums pēc skābekļa ir ārkārtīgi zems. Ņemsim par piemēru jūras gurķi.

Žaunas dod zivīm iespēju dzīvot ūdenī, un šīs pašas žaunas neļauj tām eksistēt ārpus ūdens. Gaisā tie sabrūk gravitācijas ietekmē. Virsmas spraigums gaisa un ūdens saskarnē izraisa cieši iesaiņotu žaunu plākšņu salipšanu kopā.

Gāzes apmaiņai pieejamā žaunu kopējā platība ir samazināta tik daudz, ka zivis nevar elpot, neskatoties uz skābekļa pārpilnību gaisā. Plaušu alveolas no iznīcināšanas pasargā, pirmkārt, krūtis un, otrkārt, plaušās izdalītais mitrinātājs, kas ievērojami samazina virsmas spraigumu.

Zīdītāju elpošana ūdenī

Tādējādi zīdītāju elpošanas procesu izpēte ūdenī sniedza jaunu informāciju par elpošanas pamatprincipiem kopumā. No otras puses, pastāvēja reāls pieņēmums, ka cilvēks bez kaitīgām sekām var ierobežots laiks elpot šķidrumu. Tas ļaus nirējiem nolaisties daudz lielākā okeāna dziļumā nekā tagad.

Galvenās dziļās niršanas briesmas ir saistītas ar ūdens spiedienu uz krūtis un plaušas. Tā rezultātā paaugstinās gāzu spiediens plaušās, un daļa no gāzēm nonāk asinsritē, kas izraisa nopietnas sekas. Augstā spiedienā lielākā daļa gāzu ir toksiskas ķermenim.

Tātad slāpeklis, kas nokļūst ūdenslīdēja asinīs, izraisa reibumu jau 30 metru dziļumā un praktiski izstāda viņu no darbības 90 metru dziļumā rezultātā radušās slāpekļa anestēzijas dēļ. (Šo problēmu var atrisināt, izmantojot retās gāzes, piemēram, hēliju, kas nav toksiskas pat ļoti augstā koncentrācijā.)

Turklāt, ja ūdenslīdējs pārāk ātri atgriežas no dziļuma uz virsmu, asinīs un audos izšķīdušās gāzes izdalās burbuļu veidā, izraisot dekompresijas slimību.

No šīs briesmas var izvairīties, ja nirējs neelpo gaisu, bet gan ar skābekli bagātinātu šķidrumu. Plaušās esošais šķidrums izturēs ievērojamu ārējo spiedienu, un tā tilpums praktiski nemainīsies. Šādos apstākļos ūdenslīdējs, nolaižoties vairāku simtu metru dziļumā, varēs ātri atgriezties virszemē bez jebkādām sekām.

Lai pierādītu, ka dekompresijas slimība nerodas, elpojot ar ūdeni, manā laboratorijā tika veikti šādi eksperimenti. Eksperimentos ar peli, kas elpoja šķidrumu, 30 atmosfēru spiediens tika sasniegts vienā atmosfērā uz trim sekundēm. Nebija slimības pazīmju. Šī spiediena izmaiņu pakāpe ir līdzvērtīga pacelšanas efektam no 910 metru dziļuma ar ātrumu 1100 kilometri stundā.

Cilvēks var elpot ūdeni

Šķidruma elpošana var būt noderīga cilvēkiem turpmāko kosmosa ceļojumu laikā. Atgriežoties no tālām planētām, piemēram, no Jupitera, būs nepieciešami milzīgi paātrinājumi, kas ļauj pamest planētas pievilkšanās zonu. Šie paātrinājumi ir daudz lielāki par to, ko spēj izturēt cilvēka ķermenis, īpaši viegli ievainojamās plaušas.

Bet tādas pašas slodzes kļūs diezgan pieņemamas, ja plaušas būs piepildītas ar šķidrumu un astronauta ķermenis tiks iegremdēts šķidrumā, kura blīvums ir vienāds ar asinīm, tāpat kā auglis tiek iegremdēts mātes dzemdes amnija šķidrumā.

Itāļu fiziologi Rūdolfs Margaria, T. Gvalteroti un D. Spinelli 1958. gadā izveidoja šādu eksperimentu. Tērauda cilindrs, kurā atradās grūsnās žurkas, tika izmests no dažādi augstumi uz svina bāzes. Eksperimenta mērķis bija pārbaudīt, vai auglis izturēs kraso palēninājumu un nosēšanās ietekmi. Palēninājuma ātrums tika aprēķināts no cilindra ievilkuma dziļuma svina pamatnē.

Paši dzīvnieki nomira uzreiz eksperimenta laikā. Autopsijas atklāja ievērojamus plaušu bojājumus. Tomēr ķirurģiski atbrīvotie embriji bija dzīvi un normāli attīstījās. Auglis, ko aizsargā dzemdes šķidrums, spēj izturēt negatīvus paātrinājumus līdz 10 tūkstošiem g.

Pēc eksperimentiem, kas parādīja, ka sauszemes dzīvnieki var elpot šķidrumu, ir saprātīgi pieņemt šādu iespēju cilvēkiem. Tagad mums ir daži tieši pierādījumi par labu šim pieņēmumam. Piemēram, tagad mēs izmantojam jaunu metodi noteiktu plaušu slimību ārstēšanai.

Metode sastāv no vienas plaušu skalošanas ar sāls šķīdumu, kas noņem patoloģiski izdalījumi no alveolām un bronhiem. Otrā plauša elpojot skābekļa gāzi.

Šīs operācijas panākumi mūs iedvesmoja izveidot eksperimentu, kurā brīvprātīgi pieteicās drosmīgs nirējs Frensiss D. Faleičiks.

Anestēzijā viņa trahejā tika ievietots dubults katetrs, kura katra caurule sasniedza plaušas. Normālā ķermeņa temperatūrā gaiss vienā plaušās tika aizstāts ar 0,9% šķīdumu galda sāls. "Elpošanas cikls" sastāvēja no sāls šķīduma ievadīšanas plaušās un pēc tam tās izņemšanas.

Cikls tika atkārtots septiņas reizes, katrai "elpai" paņemot 500 mililitrus šķīduma. Faleychik, kurš visas procedūras laikā bija pie pilnas samaņas, teica, ka viņš nav pamanījis būtisku atšķirību starp gaismu, elpojošo gaisu un vieglo, elpojošo ūdeni. Viņš arī neizjuta diskomfortu šķidruma plūsmas ienākšanas un izejas laikā no plaušām.

Protams, šis eksperiments vēl ir ļoti tālu no mēģinājuma veikt elpošanas procesu ar abām plaušām ūdenī, taču tas ir pierādījis, ka cilvēka plaušu piepildīšana ar fizioloģisko šķīdumu, ja procedūra tiek veikta pareizi, nerada nopietnus audu bojājumus un, ja tiek veikta fizioloģiska iedarbība. nerada nepatīkamas sajūtas.

Sarežģītākā ūdens elpošanas problēma

Droši vien visvairāk smaga problēma, kas jāatrisina, ir saistīta ar oglekļa dioksīda izdalīšanos no plaušām, elpojot ūdeni. Kā jau teicām, ūdens viskozitāte ir aptuveni 36-40 reizes lielāka par gaisa viskozitāti. Tas nozīmē, ka plaušas sūknēs ūdeni vismaz četrdesmit reizes lēnāk nekā gaiss.

Citiem vārdiem sakot, veselīgs jauns nirējs, kurš var elpot 200 litrus gaisa minūtē, var elpot tikai 5 litrus ūdens minūtē. Ir pilnīgi skaidrs, ka ar šādu elpošanu oglekļa dioksīds neizdalīsies pietiekamā daudzumā, pat ja cilvēks ir pilnībā iegremdēts ūdenī.

Vai šo problēmu var atrisināt, izmantojot vidi, kurā oglekļa dioksīds šķīst labāk nekā ūdenī? Dažos sašķidrinātajos sintētiskajos fluorogļūdeņražos oglekļa dioksīds izšķīst, piemēram, trīs reizes vairāk nekā ūdenī, bet skābeklis - trīsdesmit reizes. Leland S. Clark un Frenks Gollans parādīja, ka pele var dzīvot skābekli saturošā šķidrā oglekļa fluorīdā atmosfēras spiedienā.

Oglekļa fluorīds ne tikai satur vairāk skābekļa nekā ūdens, bet arī gāzes difūzijas ātrums šajā vidē ir četras reizes lielāks. Tomēr arī šeit nelielā problēma joprojām ir klupšanas akmens. caurlaidspējašķidrumi caur plaušām: Fluorogļūdeņraži ir vēl viskozāki nekā fizioloģiskie šķīdumi.

No angļu valodas tulkojusi N. Poznaņskaja.

Tā laikam ir klišeja zinātniskā fantastika: uzvalkā vai kapsulā ļoti ātri nokļūst kāda viskoza viela, un galvenais varonis pēkšņi pats atklāj, cik ātri viņš zaudē pārējo gaisu no savām plaušām, un viņa iekšpuse ir piepildīta ar neparastu šķidrumu, kas nokrāsa no limfas līdz asinīm. Beigās viņš pat krīt panikā, taču iemalko dažus instinktīvus malkus, pareizāk sakot, nopūšas, un pārsteigts konstatē, ka šo eksotisko maisījumu var elpot tā, it kā elpotu parastu gaisu.

Vai mēs esam tik tālu no idejas par šķidruma elpošanu realizācijas? Vai ir iespējams elpot šķidru maisījumu, un vai tas tiešām ir vajadzīgs?
Šīs tehnoloģijas izmantošanai ir trīs daudzsološi veidi: medicīna, niršana lielos dziļumos un astronautika.

Spiediens uz ūdenslīdēja ķermeni ik pēc desmit metriem palielinās par vienu atmosfēru. Krasā spiediena pazemināšanās dēļ var sākties dekompresijas slimība, ar kuras izpausmēm asinīs izšķīdušās gāzes sāk vārīties ar burbuļiem. Arī plkst augstspiediena iespējama saindēšanās ar skābekli un narkotisko slāpekli. Tas viss tiek apkarots, izmantojot īpašus elpceļu maisījumus, taču tie nedod nekādas garantijas, bet tikai samazina nepatīkamo seku iespējamību. Protams, var izmantot nirēja tērpus, kas uztur spiedienu uz ūdenslīdēja ķermeni un viņa elpošanas maisījumu tieši vienā atmosfērā, taču tie savukārt ir lieli, apjomīgi, apgrūtina kustību un arī ļoti dārgi.

Šķidruma elpošana varētu nodrošināt trešo šīs problēmas risinājumu, vienlaikus saglabājot elastīgo hidrotērpu mobilitāti un zemo stingro uzvalku risku. Elpošanas šķidrums, atšķirībā no dārgiem elpošanas maisījumiem, nepiesātina organismu ar hēliju vai slāpekli, tāpēc nav nepieciešama arī lēna dekompresija, lai izvairītos no dekompresijas slimības.

Medicīnā šķidro elpošanu var izmantot priekšlaikus dzimušu bērnu ārstēšanā, lai izvairītos no plaušu mazattīstīto bronhu bojājumiem spiediena, tilpuma un skābekļa koncentrācijas dēļ ventilatoru gaisā. Jau 90. gados sākās dažādu maisījumu atlase un testēšana priekšlaikus dzimuša augļa izdzīvošanas nodrošināšanai. Ir iespējams izmantot šķidru maisījumu ar pilnīgu apstāšanos vai daļēju elpošanas mazspēju.

Kosmosa lidojums ir saistīts ar lielām pārslodzēm, un šķidrumi vienmērīgi sadala spiedienu. Ja cilvēks ir iegremdēts šķidrumā, tad pārslodzes laikā spiediens nonāks uz visu viņa ķermeni, nevis uz konkrētiem balstiem (krēslu atzveltnes, drošības jostas). Šis princips tika izmantots, lai izveidotu Libelle g-suit, kas ir stingrs ar ūdeni pildīts skafandrs, kas ļauj pilotam palikt pie samaņas un efektīvas pat pie g-spēkiem virs 10 g.

Šo metodi ierobežo blīvuma atšķirība starp cilvēka ķermeņa audiem un izmantoto iegremdēšanas šķidrumu, tāpēc ierobežojums ir 15-20 g. Bet jūs varat iet tālāk un piepildīt plaušas ar šķidrumu, kura blīvums ir tuvu ūdenim. Kosmonauts, kas ir pilnībā iegremdēts šķidrumā un elpojošs šķidrums, salīdzinoši maz sajutīs ārkārtīgi lielu g-spēku ietekmi, jo šķidrumā esošie spēki ir vienmērīgi sadalīti visos virzienos, taču ietekme joprojām būs viņa ķermeņa audu dažādā blīvuma dēļ. . Limits joprojām paliks, bet tas būs augsts.

Pirmie eksperimenti par šķidruma elpošanu tika veikti pagājušā gadsimta 60. gados ar laboratorijas pelēm un žurkām, kuras bija spiestas ieelpot sāls šķīdumu ar augstu izšķīdušā skābekļa saturu. Šis primitīvais maisījums ļāva dzīvniekiem izdzīvot noteiktu laiku, taču tas nespēja izvadīt oglekļa dioksīdu, tāpēc dzīvnieku plaušas tika neatgriezeniski bojātas.

Vēlāk sākās darbs ar perfluorogļūdeņražiem, un to pirmie rezultāti bija daudz labāki nekā sālījuma eksperimentos. Perfluorogļūdeņraži ir organisko vielu, kurā visi ūdeņraža atomi ir aizstāti ar fluora atomiem. Perfluorogļūdeņraža savienojumiem piemīt spēja izšķīdināt gan skābekli, gan oglekļa dioksīdu, tie ir ļoti inerti, bezkrāsaini, caurspīdīgi, nevar izraisīt plaušu audu bojājumus un organismā tos neuzsūc.

Kopš tā laika elpošanas šķidrumi ir uzlaboti, vismodernākie Šis brīdisšķīdumu sauc par perflubronu vai "Liquivent" (komerciālais nosaukums). Šim eļļai līdzīgajam caurspīdīgam šķidrumam, kura blīvums ir divreiz lielāks par ūdens blīvumu, ir daudz noderīgas īpašības: tas spēj pārvadāt divreiz vairāk skābekļa nekā parastais gaiss zema temperatūra vārot, tāpēc pēc lietošanas tā galīgo izņemšanu no plaušām veic iztvaicējot. Šī šķidruma ietekmē labāk atveras alveolas, un viela piekļūst to saturam, kas uzlabo gāzu apmaiņu.

Plaušas var pilnībā piepildīties ar šķidrumu, kam būs nepieciešams membrānas oksigenators, sildelements un piespiedu ventilācija. Bet klīniskajā praksē visbiežāk viņi to nedara, bet izmanto šķidruma elpošanu kombinācijā ar parasto gāzes ventilāciju, piepildot plaušas ar perflubronu tikai daļēji, aptuveni 40% no kopējā tilpuma.

Kadrs no filmas The Abyss, 1989

Kas mums neļauj izmantot šķidruma elpošanu? Elpošanas šķidrums ir viskozs un slikti izvada oglekļa dioksīdu, tāpēc būs nepieciešama plaušu piespiedu ventilācija. Lai noņemtu oglekļa dioksīdu no parasts cilvēks kas sver 70 kilogramus, būs nepieciešama plūsma 5 litri minūtē vai vairāk, un tas ir daudz, ņemot vērā šķidrumu augsto viskozitāti. Plkst fiziskā aktivitāte nepieciešamais plūsmas apjoms tikai palielināsies, un maz ticams, ka cilvēks spēs izkustināt 10 litrus šķidruma minūtē. Mūsu plaušas vienkārši nav paredzētas šķidruma elpošanai un nespēj pašas izsūknēt šādus apjomus.

Lietošana pozitīvas iezīmes elpošanas šķidrumi aviācijā un astronautikā var arī palikt uz visiem laikiem sapnis - šķidrumam plaušās g-suitam jābūt ar ūdens blīvumu, un perflubrons ir divreiz smagāks.

Jā, mūsu plaušas tehniski spēj "elpot" noteiktu ar skābekli bagātu maisījumu, bet diemžēl pašlaik mēs to varam darīt tikai dažas minūtes, jo mūsu plaušas nav pietiekami spēcīgas, lai ilgstoši cirkulētu elpojošo maisījumu. . Nākotnē situācija var mainīties, atliek tikai vērst cerības uz šīs jomas pētniekiem.