„Oddychanie płynem” jest na razie odpowiednie tylko dla psów. Oddychaj płynem: rosyjscy naukowcy urzeczywistnili fikcję

Badania naukowe nie zatrzymuj się ani na dzień, postęp trwa, dając ludzkości coraz więcej nowych odkryć. Setki naukowców i ich asystentów zajmują się badaniem żywych istot i syntezą niezwykłych substancji. Całe wydziały eksperymentują, testują różne teorie, a czasem odkrycia zadziwiają wyobraźnię – w końcu to, o czym można było tylko pomarzyć, może stać się rzeczywistością. Rozwijają pomysły, a pytania o zamrożenie człowieka w kriokomorze z późniejszym rozmrożeniem za sto lat czy o umiejętność oddychania płynem nie są dla nich tylko fantastyczną opowieścią. Ich ciężka praca może spełnić te fantazje.

Naukowcy od dawna martwią się pytaniem: czy dana osoba może oddychać płynem?

Czy dana osoba potrzebuje płynnego oddychania?

Nie szczędź siły, nie ma czasu, nie gotówka do takich badań. Jedno z tych pytań, które od dziesięcioleci niepokoi najbardziej oświecone umysły, brzmi: czy człowiek może oddychać cieczą? Czy płuca będą w stanie wchłonąć tlen nie ze specjalnego płynu? Tym, którzy wątpią w rzeczywistą potrzebę tego typu oddychania, możemy podać co najmniej 3 obiecujące kierunki gdzie będzie dobrze służył człowiekowi. Jeśli oczywiście mogą to wdrożyć.

• Pierwszy kierunek to nurkowanie w wielkie głębokości. Jak wiecie, podczas nurkowania nurek doświadcza działania ciśnienia środowisko wodne który jest 800 razy gęstszy niż powietrze. I zwiększa się o 1 atmosferę na każde 10 metrów głębokości. Tak gwałtowny wzrost ciśnienia ma bardzo nieprzyjemny efekt - gazy rozpuszczone we krwi zaczynają wrzeć w postaci bąbelków. Zjawisko to nazywa się „choroba kesonowa”, często dotyka tych, którzy są aktywnie zaangażowani. Również podczas pływania w głębokich wodach istnieje ryzyko zatrucia tlenem lub azotem, ponieważ w takich warunkach te ważne dla nas gazy stają się bardzo toksyczne. Aby jakoś z tym walczyć, używają specjalnych mieszanek oddechowych lub sztywnych kombinezonów kosmicznych, które utrzymują w sobie ciśnienie 1 atmosfery. Ale gdyby oddychanie cieczą było możliwe, stałoby się to trzecim, najłatwiejszym rozwiązaniem problemu, ponieważ ciecz oddechowa nie nasyca organizmu azotem i gazami obojętnymi i nie ma potrzeby długiej dekompresji.
• Drugim sposobem aplikacji jest medycyna. Stosowanie w nim płynów oddechowych może uratować życie wcześniakom, ponieważ ich oskrzela są słabo rozwinięte, a wentylatory mogą je łatwo uszkodzić. Jak wiadomo, w macicy płuca zarodka są wypełnione płynem i do czasu narodzin gromadzi się w nim surfaktant płucny - mieszanina substancji, która nie pozwala tkankom sklejać się podczas oddychania powietrzem. Ale przy wczesnym porodzie oddychanie wymaga od dziecka zbyt dużej siły, a to może być śmiertelne.

Historia ma precedens w stosowaniu całkowitej wentylacji płynowej i sięga 1989 roku. Zastosował ją T. Shaffer, który pracował jako pediatra na Temple University (USA), ratując wcześniaki przed śmiercią. Niestety próba się nie powiodła, trzech małych pacjentów nie przeżyło, ale warto wspomnieć, że zgony były spowodowane innymi przyczynami, a nie samą metodą oddychania cieczą.

Od tego czasu w pełni wentylowane ludzkie płuca nie odważyły ​​się, ale w latach 90. pacjentów z ciężkim stanem zapalnym poddawano częściowej wentylacji cieczą. W takim przypadku płuca są tylko częściowo wypełnione. Niestety skuteczność metody była kontrowersyjna, ponieważ konwencjonalna wentylacja powietrzna działała równie dobrze.

• Zastosowanie w kosmonautyce. Przy obecnym poziomie technologii astronauta doświadcza podczas lotu sił g do 10 g. Po tym progu nie da się utrzymać nie tylko zdolności do pracy, ale także świadomości. Tak, a obciążenie ciała jest nierównomierne i wzdłuż punktu podparcia, co można wykluczyć po zanurzeniu w cieczy, ciśnienie rozłoży się równomiernie na wszystkie punkty ciała. Ta zasada leży u podstaw konstrukcji sztywnego skafandra kosmicznego Libelle, wypełnionego wodą i pozwalającego zwiększyć granicę do 15-20 g, a nawet wtedy ze względu na ograniczenie gęstości tkanek ludzkich. A jeśli astronauta jest nie tylko zanurzony w płynie, ale także jego płuca są nim wypełnione, będzie mógł z łatwością wytrzymać ekstremalne przeciążenia znacznie przekraczające 20 gramów. Oczywiście nie nieskończona, ale próg będzie bardzo wysoki, jeśli zostanie spełniony jeden warunek - płyn w płucach i wokół ciała musi mieć taką samą gęstość jak woda.

Pochodzenie i rozwój oddychania cieczą

Pierwsze eksperymenty sięgają lat 60. ubiegłego wieku. Bądź pierwszym, który pozna nową technologię oddychanie płynem myszy i szczury laboratoryjne zmuszone do oddychania nie powietrzem, ale roztworem soli fizjologicznej, który znajdował się pod ciśnieniem 160 atmosfer. I oddychali! Ale był problem, który uniemożliwiał im przetrwanie w takim środowisku przez długi czas - ciecz nie pozwalała na usunięcie dwutlenku węgla.

Ale eksperymenty na tym się nie skończyły. Następnie rozpoczęto badania nad substancjami organicznymi, których atomy wodoru zastąpiono atomami fluoru – tzw. perfluorowęglowodorami. Wyniki były znacznie lepsze niż w przypadku starożytnej i prymitywnej cieczy, ponieważ perfluorowęglowodór jest obojętny, nie wchłaniany przez organizm i doskonale rozpuszcza tlen i wodór. Daleko mu jednak do perfekcji i kontynuowano badania w tym kierunku.

Teraz najlepszym osiągnięciem w tej dziedzinie jest perflubron (nazwa handlowa - "Liquivent"). Właściwości tego płynu są niesamowite:

1. Pęcherzyki płucne otwierają się lepiej, gdy płyn dostanie się do płuc i poprawia się wymiana gazowa.
2. Ten płyn może przenosić 2 razy więcej tlenu niż powietrze.
3. Niska temperatura wrzenia pozwala na usunięcie go z płuc przez odparowanie.

Ale nasze płuca nie są przystosowane do oddychania całkowicie płynnego. Jeśli wypełnisz je całkowicie perflubronem, będziesz potrzebować natleniacza membranowego, elementu grzejnego i wentylacji powietrza. I nie zapominaj, że ta mieszanka jest 2 razy grubsza niż woda. Dlatego stosuje się wentylację mieszaną, w której płuca wypełnione są płynem tylko w 40%.

Ale dlaczego nie możemy oddychać płynem? Wszystko za sprawą dwutlenku węgla, który w płynnym medium jest bardzo słabo usuwany. Osoba ważąca 70 kg musi co minutę przebijać przez siebie 5 litrów mieszanki, a to jest w stanie spokoju. Dlatego chociaż nasze płuca są technicznie zdolne do wydobywania tlenu z płynów, są zbyt słabe. Można więc mieć tylko nadzieję na przyszłe badania.

woda jak powietrze

Aby wreszcie dumnie ogłosić światu - "Teraz człowiek może oddychać pod wodą!" - naukowcy czasami opracowali niesamowite urządzenia. Tak więc w 1976 roku biochemicy z Ameryki stworzyli cudowne urządzenie zdolne do regeneracji tlenu z wody i dostarczania go nurkowi. Przy wystarczającej pojemności baterii nurek mógłby pozostać i oddychać na głębokości prawie w nieskończoność.

Wszystko zaczęło się od tego, że naukowcy rozpoczęli badania oparte na fakcie, że hemoglobina dostarcza powietrze równie dobrze zarówno ze skrzeli, jak i płuc. Użyli własnej krwi żylnej zmieszanej z poliuretanem - zanurzono ją w wodzie i ten płyn wchłaniał tlen, który jest obficie rozpuszczony w wodzie. Co więcej, krew zastąpiono specjalnym materiałem, w wyniku czego uzyskano urządzenie, które działało jak zwykłe skrzela każdej ryby. Los wynalazku jest taki: został nabyty przez pewną firmę, wydając na niego 1 milion dolarów i od tego czasu nic nie słychać o urządzeniu. I oczywiście nie trafił do sprzedaży.

Ale to nie jest główny cel naukowcy. Ich marzeniem nie jest urządzenie do oddychania, chcą nauczyć osobę oddychania płynem. A próby urzeczywistnienia tego marzenia nie zostały do ​​tej pory zaniechane. Na przykład jeden z instytutów badawczych w Rosji przeprowadził testy oddychania cieczą u ochotnika z wrodzoną patologią - brakiem krtani. A to oznaczało, że po prostu nie miał reakcji organizmu na płyn, w którym najmniejszej kropli wody na oskrzelach towarzyszy ucisk pierścienia gardłowego i uduszenie. Ponieważ po prostu nie miał tego mięśnia, eksperyment się powiódł. Do jego płuc wlano płyn, który przez cały eksperyment mieszał za pomocą ruchów brzucha, po czym spokojnie i bezpiecznie wypompowywał. Charakterystycznie, że skład soli płynu odpowiadał składowi soli krwi. Można to uznać za sukces, a naukowcy twierdzą, że wkrótce znajdą metodę oddychania cieczą dostępną dla osób bez patologii.

Więc mit czy rzeczywistość?

Mimo uporu człowieka, który namiętnie chce podbić wszystko możliwe środowiska siedlisk, sama natura nadal decyduje o tym, gdzie mieszkać. Niestety, bez względu na to, ile czasu poświęca się na badania, bez względu na to, ile milionów zostanie wydanych, jest mało prawdopodobne, aby człowiek był przeznaczony do oddychania zarówno pod wodą, jak i na lądzie. ludzie i życie morskie Oczywiście mają ze sobą wiele wspólnego, ale różnic wciąż jest znacznie więcej. Człowiek ziemnowodny nie zniósłby warunków panujących w oceanie, a gdyby zdołał się przystosować, to droga powrotna na ląd byłaby dla niego zamknięta. I tak jak w przypadku płetwonurków, na plażę szli ludzie ziemnowodni w skafandrach wodnych. I dlatego, bez względu na to, co mówią entuzjaści, werdykt naukowców jest nadal stanowczy i rozczarowujący - długie życie człowieka pod wodą jest niemożliwe, nierozsądne jest w tym względzie sprzeciwianie się matce naturze, a wszelkie próby oddychania cieczą są skazane na niepowodzenie do porażki.

Ale nie rozpaczaj. Choć dno morza nigdy nie stanie się naszym domem, mamy wszystkie mechanizmy organizmu i możliwości techniczne, aby być na nim częstymi gośćmi. Czy warto więc być smutnym? Przecież środowiska te zostały już w pewnym stopniu podbite przez człowieka, a teraz przed nim leżą otchłanie kosmosu.

A na razie możemy śmiało powiedzieć, że głębiny oceanu będą dla nas doskonałym miejscem pracy. Ale wytrwałość może prowadzić do bardzo cienkiej linii prawdziwego oddychania pod wodą, trzeba tylko popracować nad rozwiązaniem tego problemu. A jaka będzie odpowiedź na pytanie, czy zmienić cywilizację lądową na podwodną, ​​zależy tylko od samego człowieka.

Rosyjska Fundacja Badań Zaawansowanych testuje technologię oddychania cieczą dla nurków na psach, powiedział Witalij Davydov, szef Fundacji.

„W jednym z jego laboratoriów trwają prace nad oddychaniem cieczą. Podczas gdy przeprowadzane są eksperymenty na psach. U nas rudy jamnik został zanurzony w dużej kolbie z wodą, twarzą do dołu. Wydawałoby się, po co kpić ze zwierzęcia, teraz się zakrztusi. Nie. Siedziała pod wodą przez 15 minut. Rekord to 30 minut. Niesamowite. Okazuje się, że płuca psa wypełnione były natlenionym płynem, który umożliwił jej oddychanie pod wodą. Kiedy ją wyciągnęli, była trochę ospała - mówią, z powodu hipotermii (a chyba kto lubi siedzieć pod wodą w słoiku na oczach wszystkich), ale po kilku minutach stała się całkiem sobą. Wkrótce eksperymenty zostaną przeprowadzone na ludziach ”- powiedział Igor Chernyak, korespondent RG.

„Wszystko to przypominało historię fantasy. słynny film„Otchłań”, gdzie człowiek mógł zejść na dużą głębokość w skafandrze kosmicznym, którego hełm był wypełniony płynem. Okręt podwodny oddychał nim. Teraz to już nie jest fantazja” – pisze.

Według korespondenta „technologia oddychania cieczą polega na napełnianiu płuc specjalną cieczą nasyconą tlenem, która przenika do krwi”.

„Advanced Research Foundation zatwierdziła realizację unikalnego projektu, prace prowadzi Instytut Medycyny Pracy. Planowane jest stworzenie specjalnego skafandra, który przyda się nie tylko okrętom podwodnym, ale także pilotom, a także astronautom – mówi.

Davydov powiedział korespondentowi, że stworzono specjalną kapsułę dla psów, która jest zanurzona w komorze wodnej z wysokie ciśnienie krwi. "Na ten moment psy mogą oddychać bez konsekwencji zdrowotnych przez ponad pół godziny na głębokości do 500 metrów. „Wszystkie psy testowe przeżyły i czują się dobrze po dłuższym oddychaniu płynami” – powiedział szef Fundacji.

Ponadto gazeta pisze: „Niewiele osób wie, że w naszym kraju przeprowadzono już eksperymenty z oddychaniem cieczą na ludziach. Dał niesamowite rezultaty. Aquanauci oddychali płynem na głębokości pół kilometra lub więcej. To tylko ludzie o swoich bohaterach nie wiedzieli.

W latach 80. ZSRR opracował i zaczął realizować poważny program głębokiego ratowania ludzi.

Zaprojektował, a nawet zlecił ratownictwo specjalne okręty podwodne. Badano możliwości adaptacji człowieka do głębokości setek metrów. Co więcej, akwanauta miał znajdować się na takiej głębokości nie w ciężkim skafandrze do nurkowania, ale w lekkim, ocieplanym kombinezonie ze sprzętem do nurkowania za plecami, jego ruchy nie były niczym krępowane.

O ile Ludzkie ciało składa się prawie w całości z wody, wtedy straszne ciśnienie na głębokości samo w sobie nie jest dla niego niebezpieczne. Należy po prostu przygotować na to korpus, zwiększając ciśnienie w komorze ciśnieniowej do wymaganej wartości. główny problem w innym. Jak oddychać pod ciśnieniem kilkudziesięciu atmosfer? Świeże powietrze staje się trucizną dla organizmu. Musi być rozcieńczony w specjalnie przygotowanych mieszaninach gazów, zwykle azot-hel-tlen.

Ich receptura – proporcje różnych gazów – jest jak najbardziej Duży sekret we wszystkich krajach, w których prowadzone są podobne badania. Ale na bardzo Wielka głębia a mieszaniny helu nie oszczędzają. Płuca muszą być wypełnione płynem, aby nie pękły. Czym jest płyn, który po dostaniu się do płuc nie prowadzi do uduszenia, ale przenosi tlen przez pęcherzyki do organizmu - tajemnica przed tajemnicami.

Dlatego cała praca z akwanautami w ZSRR, a następnie w Rosji, odbywała się pod hasłem „ściśle tajne”.

Niemniej jednak istnieją dość wiarygodne informacje, że pod koniec lat 80. na Morzu Czarnym istniała głębokowodna stacja wodna, w której mieszkali i pracowali testowi okręty podwodne. Wyruszyli w morze, ubrani tylko w pianki, sprzęt do nurkowania na plecach i pracowali na głębokości od 300 do 500 metrów. Pod ciśnieniem do ich płuc wprowadzono specjalną mieszankę gazów.

Założono, że jeśli łódź podwodna będzie w niebezpieczeństwie i zatonie na dno, zostanie na nią wysłana łódź podwodna ratunkowa. Aquanauci będą wcześniej przygotowani do pracy na odpowiedniej głębokości.

Najtrudniej jest wytrzymać napełnianie płuc płynem i po prostu nie umrzeć ze strachu.

A gdy ratownicza łódź podwodna zbliży się do miejsca katastrofy, nurkowie w lekkim sprzęcie wyjdą na ocean, obejrzą łódź ratunkową i pomogą ewakuować załogę za pomocą specjalnych głębinowych łodzi podwodnych.

Dokończenie tych prac nie było możliwe ze względu na rozpad ZSRR. Jednak tym, którzy pracowali dogłębnie, nadal udało się otrzymać gwiazdy Bohaterów Związku Radzieckiego.

Jest to prawdopodobnie frazes w science fiction: pewna lepka substancja bardzo szybko dostaje się do skafandra lub kapsułki i protagonista nagle odkrywa, jak szybko traci resztę powietrza z własnych płuc, a jego wnętrzności wypełnia niezwykły płyn o odcieniu od limfy do krwi. W końcu nawet wpada w panikę, ale bierze kilka instynktownych łyków, a raczej wzdycha, i ze zdziwieniem stwierdza, że ​​może oddychać tą egzotyczną mieszanką, jakby oddychał zwykłym powietrzem.

Czy tak daleko nam do realizacji idei oddychania płynem? Czy można oddychać płynną mieszanką i czy jest to rzeczywiście potrzebne? Istnieją trzy obiecujące sposoby wykorzystania tej technologii: medycyna, nurkowanie na dużych głębokościach i astronautyka.

Ciśnienie na ciele nurka wzrasta co dziesięć metrów o jedną atmosferę. Z powodu gwałtownego spadku ciśnienia może rozpocząć się choroba dekompresyjna, której objawami są gazy rozpuszczone we krwi z bąbelkami. Również w wysokie ciśnienie możliwe zatrucie tlenem i azotem narkotycznym. Z tym wszystkim walczy się za pomocą specjalnych mieszanek oddechowych, ale nie dają one żadnych gwarancji, a jedynie zmniejszają prawdopodobieństwo nieprzyjemnych konsekwencji. Oczywiście można używać skafandrów nurkowych, które utrzymują ciśnienie na ciele nurka i jego mieszance oddechowej dokładnie do jednej atmosfery, ale te z kolei są duże, nieporęczne, utrudniają poruszanie się, a także są bardzo drogie.

Oddychanie płynem może stanowić trzecie rozwiązanie tego problemu, przy jednoczesnym zachowaniu mobilności elastycznych kombinezonów i niskim ryzyku związanym ze sztywnymi kombinezonami. Płyn oddechowy, w przeciwieństwie do drogich mieszanek oddechowych, nie nasyca organizmu helem ani azotem, więc nie ma również potrzeby powolnej dekompresji, aby uniknąć choroby dekompresyjnej.

W medycynie oddychanie cieczą może być stosowane w leczeniu wcześniaków w celu uniknięcia uszkodzenia niedorozwiniętych oskrzeli płuc przez ciśnienie, objętość i stężenie tlenu w powietrzu respiratorów. Selekcja i testowanie różnych mieszanek zapewniających przeżycie przedwczesnego płodu rozpoczęto już w latach 90-tych. Możliwe jest użycie płynnej mieszaniny przy całkowitym zatrzymaniu lub częściowej niewydolności oddechowej.

Loty kosmiczne wiążą się z dużymi przeciążeniami, a płyny równomiernie rozkładają ciśnienie. Jeśli dana osoba zostanie zanurzona w płynie, to podczas przeciążeń ciśnienie przejdzie na całe jego ciało, a nie na konkretne podpory (oparcia krzeseł, pasy bezpieczeństwa). Ta zasada została wykorzystana do stworzenia skafandra Libelle, czyli sztywnego skafandra wypełnionego wodą, który pozwala pilotowi zachować przytomność i sprawność nawet przy przeciążeniach powyżej 10 g.

Metoda ta jest ograniczona różnicą gęstości między tkanką ludzkiego ciała a użytym płynem immersyjnym, więc limit wynosi 15-20g. Ale możesz iść dalej i wypełnić płuca płynem o gęstości zbliżonej do wody. Astronauta całkowicie zanurzony w płynie i oddychający płynem odczuje stosunkowo niewielki wpływ ekstremalnie dużych sił grawitacyjnych, ponieważ siły w płynie rozkładają się równomiernie we wszystkich kierunkach, ale efekt nadal będzie wynikał z różnej gęstości tkanek jego ciała . Granica nadal pozostanie, ale będzie wysoka.

Pierwsze eksperymenty z oddychaniem cieczą przeprowadzono w latach 60. ubiegłego wieku na laboratoryjnych myszach i szczurach, które zmuszono do wdychania roztworu soli fizjologicznej z wysoka zawartość rozpuszczony tlen. Ta prymitywna mieszanka pozwalała zwierzętom przeżyć przez pewien czas, ale nie była w stanie usunąć dwutlenku węgla, więc płuca zwierząt zostały nieodwracalnie uszkodzone.

Później rozpoczęto prace nad perfluorowęglowodorami, a ich pierwsze wyniki były znacznie lepsze. lepsze wyniki eksperymenty z roztworem soli. Perfluorowęglowodory są materia organiczna, w którym wszystkie atomy wodoru są zastąpione atomami fluoru. Związki perfluorowęglowodorowe mają zdolność rozpuszczania zarówno tlenu jak i dwutlenku węgla, są bardzo obojętne, bezbarwne, przezroczyste, nie mogą powodować uszkodzeń tkanki płucnej i nie są wchłaniane przez organizm.

Od tego czasu poprawiono płyny oddechowe, najbardziej zaawansowane rozwiązanie do tej pory nazywa się perflubron lub „Liquivent” (nazwa handlowa). Ta przypominająca olej, przezroczysta ciecz o gęstości dwa razy większej niż woda ma wiele przydatne cechy: może przenosić dwa razy więcej tlenu niż zwykłe powietrze, ma niska temperatura gotowanie, dlatego po użyciu jego ostateczne usunięcie z płuc odbywa się przez odparowanie. Pęcherzyki pod wpływem tego płynu lepiej się otwierają, a substancja uzyskuje dostęp do ich zawartości, co usprawnia wymianę gazów.

Płuca mogą całkowicie wypełnić się płynem, co będzie wymagało oksygenatora membranowego, elementu grzejnego i wymuszonej wentylacji. Ale w praktyka kliniczna najczęściej tego nie robią, ale stosują oddychanie cieczą w połączeniu z konwencjonalną wentylacją gazową, wypełniając płuca perflubronem tylko częściowo, około 40% całkowitej objętości.

Kadr z filmu Otchłań, 1989

Co uniemożliwia nam oddychanie cieczą? Płyn oddechowy jest lepki i słabo usuwa dwutlenek węgla, dlatego wymagana będzie wymuszona wentylacja płuc. Aby usunąć dwutlenek węgla z zwyczajna osoba o wadze 70 kilogramów wymagany będzie przepływ 5 litrów na minutę lub więcej, a to dużo, biorąc pod uwagę wysoką lepkość płynów. Na aktywność fizyczna wymagana wielkość przepływu będzie się tylko zwiększać i jest mało prawdopodobne, aby osoba była w stanie przenosić 10 litrów płynu na minutę. Nasze płuca po prostu nie są przystosowane do oddychania płynem i nie są w stanie samodzielnie pompować takich objętości.

Stosowanie pozytywne cechy Oddychanie płynów w lotnictwie i kosmonautyce też może na zawsze pozostać marzeniem – płyn w płucach kombinezonu musi mieć gęstość wody, a perflubron jest dwa razy cięższy.

Tak, nasze płuca są technicznie zdolne do „oddychania” pewną mieszanką bogatą w tlen, ale niestety możemy to robić tylko przez kilka minut, ponieważ nasze płuca nie są wystarczająco mocne, aby krążyć mieszanką oddechową przez dłuższy czas . Sytuacja może się zmienić w przyszłości, pozostaje tylko związać nasze nadzieje z badaczami w tej dziedzinie.

28 grudnia 2017 r.

Odkąd Foundation for Advanced Study (FPI) zatwierdziła projekt oddychania cieczą w 2016 roku, opinia publiczna była żywo zainteresowana jego sukcesem. Niedawna demonstracja możliwości tej technologii dosłownie wysadziła Internet. Podczas spotkania wicepremiera Dmitrija Rogozina z prezydentem Serbii Aleksandarem Vuciciem jamnik został na dwie minuty zanurzony w akwarium ze specjalnym płynem nasyconym tlenem. Po zabiegu pies, zdaniem wicepremiera, żyje i ma się dobrze.

Osobiście oczywiście nie rozumiem, dlaczego tłumy tych, którzy litują się nad psem na portalach społecznościowych, nie spieszą się, by chronić np. myszy i króliki, które faktycznie partiami giną w instytutach. I to też jest interesujące, myślą na przykład, że Królowa jest również okrutna i bez serca - podarował więcej niż jednego psa na rzecz ludzkości. A tutaj za. Dobra, wcale o tym nie mówimy.

Co to za płyn? Czy można oddychać płynem? A jak się mają sprawy w tej dziedzinie badań naukowych?

Aby było jasne, dlaczego odkrycie nazywa się prawdziwym przełomem. Pod koniec lat 80. rozważano oddychanie cieczą fantastyka naukowa. Wykorzystali go bohaterowie filmu amerykańskiego reżysera Jamesa Camerona „The Abyss”. I nawet na zdjęciu nazwano to rozwojem eksperymentalnym.

Od dawna próbowano nauczyć ludzi i zwierzęta oddychania cieczą. Pierwsze eksperymenty w latach 60. zakończyły się niepowodzeniem, eksperymentalne myszy nie żyły długo. U ludzi technikę płynnej wentylacji płuc przetestowano tylko raz w Stanach Zjednoczonych, aby ratować wcześniaki. Jednak żadnemu z trojga dzieci nie udało się zreanimować.

Wtedy perftoran był używany do dostarczania tlenu do płuc, jest również stosowany jako substytut krwi. Główny problem polegał na tym, że ten płyn nie mógł być wystarczająco oczyszczony. Dwutlenek węgla był w nim słabo rozpuszczony, a do przedłużonego oddychania potrzebna była wymuszona wentylacja płuc. W spoczynku człowiek przeciętnej budowy i średniego wzrostu musiał przepuszczać przez siebie 5 litrów płynu na minutę, przy obciążeniach - 10 litrów na minutę. Płuca nie są przystosowane do takich obciążeń. Naszym badaczom udało się rozwiązać ten problem.

Oddychanie cieczą, wentylacja płuc cieczą - oddychanie za pomocą cieczy, która dobrze rozpuszcza tlen. Na ten moment przeprowadzono tylko kilka eksperymentów z takimi technologiami.

Oddychanie płynem polega na napełnianiu płuc płynem nasyconym rozpuszczonym tlenem, który przenika do krwi. Najbardziej odpowiednie do tego celu substancje są uważane za związki perfluorowęglowodorowe, które dobrze rozpuszczają tlen i dwutlenek węgla, mają niskie napięcie powierzchniowe, są wysoce obojętne i nie są metabolizowane w organizmie.

Częściowa wentylacja płuc płynem jest obecnie w fazie badań klinicznych dotyczących różnych zaburzeń oddechowych. Opracowano kilka metod wentylacji płuc cieczą, w tym wentylację za pomocą par i aerozoli perfluorowęglowodorów.

Pełna wentylacja płuc płynem polega na całkowitym wypełnieniu płuc płynem. W latach 70. i 80. XX w. w ZSRR i USA eksperymenty nad pełną wentylacją płuc przeprowadzono na zwierzętach. Na przykład w 1975 roku w Instytucie Chirurgii Sercowo-Naczyniowej. A. N. Bakuleva, prof. F. F. Beloyartsev, po raz pierwszy w kraju, wykonał prace nad długotrwałym pozapłucnym natlenianiem za pomocą oksygenatorów fluorowęglowych oraz nad zastąpieniem ośrodka gazowego w płucach ciekłym perfluorowęglowodorem. Jednak te eksperymenty nie opuściły jeszcze tego etapu. Wynika to z faktu, że badane związki nadające się do płynnej wentylacji płuc posiadają szereg wad, które znacznie ograniczają ich zastosowanie. W szczególności nie znaleziono metod, które można by stosować w sposób ciągły.

Zakłada się, że oddychanie cieczą może być stosowane w nurkowaniu głębinowym, lotach kosmicznych, jako jeden ze środków w kompleksowej terapii niektórych schorzeń.

W Federacji Rosyjskiej Andrey Viktorovich Filippenko, naukowiec, lekarz, twórca technologii i wynalazca aparatu do oddychania cieczą, jest zaangażowany w eksperymenty i rozwój w dziedzinie oddychania cieczą. Rozwój naukowca znany jest zarówno w Rosji, jak i za granicą. Filippenko jest aktywnym doktorem medycyny w zakresie oddychania płynami, patofizjologii płuc, medycyny regeneracyjnej, badań farmakologicznych i rozwoju urządzeń medycznych. Wyprodukował ponad 20 raportów naukowych i technicznych oraz opublikował około 30 Artykuły naukowe w języku rosyjskim i prasa zagraniczna. Występował na licznych konferencjach dotyczących oddychania cieczą i ratownictwa podwodnego, m.in. w Rosji, Niemczech, Belgii, Szwecji, Wielkiej Brytanii i Hiszpanii. Posiada certyfikaty praw autorskich na metodę ultradźwiękowej lokalizacji pęcherzyków gazu dekompresyjnego itp. W 2014 roku Andrey Viktorovich Filippenko podpisał umowę z Advanced Research Foundation, z którą prace trwały do ​​2016 roku.

„Naukowcy zsyntetyzowali substancje, które nie istnieją w naturze – perfluorowęglowodory, w których siły międzycząsteczkowe są tak małe, że uważa się je za coś pośredniego między cieczą a gazem. Rozpuszczają w sobie tlen 18-20 razy bardziej niż woda” – mówi doktor nauk medycznych Jewgienij Majewski, profesor, kierownik Pracowni Energii Systemów Biologicznych Instytutu Biofizyki Teoretycznej i Doświadczalnej Rosyjskiej Akademii Nauk, jeden z twórców perftoranu, tzw. błękitnej krwi. Od 1979 roku zajmuje się medycznymi zastosowaniami perfluorowęglowodorów.

Na Ciśnienie cząstkowe Tylko 2,3 mililitry tlenu rozpuszczają się w jednej atmosferze w 100 mililitrach wody. W tych samych warunkach perfluorowęglowodory mogą zawierać do 50 mililitrów tlenu. To sprawia, że ​​są potencjalnie oddychające.

„Na przykład podczas nurkowania na głębokość co 10 metrów ciśnienie wzrasta o co najmniej jedną atmosferę. klatka piersiowa a płuca skurczą się do tego stopnia, że ​​nie będzie można oddychać w środowisku gazowym. A jeśli w płucach znajduje się ciecz przenosząca gaz, która jest znacznie gęstsza niż powietrze, a nawet woda, wtedy będą mogły funkcjonować. Tlen można rozpuścić w perfluorowęglowodorach bez domieszki azotu, który jest obficie obecny w powietrzu i którego rozpuszczanie w tkankach jest jedną z najważniejszych przyczyn choroby dekompresyjnej podczas wynurzania się z głębokości” – kontynuuje Maevsky.

Tlen dostanie się do krwi z płynu wypełniającego płuca. Może również rozpuszczać dwutlenek węgla przenoszony we krwi.

Zasada oddychania cieczą jest doskonale opanowana przez ryby. Ich skrzela przepuszczają przez siebie kolosalną objętość wody, zabierają rozpuszczony tam tlen i przekazują go krwi. Człowiek nie ma skrzeli, a cała wymiana gazowa odbywa się przez płuca, których powierzchnia jest około 45 razy większa od powierzchni ciała. Aby przepuścić przez nie powietrze, wdychamy i wydychamy. Pomagają nam w tym mięśnie oddechowe. Ponieważ perfluorowęglowodory są gęstsze od powietrza, oddychanie z ich pomocą na powierzchni jest bardzo problematyczne.

„To jest nauka i sztuka doboru takich perfluorowęglowodorów, aby ułatwić pracę mięśni oddechowych i zapobiec uszkodzeniom płuc. Wiele zależy od czasu trwania procesu oddychania płynem, od tego, czy zachodzi on na siłę czy spontanicznie” – podsumowuje badacz. .

Jednak nie ma podstawowych przeszkód, aby osoba wdychała płyn. Evgeny Mayevsky wierzy, że rosyjscy naukowcy doprowadzą zademonstrowaną technologię do: praktyczne zastosowanie w ciągu następnych kilku lat.

Od reanimacji do ratowania okrętów podwodnych

Naukowcy zaczęli rozważać perfluorowęglowodory jako alternatywę dla mieszanin gazów oddechowych w połowie ubiegłego wieku. W 1962 roku opublikowano artykuł holenderskiego badacza Johannesa Kilstra (Johannes Kylstra) „O myszach jak ryba”, w którym opisano eksperyment z gryzoniem umieszczonym w natlenionym roztworze soli fizjologicznej pod ciśnieniem 160 atmosfer. Zwierzę pozostało przy życiu przez 18 godzin. Następnie Kilstra zaczęła eksperymentować z perfluorowęglowodorami, a już w 1966 roku w Cleveland Children's Hospital (USA) fizjolog Leland C. Clark próbował wykorzystać je do poprawy oddychania noworodków z mukowiscydozą. Jest to choroba genetyczna, w której dziecko rodzi się z niedorozwiniętymi płucami, zapadnięciem się pęcherzyków płucnych, co uniemożliwia oddychanie. Płuca takich pacjentów są przepłukiwane utlenioną solą fizjologiczną. Clark zdecydował, że lepiej zrobić to z płynem zawierającym tlen. Ten badacz zrobił później wiele dla rozwoju oddychania cieczą.

Na początku lat 70. ZSRR zainteresował się „oddychaniem” płynem, w dużej mierze dzięki kierownikowi laboratorium Leningradzkiego Instytutu Badań nad Transfuzją Krwi Zoi Aleksandrownej Czaplyginie. Instytut ten stał się jednym z liderów projektu tworzenia substytutów krwi – nośników tlenu na bazie emulsji perfluorowęglowodorowych i modyfikowanych roztworów hemoglobiny.

Felix Beloyartsev i Khalid Khapiy aktywnie pracowali nad wykorzystaniem tych substancji do mycia płuc w Instytucie Chirurgii Sercowo-Naczyniowej.

„W naszych eksperymentach płuca małych zwierząt nieco ucierpiały, ale wszystkie przeżyły” — wspomina Evgeny Mayevsky.

System oddechowy za pomocą płynu został opracowany na zamknięty temat w instytutach w Leningradzie i Moskwie, a od 2008 r. - na Wydziale Aerohydrodynamiki Państwowego Uniwersytetu Lotniczego w Samarze. Zrobili kapsułę typu „Syrenka” do ćwiczenia oddychania cieczą w przypadku awaryjnego ratowania nurków z dużych głębokości. Od 2015 roku rozwój był testowany w Sewastopolu na temat Terek, wspierany przez FPI.

Dziedzictwo projektu jądrowego

Perfluorowęglowodory (perfluorowęglowodory) to związki organiczne, w których wszystkie atomy wodoru są zastąpione atomami fluoru. Podkreśla to łaciński przedrostek „per-”, oznaczający kompletność, integralność. Substancje te nie występują w naturze. Próbowano je zsyntetyzować w późny XIX wieku, ale tak naprawdę udało się to dopiero po II wojnie światowej, kiedy były potrzebne dla przemysłu jądrowego. Ich produkcję w ZSRR założył akademik Ivan Ludwigovich Knunyants, założyciel laboratorium związków fluoroorganicznych w Instytucie Ekonomii Rosyjskiej Akademii Nauk.

„W technologii pozyskiwania wzbogaconego uranu zastosowano perfluorowęglowodory. W ZSRR ich największym twórcą był Państwowy Instytut chemia stosowana w Leningradzie. Obecnie produkowane są w Kirowo-Czepiecku i Permie – mówi Mayevsky.

Zewnętrznie płynne perfluorowęglowodory wyglądają jak woda, ale są zauważalnie gęstsze. Nie reagują z zasadami i kwasami, nie utleniają się i rozkładają w temperaturach powyżej 600 stopni. W rzeczywistości są uważane za chemicznie związki obojętne. Ze względu na te właściwości materiały perfluorowęglowe znajdują zastosowanie w resuscytacji i medycynie regeneracyjnej.

„Istnieje taka operacja - płukanie oskrzeli, gdy osoba pod narkozą jest myta jednym płucem, a potem drugim. Na początku lat 80. wraz z chirurgiem z Wołgogradu A.P. Savinem doszliśmy do wniosku, że tę procedurę najlepiej wykonywać za pomocą perfluorowęglowodór w postaci emulsji” – podaje przykład Evgeny Mayevsky.

Substancje te są aktywnie wykorzystywane w okulistyce, w celu przyspieszenia gojenia się ran, w diagnostyce chorób, w tym raka. W ostatnie lata za granicą rozwijana jest metoda diagnostyki NMR z wykorzystaniem perfluorowęglowodorów. W naszym kraju badania te z powodzeniem prowadzi zespół naukowców z Moskiewskiego Uniwersytetu Państwowego. M. V. Lomonosov pod kierunkiem akademika Aleksieja Chochłowa, INEOS, ITEB RAS i IEP (Serpukhov).

Nie sposób nie wspomnieć o tym, że z tych substancji powstają oleje, smary do układów pracujących w warunkach wysokie temperatury w tym silniki odrzutowe.

Źródła:

Rosyjska Fundacja Badań Zaawansowanych rozpoczęła testy technologii oddychania cieczą dla nurków na psach.

Mówił o tym Witalij Dawydow, zastępca dyrektora generalnego Funduszu. Według niego trwają już testy na pełną skalę.

W jednym z jego laboratoriów trwają prace nad oddychaniem płynem. Podczas gdy przeprowadzane są eksperymenty na psach. U nas rudy jamnik został zanurzony w dużej kolbie z wodą, twarzą do dołu. Wydawałoby się, po co kpić ze zwierzęcia, teraz się zakrztusi. Nie. Siedziała pod wodą przez 15 minut. Rekord to 30 minut. Niesamowite. Okazuje się, że płuca psa wypełnione były natlenionym płynem, który umożliwił jej oddychanie pod wodą. Kiedy ją wyciągnęli, była trochę ospała - mówią, z powodu hipotermii (a chyba kto lubi siedzieć pod wodą w słoiku na oczach wszystkich), ale po kilku minutach stała się całkiem sobą. Wkrótce będą przeprowadzane eksperymenty na ludziach - mówi dziennikarz " Rosyjska gazeta Igor Chernyak, który stał się naocznym świadkiem niezwykłych testów.

Wszystko to było podobne do fantastycznej fabuły słynnego filmu „Otchłań”, w którym człowiek mógł zejść na wielką głębokość w skafandrze kosmicznym, którego hełm był wypełniony płynem. Okręt podwodny oddychał nim. Teraz to już nie jest fantazja.

Technologia oddychania cieczą polega na napełnianiu płuc specjalną cieczą nasyconą tlenem, która przenika do krwi. Advanced Research Foundation zatwierdziła realizację unikalnego projektu, prace prowadzi Instytut Medycyny Pracy. Planowane jest stworzenie specjalnego kombinezonu, który przyda się nie tylko okrętom podwodnym, ale także pilotom i astronautom.

Jak powiedział korespondentowi TASS Witalij Dawydow, stworzono specjalną kapsułę dla psów, którą zanurzono w wysokociśnieniowej komorze hydroizolacyjnej. W tej chwili psy mogą oddychać bez konsekwencji zdrowotnych przez ponad pół godziny na głębokości do 500 metrów. "Wszystkie psy testowe przeżyły i czują się dobrze po dłuższym oddychaniu płynem" - zapewnił wiceszef FPI.

Mało kto wie, że w naszym kraju przeprowadzono już eksperymenty z oddychaniem cieczą. Dał niesamowite rezultaty. Aquanauci oddychali płynem na głębokości pół kilometra lub więcej. To tylko ludzie o swoich bohaterach nie wiedzieli.

W latach 80. ZSRR opracował i zaczął realizować poważny program głębokiego ratowania ludzi.

Zaprojektowano, a nawet uruchomiono specjalne ratownicze okręty podwodne. Badano możliwości adaptacji człowieka do głębokości setek metrów. Co więcej, akwanauta miał znajdować się na takiej głębokości nie w ciężkim skafandrze do nurkowania, ale w lekkim, ocieplanym kombinezonie ze sprzętem do nurkowania za plecami, jego ruchy nie były niczym krępowane.

Ponieważ ludzkie ciało składa się prawie w całości z wody, straszne ciśnienie na głębokości samo w sobie nie jest dla niego niebezpieczne. Należy po prostu przygotować na to korpus, zwiększając ciśnienie w komorze ciśnieniowej do wymaganej wartości. Główny problem jest gdzie indziej. Jak oddychać pod ciśnieniem kilkudziesięciu atmosfer? Czyste powietrze staje się trucizną dla organizmu. Musi być rozcieńczony w specjalnie przygotowanych mieszaninach gazów, zwykle azot-hel-tlen.

Ich receptura – proporcje różnych gazów – jest największą tajemnicą we wszystkich krajach, w których prowadzone są podobne badania. Ale na bardzo dużych głębokościach mieszaniny helu nie oszczędzają. Płuca muszą być wypełnione płynem, aby nie pękły. Czym jest płyn, który po dostaniu się do płuc nie prowadzi do uduszenia, ale przenosi tlen przez pęcherzyki do organizmu - tajemnica przed tajemnicami.

Dlatego cała praca z akwanautami w ZSRR, a następnie w Rosji, odbywała się pod hasłem „ściśle tajne”.

Niemniej jednak istnieją dość wiarygodne informacje, że pod koniec lat 80. na Morzu Czarnym istniała głębokowodna stacja wodna, w której mieszkali i pracowali testowi okręty podwodne. Wyruszyli w morze, ubrani tylko w pianki, sprzęt do nurkowania na plecach i pracowali na głębokości od 300 do 500 metrów. Pod ciśnieniem do ich płuc wprowadzono specjalną mieszankę gazów.

Założono, że jeśli łódź podwodna będzie w niebezpieczeństwie i zatonie na dno, zostanie na nią wysłana łódź podwodna ratunkowa. Aquanauci będą wcześniej przygotowani do pracy na odpowiedniej głębokości.

Najtrudniej jest wytrzymać napełnianie płuc płynem i po prostu nie umrzeć ze strachu.

A gdy ratownicza łódź podwodna zbliży się do miejsca katastrofy, nurkowie w lekkim sprzęcie wyjdą na ocean, obejrzą łódź ratunkową i pomogą ewakuować załogę za pomocą specjalnych głębinowych łodzi podwodnych.

Dokończenie tych prac nie było możliwe ze względu na rozpad ZSRR. Jednak tym, którzy pracowali dogłębnie, nadal udało się otrzymać gwiazdy Bohaterów Związku Radzieckiego.

Prawdopodobnie jeszcze ciekawsze badania były kontynuowane w naszych czasach pod Petersburgiem na podstawie jednego z Instytutów Badawczych Marynarki Wojennej.

Tam też prowadzono eksperymenty na mieszankach gazowych do badań głębinowych. Ale co najważniejsze, być może po raz pierwszy na świecie ludzie nauczyli się oddychać płynem.

Ze względu na swoją wyjątkowość te prace były znacznie bardziej złożone niż, powiedzmy, przygotowywanie astronautów do lotów na Księżyc. Testerzy byli poddawani ogromnemu stresowi fizycznemu i psychicznemu.

Najpierw ciało akwanautów w komorze ciśnieniowej powietrza zostało przystosowane do głębokości kilkuset metrów. Następnie przenieśli się do komory wypełnionej płynem, gdzie kontynuowali nurkowanie na głębokości, jak mówią, prawie kilometr.

Najtrudniejsze, zdaniem tych, którzy mieli okazję porozmawiać z akwanautami, według nich, było wytrzymać napełnianie płuc płynem i po prostu nie umrzeć ze strachu. Tu nie chodzi o tchórzostwo. Strach przed zadławieniem jest naturalną reakcją organizmu. Wszystko może się zdarzyć. Skurcz płuc lub naczyń mózgowych, a nawet zawał serca.

Kiedy człowiek zrozumiał, że płyn w płucach nie sprowadza śmierci, ale daje życie na dużej głębokości, pojawiły się całkiem szczególne, naprawdę fantastyczne doznania. Ale wiedzą o nich tylko ci, którzy doświadczyli takiego zanurzenia.

Niestety praca, zadziwiająca w swej wadze, została wstrzymana z elementarnego powodu - z powodu braku środków finansowych. Bohaterowie-akwanauci otrzymali tytuł Bohaterów Rosji i przeszli na emeryturę. Nazwiska okrętów podwodnych są utajnione do dziś.

Chociaż powinni byli zostać uhonorowani jako pierwsi astronauci, ponieważ utorowali drogę do głębokiej hydroprzestrzeni Ziemi.

Teraz wznowiono eksperymenty z oddychaniem cieczą, przeprowadza się je na psach, głównie jamnikach. Doświadczają również stresu.

Ale naukowcy żałują ich. Z reguły po podwodnych eksperymentach zabierają je do swoich domów, gdzie są pysznie karmione, otoczone czułością i troską.