„Oddychanie płynem” jest na razie odpowiednie tylko dla psów. Głębokie oddychanie

Na pewno obejrzałem to 8 razy. I za każdym razem robiłem to wyłącznie w celach rozrywkowych i ciekawa fabuła z niesamowitą grą aktorską, która według zeznań ekipy filmowej mocno wyczerpała wykonawców głównych ról.

I w ostatni raz Zdałem sobie sprawę, że ten film ma coś więcej.

Przez cały film opowiadamy o wdychaniu cieczy. To, co rozpoczęliśmy w łonie matki, może trwać dalej. Najważniejsza jest sytuacja.

Wszystkie 7 odsłon dla mnie film był tylko fantazją, grą wyobraźni scenarzysty lub reżysera. W jednej scenie pokazano mysz oddychającą specjalnym płynem. W drugim Bada (postać Eda Harrisa) jest w skafandrze wypełnionym tym samym płynem. Zostaje wysłany na głębokość, na której nikt nie był, napełniając jego płuca „specjalną wodą”, ponieważ tlen w ludzkim ciele na takich głębokościach nie ma nic wspólnego.

Po opracowaniu sprzętu do nurkowania około sześćdziesięciu lat temu Francuz Jacques Yves Cousteau wprowadził do swojej nazwy termin „woda” i „płuca”. Jednak sama technologia całkowitego wypełnienia płuc wodą (w postaci roztworu wodno-solnego) stała się znana z publikacji Kylstry J. „Mysz jak ryba” – pierwsza w oddychaniu cieczą, która mówi o takim pomysł na ratowanie okrętów podwodnych. Jako pierwszy przeprowadził zejścia na głębokość 1000 m na lądowych ssakach (myszach) i wykazał, że przejście na oddychanie cieczą całkowicie zapobiega śmierci spowodowanej tworzeniem się gazów dekompresyjnych. W ZSRR potwierdzono to podczas sztucznej wentylacji płuc (ALV) płynem psów w warunkach imitacji nurkowań na głębokości 1000 m.

Cały system oddychania cieczą oparty jest na formule perfluorowęglowej. Perflubron to przejrzysta, oleista ciecz o niskiej gęstości. Zawiera więcej tlenu niż powietrza. Ponieważ ten płyn jest obojętny, nie uszkadza płuc. Ponieważ ma bardzo niską temperaturę wrzenia, jest szybko i łatwo usuwany z płuc;

Na rynku światowym jest niewielu producentów tych płynów, ponieważ ich rozwój jest produktem ubocznym” projekty jądrowe”. Płyny o jakości medycznej znane są tylko z kilku światowych firm: DuPont (USA), ICI i F2 (Wielka Brytania), Elf-Atochem (Francja). Ciecze perfluorowęglowodorowe, opracowane technologicznie w Instytucie Chemii Stosowanej w Petersburgu, są obecnie liderami w medycynie i kosmetologii;

W Rosji poważnie i bez chichotów w palarni zastanawiali się nad tematem swobodnego wznoszenia się poprzez specjalny system oddychania płynem;

Od powstania Federacji Rosyjskiej opracowanie metody oddychania cieczą w celu ratowania okrętów podwodnych, a także przygotowanie testów ochotniczych w 2007 roku było i jest prowadzone bez dotacji, kosztem AVF we współpracy z St. Petersburski Państwowy Uniwersytet Medyczny. IP Pawłow i inne organizacje;

Obecnie w ramach autorskiej koncepcji szybkiego ratowania okrętów podwodnych istnieje projekt specjalnego aparatu do nurkowania głębinowego. Opiera się na unikalne właściwości szybkich i odpornych (na ciśnienie) nurków oddychających cieczą;

Arnold Lande, były chirurg, a obecnie emerytowany amerykański wynalazca, złożył patent na kombinezon do nurkowania wyposażony w butlę ze specjalną cieczą wzbogaconą tlenem. Tak zwane „ciekłe powietrze” dostarczane jest z butli do hełmu nurka, wypełnia całą przestrzeń wokół głowy, wypiera powietrze z płuc, nosogardzieli i uszu, nasycając płuca człowieka wystarczającą ilością tlenu. Z kolei dwutlenek węgla, który uwalnia się podczas oddychania, uchodzi za pomocą swego rodzaju skrzeli przyczepionych do żyły udowej nurka. Oznacza to, że sam proces oddychania staje się po prostu niepotrzebny - tlen dostaje się do krwi przez płuca, a dwutlenek węgla jest usuwany bezpośrednio z krwi. To prawda, jak ta najbardziej nieściśliwa ciecz będzie dostarczana z butli, nie jest jeszcze do końca jasne…;

Istnieją informacje, że eksperymenty z oddychaniem w cieczach są przeprowadzane z mocą i siłą. A także w Rosji;

W filmie „Otchłań” oczywiście żaden z aktorów nie oddychał „specjalną wodą”. A w jednej ze scen dopuszczono nawet mały, ale bardzo pamiętny oścież, gdy Bud schodzi w głąb, z jego ust wylatuje zdradziecki bąbelek, który nie powinien być w warunkach płynnego oddychania;

Aktor Ed Harris, który zagrał jedną z głównych ról, rolę Buda, jakoś musiał zatrzymać się w drodze z planu z powodu ataku mimowolnego płaczu.. Tak wyczerpujący był proces kręcenia filmu. Cameron domagał się wyjątkowej wiarygodności.

Oglądać filmy. Oddychaj swobodnie i zjedź na pobocze, aby zrobić zdjęcia motylom.

Dziękuję za otwarty dostęp do niektórych danych Członek Korespondent Rosyjskiej Akademii Nauk Przyrodniczych, dr hab.A. V. Filippenko.

Niedawno Rada Naukowo-Techniczna Państwowej Fundacji Badań Zaawansowanych zatwierdziła „projekt stworzenia technologii ratowania okrętów podwodnych poprzez swobodne wynurzanie się metodą oddychania cieczą”, który powinien zostać wdrożony przez Moskiewski Instytut Medycyny Pracy (wtedy pisania, kierownictwo instytutu było niedostępne dla komentarza). „Strych” postanowił dowiedzieć się, co kryje się za tajemniczą frazą „płynny oddech”.

Ciecz oddychanie jest najbardziej imponująco pokazane w The Abyss Jamesa Camerona.

To prawda, że ​​w tej formie nigdy nie przeprowadzono eksperymentów na ludziach. Ale ogólnie naukowcy nie są znacznie gorsi od Camerona pod względem badania tego problemu.

myszy lubią ryby

Pierwszym, który wykazał, że ssaki mogą w zasadzie pozyskiwać tlen nie z mieszaniny gazów, ale z cieczy, był Johannes Kylstra z Centrum Medyczne Uniwersytet Duke (USA). Wraz z kolegami opublikował w 1962 roku pracę „Myszy jak ryba” (O myszach jak ryba) w czasopiśmie Transakcje Amerykańskiego Towarzystwa Sztucznych Narządów Wewnętrznych.

Kilstra i jego koledzy zanurzyli myszy w soli fizjologicznej. Aby rozpuścić wystarczającą ilość tlenu do oddychania w nim, naukowcy "wtłoczyli" gaz do cieczy pod ciśnieniem do 160 atmosfer - na głębokość 1,5 kilometra. Myszy w tych eksperymentach przeżyły, ale niezbyt długo: w płynie było wystarczająco dużo tlenu, ale sam proces oddychania, wciągania i wypychania płynu z płuc wymagał zbyt dużego wysiłku.

„Substancja Joe”

Stało się jasne, że trzeba wybrać ciecz, w której tlen rozpuszczałby się znacznie lepiej niż w wodzie. Wymagane właściwości miały dwa rodzaje cieczy: oleje silikonowe i płynne perfluorowęglowodory. Po eksperymentach Lelanda Clarka, biochemika z University of Alabama School of Medicine, w połowie lat 60. odkryto, że oba rodzaje płynów mogą być używane do dostarczania tlenu do płuc. W eksperymentach myszy i koty były całkowicie zanurzone zarówno w perfluorowęglowodorach, jak i olejach silikonowych. Ten ostatni okazał się jednak toksyczny – zwierzęta doświadczalne zmarły wkrótce po eksperymencie. Ale perfluorowęglowodory okazały się całkiem odpowiednie do użycia.

Perfluorowęglowodory zostały po raz pierwszy zsyntetyzowane podczas Projektu Manhattan, aby stworzyć bomba atomowa: naukowcy szukali substancji, które nie uległyby zniszczeniu podczas interakcji ze związkami uranu, i przeszły pod kryptonim Rzeczy Joego. Bardzo dobrze nadają się do oddychania cieczą: „substancje Joe” nie oddziałują z żywymi tkankami i doskonale rozpuszczają gazy, w tym tlen i dwutlenek węgla pod ciśnieniem atmosferycznym i normalna temperatura Ludzkie ciało.

Kilstra i jego koledzy badali technologię oddychania cieczą w poszukiwaniu technologii, która pozwoliłaby ludziom nurkować i unosić się na powierzchni bez obawy o tworzenie zakrętów. Gwałtowne wynurzenie z dużych głębokości z dostawą sprężonego gazu jest bardzo niebezpieczne: gazy lepiej rozpuszczają się w cieczach pod ciśnieniem, więc podczas wynurzania się, rozpuszczone we krwi gazy, w szczególności azot, tworzą bąbelki, które uszkadzają naczynia krwionośne. Rezultat może być smutny, a nawet śmiertelny.

W 1977 r. Kilstra przedstawił w Departamencie Marynarki Wojennej USA opinię, w której napisał, że według jego obliczeń zdrowa osoba mogłaby otrzymać wymaganą ilość tlenu za pomocą perfluorowęglowodorów, a zatem potencjalnie można by ich użyć zamiast sprężony gaz. Naukowiec zwrócił uwagę, że taka możliwość otwiera nowe perspektywy ratowania okrętów podwodnych przed dużymi.

Eksperymenty na ludziach

W praktyce technikę oddychania cieczą, nazywaną wówczas wentylacją płuc cieczą, zastosowano u ludzi tylko raz, w 1989 roku. Następnie Thomas Shaffer, pediatra z Temple University School of Medicine (USA) i jego koledzy zastosowali tę metodę do ratowania wcześniaków. Płuca płodu w macicy są wypełnione płynem, a kiedy człowiek rodzi się i zaczyna oddychać powietrzem, mieszanina substancji zwanych surfaktantem płucnym nie pozwala tkankom płucnym sklejać się przez resztę życia. U wcześniaków nie ma czasu gromadzić się w odpowiedniej ilości, a oddychanie wymaga bardzo dużego wysiłku, co jest obarczone śmiertelny wynik. W tym czasie jednak płynna wentylacja niemowląt nie uratowała: wszyscy trzej pacjenci wkrótce zmarli, ale ten smutny fakt przypisywano innym przyczynom, a nie niedoskonałości metody.

Więcej eksperymentów z całkowitą wentylacją płuc płynem, jak nazwano tę technologię w naukowy sposób, nie zostało przeprowadzonych na ludziach. Jednak w latach 90. naukowcy zmodyfikowali tę metodę i eksperymentowali z częściową wentylacją płynową, w której płuca nie są całkowicie wypełnione płynem, u pacjentów z ciężkim zapaleniem płuc. Pierwsze wyniki wyglądały zachęcająco, ale ostatecznie nie znalazły zastosowania klinicznego – okazało się, że konwencjonalna wentylacja płuc powietrzem działa równie dobrze.

Fikcja Patent

Naukowcy powrócili teraz do pomysłu korzystania z pełnej wentylacji płynowej. Jednak fantastyczny obraz skafandra nurkowego, w którym człowiek będzie oddychał płynem zamiast specjalną mieszanką gazów, jest daleki od rzeczywistości, choć pobudza wyobraźnię publiczności i umysły wynalazców.

Tak więc w 2008 roku emerytowany amerykański chirurg Arnold Lande opatentował kombinezon do nurkowania wykorzystujący technologię płynnej wentylacji. Zamiast sprężonego gazu zaproponował użycie perfluorowęglowodorów, a nadmiar dwutlenku węgla, który powstawał we krwi, należy usuwać sztucznymi skrzela „wklejonymi” bezpośrednio do żyły udowej nurka. Wynalazek zyskał rozgłos po publikacji o nim napisanej. Niezależny.

Według Philippe'a Micheau, specjalisty ds. wentylacji cieczowej na Uniwersytecie Sherbrooke w Kanadzie, projekt Lande wygląda na wątpliwy. „W naszych eksperymentach (Michot i jego koledzy przeprowadzają eksperymenty na jagnięciu i królikach ze zdrowymi i uszkodzonymi płucami – ok. „Poddasze”) na całkowitym oddychaniu płynem, zwierzęta są pod narkozą i nie poruszają się. Dlatego możemy zorganizować normalną wymianę gazową: dostarczanie tlenu i usuwanie dwutlenku węgla. Dla osób podczas aktywności fizycznej, takiej jak pływanie i nurkowanie, dostarczanie tlenu i usuwanie dwutlenku węgla będzie problemem, ponieważ produkcja dwutlenku węgla w takich warunkach jest wyższa niż normalnie” – skomentował Michaud. Naukowiec zauważył również, że technologia mocowania „sztucznych skrzeli” w żyle udowej jest mu nieznana.

Główny problem „oddychania płynem”

Co więcej, Michaud uważa sam pomysł „oddychania płynem” za wątpliwy, ponieważ ludzkie mięśnie nie są przystosowane do „oddychania” płynem, ale skuteczny system pomp, który pomagałby pompować i wypompowywać płyn z płuc osoby podczas ruchu i wykonuje pewną pracę, nie został jeszcze opracowany.

„Muszę dojść do wniosku, że obecny etap rozwoju technologii nie da się opracować skafandra nurkowego metodą wentylacji cieczowej – uważa badacz.

Jednak zastosowanie tej technologii jest nadal badane w innych, bardziej realistycznych celach. Np. do pomocy topielcom, do płukania płuc w przypadku różnych chorób, czy do szybkiego obniżenia temperatury ciała (stosuje się ją w przypadku resuscytacji podczas zatrzymania krążenia u dorosłych i noworodków z niedotlenieniowo-niedokrwiennym uszkodzeniem mózgu).

System oddychania cieczą opracowywany przez Foundation for Advanced Study (FPI) pomoże nurkom szybko wynurzyć się na powierzchnię bez choroby dekompresyjnej. Antropomorficzny robot Fedor weźmie udział w testach nowego rosyjskiego statku kosmicznego i może pomóc Rosatom w recyklingu odpady nuklearne. Na dnie Rowu Mariańskiego zostanie przetestowana łódź podwodna o ekstremalnej głębokości. Witalij Dawydow, przewodniczący Rady Naukowo-Technicznej Funduszu, opowiedział Izwiestii o projektach FPI.

- Ile projektów zrealizował fundusz i które z nich chciałbyś wyróżnić?

W różne etapy Mamy około 50 projektów w toku. Kolejnych 25 ukończonych. Uzyskane wyniki są przekazywane lub przekazywane klientom. Powstały demonstratory technologii, otrzymano około 400 wyników aktywności intelektualnej. Zakres tematyczny – od nurkowania, przez dno Rowu Mariańskiego, po przestrzeń kosmiczną.

Wśród zrealizowanych projektów można wymienić na przykład testy silnika do detonacji rakiet, przeprowadzone z sukcesem w ubiegłym roku wspólnie z czołowym przedsiębiorstwem budowy silników rakietowych NPO Energomash. Jednocześnie po raz pierwszy na świecie fundacja otrzymała stabilny tryb pracy detonatora silnika odrzutowego. Jeśli pierwszy jest przeznaczony do technologii kosmicznej, drugi dotyczy lotnictwa. naddźwiękowy samoloty korzystanie z takich systemów napotka wiele problemów. Na przykład z wysokie temperatury. Fundusz znalazł rozwiązanie tych problemów poprzez wykorzystanie efektu emisji ciepła - zamiany energii cieplnej na energię elektryczną. W rzeczywistości otrzymujemy prąd do zasilania układów aparatu i jednocześnie chłodzenia elementów płatowca i silnika.

- Jednym z najbardziej znanych projektów Fundacji jest robot Fedor. Czy to już koniec?

– Tak, prace nad Fedorem zostały zakończone. Wyniki są obecnie przekazywane do Ministerstwa Sytuacji Nadzwyczajnych. Ponadto okazało się, że interesuje ich nie tylko Ministerstwo Sytuacji Nadzwyczajnych, ale także inne resorty, a także korporacje państwowe. Wielu prawdopodobnie słyszało, że technologie Fedora będą wykorzystywane przez Roscosmos stworzyć robota testowego, który będzie latał na nowym rosyjskim załogowym statek kosmiczny"Federacja". Rosatom wykazał duże zainteresowanie robotem. Potrzebuje technologii zapewniających możliwość pracy w warunkach niebezpiecznych dla człowieka. Na przykład przy usuwaniu odpadów nuklearnych.

- Czy Fedora można użyć do ratowania załóg okrętów podwodnych, do badania zatopionych statków?

Technologie uzyskane podczas tworzenia Fedora można wykorzystać do różnych celów. Fundusz realizuje szereg projektów związanych z podwodnymi pojazdami niezamieszkałymi. Zasadniczo można z nimi zintegrować antropomorficzne technologie robotów. W szczególności, planowane jest stworzenie pojazdu podwodnego do pracy na ekstremalnych głębokościach. Zamierzamy to przetestować w Rów Mariański. Jednocześnie nie jest łatwo opaść na dno, jak nasi poprzednicy, ale zapewnić możliwość poruszania się w obszarze przydennym i prowadzenia badań naukowych. Nikt jeszcze tego nie zrobił.

W Stanach Zjednoczonych powstaje czworonożny robot do transportu towarów BigDog. Czy podobne zmiany mają miejsce w FPI?

Jeśli chodzi o platformy spacerowe do przewożenia ładunku lub amunicji, fundusz nie wykonuje takich prac. Ale niektóre organizacje, z którymi współpracujemy, z własnej inicjatywy, były zaangażowane w takie wydarzenia. Pytanie, czy taki robot jest potrzebny na polu bitwy, pozostaje otwarte. W większości przypadków bardziej opłaca się używać pojazdów kołowych lub gąsienicowych.

- Jakie platformy robotyczne powstają w FPI, poza Fedorem?

Rozwijamy całą gamę platform do różnych celów. Są to ziemia, powietrze i roboty morskie. Wykonywanie zadań rozpoznania, transportu towarów, a także zdolność do prowadzenia walczący. Jednym z obszarów pracy w tym obszarze jest określenie wyglądu i rozwoju metod wykorzystania dronów, w tym grupowych. Myślę, że jeśli wszystko będzie się toczyć w tym samym tempie, w niedalekiej przyszłości nastąpi znaczne rozszerzenie wykorzystania dronów, m.in. do rozwiązywania misji bojowych.

- FPI rozwija się satelita atmosferyczny„Sowa” – duży samolot elektryczny. Jak idą jego testy?

-Próby demonstracyjne pojazd bezzałogowy"Sowa" zakończona. Długi lot odbył się na wysokości około 20 tysięcy m. Niestety urządzenie wpadło w strefę silnych turbulencji i zostało poważnie uszkodzone. Ale do tego czasu otrzymaliśmy już wszystkie niezbędne dane, byliśmy przekonani zarówno o perspektywach samego kierunku badań, jak i poprawności wybranego konstruktywne rozwiązania . Zdobyte doświadczenie zostanie wykorzystane przy tworzeniu i testowaniu pełnowymiarowej aparatury.

Przedsiębiorstwo "Roskosmos" NPO im. Ławoczkina prowadzi podobny rozwój - tworząc atmosferycznego satelitę „Aist”. Czy śledzisz rozwój konkurencji?

Jesteśmy świadomi tych prac, utrzymujemy kontakt z twórcami Aist. Tu nie chodzi o konkurencję, ale o komplementarność.

Czy takie urządzenia mogą być używane w? Strefa arktyczna gdzie nie ma komunikacji i infrastruktury do częstych startów i lądowań?

Należy pamiętać, że wiosną i jesienią, a tym bardziej podczas nocy polarnej, „satelita atmosferyczny” może po prostu nie otrzymać energii niezbędnej do naładowania akumulatorów. To ogranicza jego zastosowanie.

Ostatnio publicznie zademonstrowano technologie oddychania cieczą - jamniki zanurzane są w specjalnej cieczy bogatej w tlen. Demonstracja „tonięcia” wywołała falę protestów. Czy prace w tym kierunku będą kontynuowane po tym?

-Trwają prace nad oddychaniem cieczą. W oparciu o nasz rozwój można uratować tysiące istnień ludzkich. I rozmawiamy nie tylko o okrętach podwodnych, którzy dzięki oddychaniu cieczą będą mogli szybko wypłynąć na powierzchnię bez konsekwencji w postaci choroby dekompresyjnej. Jest cała linia choroby i urazy płuc, w leczeniu których można osiągnąć sukces za pomocą oddychania płynem. Istnieją ciekawe perspektywy wykorzystania technologii oddychania cieczą do szybkiego schładzania organizmu, gdy konieczne jest spowolnienie zachodzących w nim procesów. Teraz odbywa się to przez zewnętrzne chłodzenie lub wprowadzenie specjalnego roztworu do krwi. Możesz zrobić to samo, ale skuteczniej, wypełniając płuca schłodzoną mieszaniną oddechową.

Anton Tonshin, szef laboratorium FPI zajmującego się tworzeniem oddychania cieczą, z jamnikiem o imieniu Nicholas, z pomocą którego naukowcy z Advanced Research Foundation (FPI) badali możliwości oddychania cieczą

Należy zauważyć, że zwierzęta biorące udział w tych eksperymentach nie są szkodliwe dla zdrowia. Wszyscy „eksperymentatorzy” żyją. Część z nich trzymana jest w laboratorium, gdzie monitorowany jest ich stan. Wiele z nich stało się zwierzakami dla pracowników, ale ich stan jest również okresowo monitorowany przez naszych specjalistów. Wyniki obserwacji wskazują na brak negatywne konsekwencje oddychanie cieczą. Technologia została dopracowana i przeszliśmy do tworzenia specjalnych urządzeń do jej praktycznej realizacji.

- Kiedy zaczniesz studiować oddychanie płynami u ludzi?

Teoretycznie jesteśmy gotowi na takie eksperymenty, ale aby je rozpocząć, konieczne jest przynajmniej stworzenie i opracowanie odpowiedniego sprzętu.

W pewnym momencie FPI opracowało platformę oprogramowania do projektowania różnych urządzeń, mającą zastąpić zagraniczne oprogramowanie. Czy jest gdzieś używany?

Prace nad stworzeniem ujednoliconego środowiska dla rosyjskiego oprogramowania inżynieryjnego „Gerbarium” rzeczywiście zostały zakończone. Obecnie rozważana jest kwestia jego wykorzystania w Rosatomie i Roskosmosie - do projektowania obiecujących próbek produktów przemysłu jądrowego, a także technologii rakietowej i kosmicznej.

- Czy fundusz działa w obszarze technologii rozszerzonej rzeczywistości?

-Tak, fundusz wykonuje takie prace - w szczególności wspólnie z KamAZem. Jedno z naszych laboratoriów stworzyło prototyp okularów rozszerzonej rzeczywistości, które zapewniają kontrolę nad montażem komponentów do samochodu. Program podpowie Ci, jaką część wziąć i gdzie ją zainstalować. Jeśli operator wykona nieprawidłowe czynności, na przykład odbiegnie od ustalonej kolejności montażu produktu lub nieprawidłowo zainstaluje jego elementy, rozlega się dźwiękowe powiadomienie o niewłaściwym kroku, a na okularach wyświetla się informacja o błędzie. W takim przypadku w dzienniku elektronicznym odnotowuje się fakt błędnych działań lub nawet ich próby. W efekcie należy stworzyć system wykluczający możliwość nieprawidłowego montażu. W przyszłości zamierzamy rozwijać ten system w kierunku miniaturyzacji, zastępowania okularów bardziej zaawansowanymi urządzeniami.

Perspektywy technologii komputerowej wiążą się obecnie z rozwojem komputerów kwantowych, a bezpieczeństwo informacji – z kryptografią kwantową. Czy FPI rozwija te obszary?

Fundacja zajmuje się zagadnieniami związanymi z obliczeniami kwantowymi, tworzeniem odpowiedniej bazy pierwiastków. Jeśli chodzi o komunikację kwantową, wszyscy znają doświadczenia chińskich kolegów. Ale nie stoimy w miejscu.

Jesienią 2016 roku FPI i Rostelecom zapewniły transmisję informacji kwantowych za pomocą kabla światłowodowego między Nogińskiem a Pawłowskim Posadem. Eksperyment się powiódł. Już dziś można rozmawiać przez telefon kwantowy. Ważna cecha kwantowa transmisja informacji to niemożność jej przechwycenia.

W trakcie powyższego eksperymentu zapewniono komunikację kwantową na odległość około 30 km. Technicznie nie ma problemów z jego wdrożeniem większy zasięg. Przygotowujemy się do przeprowadzenia sesji komunikacyjnej kanałem atmosferycznym. Pracujemy nad możliwością eksperymentu nad komunikacją kwantową z kosmosu z wykorzystaniem potencjału Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.

Życie na naszej planecie najwyraźniej powstało w wodzie - w środowisku, w którym rezerwy tlenu są bardzo ograniczone. Pod ciśnieniem atmosferycznym zawartość tlenu w powietrzu na poziomie morza wynosi 200 mililitrów na litr, a mniej niż siedem mililitrów tlenu rozpuszcza się w litrze wody powierzchniowej.

Pierwsi mieszkańcy naszej planety, po przystosowaniu się do środowisko wodne, oddychany skrzela, którego celem jest ekstrakcja maksymalna ilość tlen z wody.

W toku ewolucji zwierzęta opanowały bogatą w tlen atmosferę lądową i zaczęły oddychać płucami. Funkcje narządów oddechowych pozostały takie same.

Zarówno w płucach, jak i skrzelach tlen przenika przez cienkie błony z środowisko do naczyń krwionośnych, a dwutlenek węgla jest uwalniany z krwi do środowiska. Tak więc te same procesy zachodzą w skrzelach i płucach. Rodzi to pytanie: czy zwierzę z płucami byłoby w stanie oddychać w środowisku wodnym, gdyby zawierało wystarczającą ilość tlenu?

Odpowiedź na to pytanie zasługuje na uwagę z kilku powodów. Po pierwsze, możemy dowiedzieć się, dlaczego narządy oddechowe zwierzęta lądowe różnią się budową od odpowiednich organów zwierząt wodnych.

Ponadto odpowiedź na to pytanie ma znaczenie czysto praktyczne. Gdyby specjalnie przeszkolona osoba mogła oddychać w środowisku wodnym, ułatwiłoby to eksplorację głębin oceanicznych i podróżowanie na odległe planety. Wszystko to posłużyło jako podstawa do przeprowadzenia szeregu eksperymentów w celu zbadania możliwości oddychania wodą ssaków lądowych.

Problemy z oddychaniem wodą

Eksperymenty przeprowadzono w laboratoriach Holandii i USA. Oddychanie wody wiąże się z dwoma głównymi problemami. O jednym już wspomniano: przy zwykłym ciśnieniu atmosferycznym zbyt mało tlenu rozpuszcza się w wodzie.

Drugim problemem jest to, że woda i krew to płyny o bardzo różnych właściwościach fizjologicznych. Woda „wdychana” może uszkadzać tkankę płucną i powodować śmiertelne zmiany w objętości i składzie płynów w organizmie.

Załóżmy, że przygotowaliśmy specjalny roztwór izotoniczny, w którym skład soli jest taki sam jak w osoczu krwi. Pod wysokim ciśnieniem roztwór jest nasycony tlenem (jego stężenie jest w przybliżeniu takie samo jak w powietrzu). Czy zwierzę będzie w stanie oddychać w takim roztworze?

Pierwsze takie eksperymenty przeprowadzono na Uniwersytecie w Leiden. Przez śluzę powietrzną podobną do szalupy ratunkowej łodzi podwodnej myszy wprowadzano do komory wypełnionej specjalnie przygotowanym roztworem, pod ciśnieniem tlenu. Przez przezroczyste ściany komory można było obserwować zachowanie myszy.

W pierwszych chwilach zwierzęta próbowały wydostać się na powierzchnię, ale zapobiegała im siatka druciana. Po pierwszym podnieceniu myszy uspokoiły się i nie wydawały się zbytnio cierpieć w podobnej sytuacji. Wykonywali powolne, rytmiczne ruchy oddechowe, najwyraźniej wdychając i wydychając płyn. Niektórzy z nich żyli w takich warunkach przez wiele godzin.

Główna trudność w oddychaniu wodą

Po serii eksperymentów stało się jasne, że decydującym czynnikiem decydującym o długości życia myszy nie jest brak tlenu (który można wprowadzić do roztworu w dowolnej ilości przez proste zwiększenie jego ciśnienia parcjalnego), ale trudność w wydalaniu węgla dwutlenek z organizmu w wymaganym stopniu.

Mysz, która przeżyła najdłużej – 18 godzin – była w roztworze, do którego dodano niewielką ilość buforu organicznego, tris(hydroksymetylo)aminometanu. Ta ostatnia minimalizuje niekorzystny wpływ akumulacji dwutlenku węgla u zwierząt. Obniżenie temperatury roztworu do 20°C (około połowy normalnej temperatury ciała myszy) również przyczyniło się do wydłużenia życia.

W tym przypadku było to spowodowane ogólnym spowolnieniem procesów metabolicznych.

Zazwyczaj litr powietrza wydychanego przez zwierzę zawiera 50 mililitrów dwutlenku węgla. Przy wszystkich innych parametrach (temperatura, ciśnienie cząstkowe dwutlenku węgla) tylko 30 mililitrów tego gazu rozpuszcza się w jednym litrze roztworu soli, który ma identyczny skład soli jak krew.

Oznacza to, że aby uwolnić wymaganą ilość dwutlenku węgla zwierzę musi wdychać dwukrotnie więcej wody niż powietrza. (Ale pompowanie płynu przez naczynia oskrzeli wymaga 36 razy więcej energii, ponieważ lepkość wody jest 36 razy wyższa niż lepkość powietrza).

Z tego widać, że nawet przy braku turbulentnego ruchu płynu w płucach oddychanie wodą wymaga 60 razy więcej energii niż oddychanie powietrzem.

Nie ma więc nic dziwnego w tym, że zwierzęta doświadczalne stopniowo słabły, a następnie – na skutek wyczerpania i nagromadzenia dwutlenku węgla w organizmie – ustały oddychanie.

Wyniki eksperymentu

Na podstawie przeprowadzonych eksperymentów nie można było ocenić, ile tlenu dostaje się do płuc, na ile jest nasycony we krwi tętniczej i jaki jest stopień nagromadzenia dwutlenku węgla we krwi zwierząt. Stopniowo podeszliśmy do serii bardziej zaawansowanych eksperymentów.

Przeprowadzono je na psach w dużej komorze wyposażonej w dodatkowe wyposażenie. Komorę wypełniono powietrzem pod ciśnieniem 5 atmosfer. Była też kąpiel w solance nasyconej tlenem. Zanurzyło się w nim zwierzę doświadczalne. Przed eksperymentem, w celu zmniejszenia całkowitego zapotrzebowania organizmu na tlen, psy znieczulano i schładzano do 32°C.

Podczas nurkowania pies wykonywał gwałtowne ruchy oddechowe. Strumienie wody unoszące się z powierzchni wyraźnie wskazywały, że pompuje roztwór przez płuca. Pod koniec eksperymentu psa wyciągnięto z wanny, usunięto wodę z płuc i ponownie napełniono powietrzem. Z sześciu przebadanych zwierząt jedno przeżyło. Pies oddychał w wodzie przez 24 minuty.

Wyniki eksperymentu można sformułować w następujący sposób: w określonych warunkach zwierzęta oddychające powietrzem mogą oddychać wodą przez ograniczony czas. Główną wadą oddychania wodą jest akumulacja dwutlenku węgla w organizmie.

Podczas eksperymentu ciśnienie krwi ocalałego psa było nieco niższe niż normalne, ale pozostawało stałe; puls i oddychanie były powolne, ale regularne, krew tętnicza była nasycona tlenem. Zawartość dwutlenku węgla we krwi stopniowo wzrastała.

Oznaczało to, że energiczna aktywność oddechowa psa była niewystarczająca do usunięcia z organizmu niezbędnych ilości dwutlenku węgla.

Nowa seria eksperymentów z oddychaniem w wodzie

W Nowym Jorku Uniwersytet stanowy Kontynuowałem współpracę z Hermanem Raanem, Edwardem H. Lanfearem i Charlesem W. Paganellim. W Nowa seria W eksperymentach wykorzystano urządzenia, które umożliwiły uzyskanie konkretnych danych dotyczących wymiany gazowej zachodzącej w płucach psa podczas oddychania płynem. Tak jak poprzednio zwierzęta oddychały roztworem soli nasyconym tlenem pod ciśnieniem 5 atmosfer.

Skład gazu wdychanego i wydychanego płynu określano na wlocie i wylocie roztworu z płuc psów. Bogata w tlen ciecz dostała się do ciała znieczulonego psa przez gumową rurkę wprowadzoną do tchawicy. Przepływ był regulowany przez pompę zaworową.

Z każdym wdechem roztwór pod wpływem grawitacji spływał do płuc, a podczas wydechu ciecz, zgodnie z tą samą zasadą, wchodziła do specjalnego odbiornika. Ilość tlenu pochłoniętego w płucach i ilość uwolnionego dwutlenku węgla określono jako różnicę między odpowiednimi wartościami w równe objętości wdychany i wydychany płyn.

Zwierzęta nie były chłodzone. Okazało się, że w tych warunkach pies pobiera z wody mniej więcej taką samą ilość tlenu jak zwykle z powietrza. Zgodnie z oczekiwaniami zwierzęta nie wydychały wystarczającej ilości dwutlenku węgla, więc zawartość dwutlenku węgla we krwi stopniowo wzrastała.

Pod koniec eksperymentu, który trwał do czterdziestu pięciu minut, usunięto wodę z płuc psa przez specjalny otwór w tchawicy. Płuca zostały przedmuchane kilkoma porcjami powietrza. Nie przeprowadzono dodatkowych procedur „rewitalizacji”. Sześć z szesnastu psów przeżyło eksperyment bez widocznych konsekwencji.

Interakcja trzech elementów

Oddychanie ryb i ssaków opiera się na złożonej interakcji trzech elementów:

1) potrzeby organizmu na wymianę gazową,

2) właściwości fizyczneśrodowisko i

3) budowa narządów oddechowych.

Aby wznieść się ponad czysto intuicyjną ocenę znaczenia budowy narządów w procesie adaptacji, konieczne jest dokładne zrozumienie wszystkich tych interakcji. Oczywiste jest, że takie pytania należy zadawać. Jak cząsteczka tlenu przedostaje się z otoczenia do krwi? Jaka jest jej dokładna ścieżka? Odpowiedzi na te pytania są znacznie trudniejsze niż mogłoby się wydawać.

Kiedy klatka piersiowa rozszerza się, powietrze (lub woda) dostaje się do płuc zwierzęcia. Co dzieje się z płynem, który dostaje się do granicznych pęcherzyków płucnych? Spójrzmy na to zjawisko na prostym przykładzie.

Jeśli niewielka ilość atramentu zostanie powoli wstrzyknięta przez igłę do strzykawki częściowo wypełnionej wodą, najpierw utworzą one cienki strumień w środku naczynia. Po ustaniu „wdychania” atrament stopniowo rozprzestrzenia się w całej objętości wody.

Jeśli atrament zostanie wtryśnięty szybko, tak że przepływ będzie turbulentny, mieszanie będzie oczywiście następować znacznie szybciej. Na podstawie uzyskanych danych, a także biorąc pod uwagę wielkość oskrzeli, można stwierdzić, że wdychany strumień powietrza lub wody przedostaje się do worków powietrznych powoli, bez turbulencji.

Dlatego można założyć, że podczas wdechu świeże powietrze(lub wody) cząsteczki tlenu będą najpierw koncentrować się w środku worków powietrznych (pęcherzyków płucnych). Teraz muszą pokonać znaczne odległości poprzez dyfuzję, zanim dotrą do ścian, przez które dostaną się do krwi.

Te odległości są wielokrotnie większe niż grubość błon oddzielających powietrze od krwi w płucach. Jeśli medium, które ma być wdychane, jest powietrze, to nie wielkie znaczenie: tlen jest rozprowadzany równomiernie w pęcherzykach w milionowych częściach sekundy.

Prędkość propagacji gazów w wodzie jest 6 tysięcy razy mniejsza niż w powietrzu. Dlatego podczas oddychania wodą istnieje różnica ciśnienia cząstkowe tlen w regionach centralnych i peryferyjnych. Ze względu na niskie tempo dyfuzji gazów, ciśnienie tlenu w środku pęcherzyków z każdym cyklem oddechowym staje się wyższe niż na ścianach. Stężenie dwutlenku węgla opuszczającego krew jest większe w pobliżu ścian pęcherzyków płucnych niż w centrum.

Wymiana gazowa w płucach

Te teoretyczne przesłanki powstały na podstawie badania skład gazu wydychany płyn podczas eksperymentów na psach. Wodę wypływającą z płuc psa zbierano do długiej rurki.

Okazało się, że w pierwszej porcji wody, która najwyraźniej pochodziła z centralnej części pęcherzyków, jest więcej tlenu niż w ostatniej porcji, która pochodziła ze ścian. Podczas oddychania psów w powietrzu nie zaobserwowano znaczącej różnicy w składzie pierwszej i ostatniej porcji wydychanego powietrza.

Warto zauważyć, że wymiana gazowa zachodząca w płucach psa podczas oddychania wodą jest bardzo podobna do procesu zachodzącego w prostej kropli wody, gdy na jej powierzchni następuje wymiana: tlen - dwutlenek węgla. Na podstawie tej analogii zbudowano matematyczny model płuc, a jako jednostkę funkcjonalną wybrano kulę o średnicy około jednego milimetra.

Obliczenia wykazały, że płuca zawierają około pół miliona tych kulistych komórek wymiany gazowej, w których przenoszenie gazu odbywa się tylko przez dyfuzję. Obliczona liczba i rozmiar tych komórek ściśle odpowiada liczbie i rozmiarowi pewnych struktur płuc zwanych „zrazikami pierwotnymi” (zrazikami).

Najwyraźniej te zraziki są głównymi jednostkami funkcjonalnymi płuc. Podobnie, wykorzystując dane anatomiczne, można skonstruować matematyczny model skrzeli ryb, których pierwotne jednostki wymiany gazowej będą miały odpowiednio inny kształt.

Konstrukcja modeli matematycznych umożliwiła wytyczenie wyraźnej granicy między narządami oddechowymi ssaków i ryb. Okazuje się, że najważniejsza jest geometryczna struktura komórek oddechowych. Staje się to szczególnie widoczne przy badaniu zależności, która łączy zapotrzebowanie ryb na wymianę gazową i właściwości środowiska z kształtem narządów oddechowych ryb.

Równanie wyrażające tę zależność obejmuje takie wielkości jak dostępność tlenu, czyli jego stężenie, szybkość dyfuzji i rozpuszczalność w środowisku zwierzęcia.

Objętość wdychanego powietrza lub wody, ilość i wielkość komórek wymiany gazowej, ilość wchłoniętego przez nie tlenu i wreszcie ciśnienie tlenu we krwi tętniczej. Załóżmy, że narządy oddechowe ryb to nie skrzela, lecz płuca.

Podstawiając do równania rzeczywiste dane wymiany gazowej zachodzącej podczas oddychania ryb, stwierdzamy, że ryba z płucami nie będzie w stanie żyć w wodzie, ponieważ obliczenia wskazują na całkowity brak tlenu we krwi tętniczej ryb Model.

Oznacza to, że w założeniu wystąpił błąd, a mianowicie: wybrana forma ogniwa wymiany gazowej okazała się błędna. Ryby żyją w wodzie dzięki skrzela, które składają się z płaskich, cienkich, gęsto upakowanych płytek. W takiej strukturze - w przeciwieństwie do kulistych komórek płuc - nie ma problemu z dyfuzją gazów.

Zwierzę z narządami oddechowymi podobnymi do płuc może przeżyć w wodzie tylko wtedy, gdy jego zapotrzebowanie na tlen jest bardzo niskie. Jako przykład weźmy ogórek morski.

Skrzela dają rybom możliwość życia w wodzie, a te same skrzela nie pozwalają im istnieć poza wodą. W powietrzu zapadają się pod wpływem grawitacji. Napięcie powierzchniowe na granicy powietrze-woda powoduje sklejanie się ciasno upakowanych płytek skrzelowych.

Całkowita powierzchnia skrzeli dostępna do wymiany gazowej jest tak bardzo zmniejszona, że ​​ryby nie mogą oddychać, pomimo obfitości tlenu w powietrzu. Pęcherzyki płucne są chronione przed zniszczeniem po pierwsze przez klatkę piersiową, a po drugie przez uwalniany w płucach środek zwilżający, który znacznie zmniejsza napięcie powierzchniowe.

Oddychanie ssaków w wodzie

Badanie procesów oddychania ssaków w wodzie dostarczyło zatem nowych informacji o podstawowych zasadach oddychania w ogóle. Z drugiej strony istniało prawdziwe założenie, że dana osoba może bez szkodliwych konsekwencji ograniczony czas oddychać płynem. Umożliwi to nurkom zejście na znacznie większe niż obecnie głębokości oceanu.

Główne niebezpieczeństwo nurkowania głębokiego związane jest z ciśnieniem wody skrzynia i płuca. W rezultacie wzrasta ciśnienie gazów w płucach, a część gazów przedostaje się do krwiobiegu, co prowadzi do poważnych konsekwencji. Pod wysokim ciśnieniem większość gazów jest toksyczna dla organizmu.

Tak więc azot przedostający się do krwi nurka powoduje odurzenie już na głębokości 30 metrów i praktycznie wyłącza go z akcji na głębokości 90 metrów z powodu powstałego znieczulenia azotowego. (Ten problem można rozwiązać, stosując rzadkie gazy, takie jak hel, które nie są toksyczne nawet w bardzo wysokich stężeniach.)

Dodatkowo, jeśli nurek zbyt szybko wyjdzie z głębokości na powierzchnię, gazy rozpuszczone we krwi i tkankach uwalniają się w postaci bąbelków, powodując chorobę dekompresyjną.

Tego niebezpieczeństwa można uniknąć, jeśli nurek nie oddycha powietrzem, ale cieczą wzbogaconą tlenem. Płyn w płucach wytrzyma znaczne ciśnienie zewnętrzne, a jego objętość praktycznie się nie zmieni. W takich warunkach nurek, schodząc na głębokość kilkuset metrów, będzie mógł szybko wrócić na powierzchnię bez żadnych konsekwencji.

Aby udowodnić, że choroba dekompresyjna nie występuje podczas oddychania wodą, w moim laboratorium przeprowadzono następujące eksperymenty. W eksperymentach z myszą, która oddychała cieczą, ciśnienie 30 atmosfer zostało doprowadzone do jednej atmosfery na trzy sekundy. Nie było oznak choroby. Ten stopień zmiany ciśnienia jest równoważny efektowi podnoszenia z głębokości 910 metrów z prędkością 1100 kilometrów na godzinę.

Człowiek może oddychać wodą

Oddychanie płynem może być przydatne dla ludzi podczas przyszłych podróży kosmicznych. Wracając z odległych planet, na przykład z Jowisza, potrzebne będą ogromne przyspieszenia, pozwalające opuścić strefę przyciągania planety. Przyspieszenia te są znacznie większe niż to, co może wytrzymać ludzkie ciało, a zwłaszcza podatne na zranienie płuca.

Ale te same obciążenia staną się całkiem akceptowalne, jeśli płuca zostaną wypełnione płynem, a ciało astronauty zostanie zanurzone w płynie o gęstości równej gęstości krwi, tak jak płód zanurzony jest w płynie owodniowym matki.

Włoscy fizjolodzy Rudolf Margaria, T. Gualterotti i D. Spinelli przeprowadzili taki eksperyment w 1958 roku. Stalowy cylinder zawierający ciężarne szczury został wyrzucony z różne wysokości na ołowianej podstawie. Celem eksperymentu było sprawdzenie, czy płód przetrwa gwałtowne spowolnienie i uderzenie lądowania. Szybkość hamowania obliczono z głębokości wgłębienia cylindra w ołowianą podstawę.

Same zwierzęta padły natychmiast podczas eksperymentu. Autopsje wykazały znaczne uszkodzenie płuc. Jednak embriony uwolnione chirurgicznie były żywe i rozwijały się normalnie. Płód chroniony płynem macicznym jest w stanie wytrzymać ujemne przyspieszenia do 10 tys.

Po eksperymentach, które wykazały, że zwierzęta lądowe mogą oddychać cieczą, rozsądne jest założenie takiej możliwości dla ludzi. Mamy teraz kilka bezpośrednich dowodów na poparcie tego założenia. Na przykład teraz stosujemy nową metodę leczenia niektórych chorób płuc.

Metoda polega na przepłukaniu jednego płuca roztworem soli fizjologicznej, który usuwa patologiczne wyładowanie z pęcherzyków i oskrzeli. Drugie płuco podczas oddychania gazowym tlenem.

Sukces tej operacji zainspirował nas do przeprowadzenia eksperymentu, do którego zgłosił się odważny nurek głębinowy Francis D. Faleichik.

W znieczuleniu do tchawicy wprowadzono podwójny cewnik, którego każda rurka dotarła do płuc. W normalnej temperaturze ciała powietrze w jednym płucu zastąpiono 0,9% roztworem sól kuchenna. „Cykl oddechowy” polegał na wprowadzeniu do płuc roztworu soli fizjologicznej, a następnie usunięciu go.

Cykl powtórzono siedmiokrotnie, pobierając 500 mililitrów roztworu na każdy „oddech”. Faleychik, który był w pełni przytomny podczas całego zabiegu, powiedział, że nie zauważył znaczącej różnicy między światłem, oddychającym powietrzem, a lekkim, oddychającym wodą. Nie odczuwał również dyskomfortu podczas wejścia i wyjścia przepływu płynu z płuc.

Oczywiście ten eksperyment jest wciąż bardzo daleki od próby przeprowadzenia procesu oddychania obydwoma płucami w wodzie, ale pokazał, że wypełnienie płuc solą fizjologiczną, jeśli procedura jest wykonana prawidłowo, nie powoduje poważnych uszkodzeń tkanek i nie wywołuje nieprzyjemnych wrażeń.

Najtrudniejszy problem oddychania wodą

Prawdopodobnie najbardziej trudny problem, który należy rozwiązać, wiąże się z uwalnianiem dwutlenku węgla z płuc podczas oddychania wodą. Jak już powiedzieliśmy, lepkość wody jest około 36-40 razy większa od lepkości powietrza. Oznacza to, że płuca będą pompować wodę co najmniej czterdzieści razy wolniej niż powietrze.

Innymi słowy, zdrowy młody nurek, który może oddychać 200 litrami powietrza na minutę, może oddychać tylko 5 litrami wody na minutę. Jest całkiem oczywiste, że przy takim oddychaniu dwutlenek węgla nie zostanie uwolniony w wystarczających ilościach, nawet jeśli osoba jest całkowicie zanurzona w wodzie.

Czy ten problem można rozwiązać stosując medium, w którym dwutlenek węgla rozpuszcza się lepiej niż w wodzie? W niektórych skroplonych syntetycznych fluorowęglowodorach dwutlenek węgla rozpuszcza się np. trzykrotnie bardziej niż w wodzie, a tlen trzydzieści razy. Leland S. Clark i Frank Gollan wykazali, że mysz może żyć w ciekłym fluorku węgla zawierającym tlen pod ciśnieniem atmosferycznym.

Fluorek węgla nie tylko zawiera więcej tlenu niż woda, ale także szybkość dyfuzji gazu jest w tym medium czterokrotnie wyższa. Jednak nawet tutaj mały problem pozostaje przeszkodą. wydajność płyny przez płuca: Fluorowęglowodory są jeszcze bardziej lepkie niż sól fizjologiczna.

Tłumaczenie z języka angielskiego N. Poznanskaya.

To chyba banał fantastyka naukowa: jakaś 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 mieszaninie 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, zachowując mobilność elastycznych pianek i niskie ryzyko związane 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 zmuszone były wdychać roztwór soli fizjologicznej o wysokiej zawartości rozpuszczonego tlenu. 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 niż wyniki eksperymentów z solanką. 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 płyny oddechowe uległy poprawie, najbardziej zaawansowane ten moment rozwiązanie 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 praktyce klinicznej 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.