Люди будут дышать, как рыбы

0

Ученые разработали инновационный метод дыхания для водолазов. У акванавта появятся искусственные жабры, а дышать он будет жидкостью.

Автором концепции является американец Арнольд Ланде, отставной хирург, специализировавшийся на кардиоторакальных операциях. Он подал заявку на получение патента на изобретение, которое, по его мнению, может стать реальностью уже через несколько лет. Это будет революционным переворотом в истории глубоководных погружений, надеется Ланде. О своем проекте он рассказал изданию Science Illustrated.

Водолазы будущего

Представьте себе такую картину. На борту корабля водолаза готовят к погружению. Врач устанавливает в бедренную вену два длинных катетера, которые трубками соединяются с искусственными жабрами в рюкзаке акванавта. Теперь его кровь циркулирует через устройство, которое абсорбирует растворенный в ней углекислый газ. Аквалангист надевает маску и, убедившись в исправности системы кислородоснабжения, начинает погружение. В воде он подсоединяет рюкзак к винтовой торпеде, в которой находятся баллон с кислородом и аккумулятор питания для жабр и другого оборудования.

На глубине 10 м, где давление составляет 2 атмосферы, воздух в маске заменяется специальной жидкостью, в которой можно растворить огромное количество кислорода. С помощью местного анестетика водолаз легко преодолевает рефлекс непроизвольного сжатия мускулатуры гортани, который в обычной ситуации не дал бы ему захлебнуться. Как только легкие заполняются раствором, рефлекторное сжатие прекращается, кислород поступает в кровь, а в это время искусственные жабры начинают очищать ее от углекислого газа. Дышать жидким раствором (то есть обеспечивать его циркуляцию в легких) трудно, но специальное приспособление-пояс, так называемая кираса, облегчает эту задачу.

Теперь водолаз полностью готов к глубоководному погружению, где давление измеряется сотней атмосфер. Жидкий раствор в легких не будет сжиматься, поэтому им не угрожает колоссальное давление воды. Акванавт получает возможность работать в течение нескольких часов, после чего он быстро и без остановок поднимается на поверхность.

Если бы при погружении он использовал дыхательную смесь на основе воздуха, это было бы самоубийством. Воздух на 80 процентов состоит из азота, и с увеличением давления по мере погружения аквалангиста на глубину этот газ проникает в ткани организма. Если же в процессе всплытия давление понижается слишком быстро, азот начинает выделяться в кровоток человека подобно пузырькам газировки и блокирует питание тканей кровью, насыщенной кислородом. Это приводит к развитию декомпрессионной (кессонной) болезни, которая может повлечь повреждение мозга, паралич и даже смерть. Но с новой дыхательной системой «кессонка» водолазу не грозит. Он дышит только чистым кислородом через раствор, и его подъем к поверхности может проходить быстро. На борту он еще некоторое время получает кислород через маску, пока врач отключает его от искусственных жабр.

Кираса, кстати – тоже изобретение Ланде. Этот пояс работает по принципу аппарата искусственного дыхания, который помогает парализованным больным дышать, облегчая вдох за счет снижения давления на грудную клетку, а выдох – за счет создания избыточного давления. Кираса обязана своим названием классическим римским доспехам, она опоясывает грудную клетку водолаза и обеспечивает его трудоспособность в течение нескольких часов.

Хомяки-глубоководники

Опыты на животных доказывают, что глубоководное погружение с кислородообеспечением через жидкость в принципе возможно. Профессор Томас Шаффер, директор Научно-исследовательского пульмонологического центра Немур (США), проводил эксперименты с хомяками, которые дышали через обогащенный кислородом раствор перфторуглерода (ПФУ). Под наркозом хомяков помещали в напорный бак, где создавалось давление, эквивалентное давлению воды на глубине до 300 м. «Мы извлекали хомяков из бака и возвращали их в условия атмосферного давления менее чем за секунду. Все животные выжили. Глубоководное погружение с жидкостным дыханием возможно, но, разумеется, это связано с определенными рисками для водолазов», – говорит Томас Шаффер.

Но прежде чем жидкостное дыхание можно будет применить на практике при глубоководных погружениях, придется решить еще одну проблему. Необходимо научиться очищать кровь от углекислого газа, который обычно выводится из организма при выдохе. Если концентрация данного газа в крови станет слишком высокой, это может привести к смерти.

Избежать этого помогут искусственные жабры. Их принцип работы основан на применении мембраны, в результате чего углекислый газ из крови водолаза выводится в окружающую морскую воду. На практике жабры будут состоять из пучков полых волокон, каждое из которых представляет собой отдельную мембрану. Чтобы предотвратить сгущение крови и образование тромбов, волокна будут с большим внутренним диаметром. Сердце хорошо тренированного водолаза прокачивает около 25 литров крови в минуту по всему телу. Многочисленные эксперименты показали, что для действенного удаления углекислого газа через искусственные жабры достаточно будет пропускать всего 5 литров крови в минуту – как раз столько, сколько можно легко вывести из большой бедренной вены и ввести обратно. Арнольд Ланде считает, что, если приложить определенные усилия по целенаправленному усовершенствованию данной концепции, его метод может стать реальностью уже через несколько лет.

Сначала все эксперименты и испытания будут проводиться на животных в лабораторных условиях. Если первые этапы работы пройдут успешно, животных переместят в глубокий бассейн. В серии заключительных экспериментов Ланде планирует погрузить подопытных с помощью подводной мини-лодки на дно моря и проверить работу системы жидкостного дыхания и искусственные жабры. «Если они не погибнут и не будут травмированы в результате погружения на большую глубину, мы сможем перейти к испытанию системы с участием водолазов», – говорит Арнольд Ланде.

Разумеется, погружение с жабрами потребует добровольного согласия водолаза. Но по этому поводу Ланде нисколько не беспокоится. К нему уже обратились несколько смельчаков, которые не прочь попробовать нырнуть глубже, чем это когда-либо удавалось человеку.

Источник – «Тайны мира»

Поделиться.

Комментарии закрыты