Respira lichid: oamenii de știință ruși au făcut din SF o realitate. Respirație profundă

Dmitri Rogozin i-a arătat președintelui sârb Aleksandar Vucic cele mai recente evoluții din Rusia. Printre acestea se numără proiectul de respirație lichidă. Pentru Vučić, a fost efectuată o demonstrație pe un teckel, care a fost plasat într-un rezervor cu lichid, iar în câteva secunde în noul mediu a început să respire. Acest sistem va ajuta la respirația marinarilor de pe o navă scufundată sau a persoanelor cu arsuri la plămâni. Cum este chiar posibil să respiri lichide?

Aceasta este doar una dintre evoluțiile care au fost create cu ajutorul creatului Fondul de stat cercetare avansată. El este specializat în cercetări revoluționare în diverse zoneștiință și tehnologie.

Pentru a clarifica de ce descoperirea este numită o adevărată descoperire. Înapoi la sfârșitul anilor 80 respirație lichidă era considerată science fiction. A fost folosit de personajele din filmul regizorului american James Cameron „The Abyss”. Și chiar și în film a fost numită o dezvoltare experimentală.

Ei au încercat să învețe oamenii și animalele să respire lichide de mult timp. Primele experimente din anii 60 au fost fără succes, șoarecii experimentali au trăit foarte scurt. Tehnica ventilației lichide a fost testată la om o singură dată în Statele Unite, pentru a salva bebelușii prematuri. Cu toate acestea, niciunul dintre cei trei bebeluși nu a putut fi resuscitat.

La acea vreme, perftoranul a fost folosit pentru a furniza oxigen la plămâni, este folosit și ca înlocuitori de sânge. Principala problemă a fost că acest lichid nu a putut fi suficient purificat. Dioxidul de carbon nu s-a dizolvat bine în el și pentru respirația pe termen lung era necesar ventilație forțată plămânii. În repaus, un bărbat de complexitate medie și înălțime medie trebuia să treacă prin el însuși 5 litri de lichid pe minut, iar sub sarcină - 10 litri pe minut. Plămânii nu sunt potriviți pentru astfel de sarcini. Cercetătorii noștri au reușit să rezolve această problemă.

„Problema acelor ani a fost că lichidul care era destinat respirației nu putea fi suficient de purificat și, ca urmare, la presiune ridicată, subprodușii solubili în el au provocat un efect toxic în anii șaptezeci, acestea erau în principal perfluoran. sunt destul de toxice „Acum, aceștia sunt derivați de perfluorodecaline, acestea sunt substanțe care sunt folosite în industria cosmetică ca un excelent purtător de substanțe medicinale și alte substanțe prin piele în organism pentru a satura pielea, inclusiv cu oxigen”, a spus șeful. al departamentului de cercetare chimică, biologică și medicală a Fundației de Cercetare Avansată Fedor Arseniev.

Oportunitățile oferite de descoperirea actuală a oamenilor de știință ruși sunt extrem de mari. Una dintre ele este lupta împotriva supraîncărcărilor. Lichidul distribuie sarcina uniform în toate direcțiile. Prin urmare, o persoană plasată în el este capabilă să reziste la sarcini mult mai mari decât o persoană într-un costum spațial. Toleranța lor poate crește de mai multe ori, depășind semnificativ 20 G, care este acum considerată limita pentru corpul uman.

Când este scufundată în apă, presiunea asupra unei persoane crește cu o atmosferă la fiecare 10 metri. Prin urmare, la adâncimi mari se folosesc costume foarte voluminoase. Când plămânii unei persoane sunt umpluți nu cu aer, ci cu lichid, presiunea din interiorul corpului echilibrează presiunea exterioară, iar persoana se poate scufunda la adâncimi mari fără costume speciale. În acest caz, sângele nu este saturat cu azot și heliu și, prin urmare, nu este necesară o decompresie pe termen lung atunci când se ridică la suprafață.

„Descoperirea va ajuta direct la salvarea echipajelor submarine fără implicarea forțelor de salvare, a aparatelor speciale - asta se întâmplă pe nave, de data aceasta trece pentru o zi - așa s-a întâmplat cu Kursk. La adâncimi mari, folosind aceste amestecuri lichide, submarinarii se pot ridica cu ușurință în viață și bine de la adâncimi mari”, a spus căpitanul în retragere de rang 1, redactor-șef adjunct al revistei Ministerului rus al Apărării „Războinicul Rusiei” Vasily Dandykin.

Dezvoltarea Rusiei va găsi aplicație nu numai în industria de apărare. De asemenea, ar putea fi folosit pentru a ajuta copiii prematuri și persoanele cu arsuri respiratorii.

Acesta este probabil deja un clișeu în science fiction: o anumită substanță vâscoasă intră foarte repede într-un costum sau o capsulă și personajul principal dintr-o dată descoperă cât de repede pierde aerul rămas din proprii plămâni, iar interiorul său este umplut cu un lichid neobișnuit de o nuanță care variază de la limfă la sânge. În cele din urmă, chiar intră în panică, dar ia câteva înghițituri instinctive, sau mai degrabă oftă și este surprins să descopere că poate respira acest amestec exotic de parcă ar respira aer obișnuit.

Suntem atât de departe de a realiza ideea de respirație lichidă? Este posibil să respirați un amestec lichid și există o nevoie reală de acest lucru?
Există trei moduri promițătoare de a utiliza această tehnologie: medicina, scufundările la adâncimi mari și astronautica.

Presiunea asupra corpului scafandrului crește cu fiecare zece metri pe atmosferă. Datorită unei scăderi accentuate a presiunii, poate începe boala de decompresie, în care manifestările gazelor dizolvate în sânge încep să fiarbă în bule. De asemenea, când hipertensiune arterială Otrăvirea cu oxigen și azot narcotic este posibilă. Toate acestea sunt combatete prin utilizarea amestecurilor speciale pentru respirație, dar acestea nu oferă nicio garanție, ci doar reduc probabilitatea consecințe neplăcute. Desigur, puteți folosi costume de scafandru care mențin presiunea asupra corpului scafandrului și a amestecului său de respirație la exact o atmosferă, dar acestea, la rândul lor, sunt mari, voluminoase, îngreunează mișcarea și sunt, de asemenea, foarte scumpe.

Respirația lichidă ar putea oferi o a treia soluție la această problemă, menținând în același timp mobilitatea costumelor flexibile și riscurile scăzute ale costumelor rigide sub presiune. Lichidul de respirație, spre deosebire de amestecurile costisitoare de respirație, nu saturează corpul cu heliu sau azot, deci nu este nevoie și de decompresie lentă pentru a evita boala de decompresie.

În medicină, respirația lichidă poate fi utilizată în tratamentul bebelușilor prematuri pentru a evita deteriorarea bronhiilor subdezvoltate ale plămânilor prin presiunea, volumul și concentrația de oxigen a aerului din dispozitive. ventilatie artificiala plămânii. Selecția și testarea diferitelor amestecuri pentru a asigura supraviețuirea unui făt prematur a început deja în anii 90. Este posibil să utilizați un amestec lichid pentru opriri complete sau dificultăți parțiale de respirație.

Zborul spațial implică suprasarcini mari, iar fluidele distribuie presiunea uniform. Dacă o persoană este scufundată într-un lichid, atunci în timpul supraîncărcării presiunea va ajunge la întregul corp și nu la suporturi specifice (spatare scaune, centuri de siguranță). Acest principiu a fost folosit pentru a crea costumul de supraîncărcare Libelle, care este un costum spațial rigid umplut cu apă, care permite pilotului să își mențină conștiința și performanța chiar și la supraîncărcări de peste 10 g.

Această metodă este limitată de diferența dintre densitățile țesuturilor corpului uman și lichidul de imersie utilizat, astfel încât limita este de 15-20 g. Dar puteți merge mai departe și puteți umple plămânii cu un lichid cu densitate apropiată de apă. Un astronaut complet scufundat în lichid și lichid de respirație va simți relativ slab efectul forțelor g extrem de mari, deoarece forțele din lichid sunt distribuite uniform în toate direcțiile, dar efectul se va datora totuși diverse densitățițesuturile corpului său. Limita va rămâne în continuare, dar va fi mare.

Primele experimente privind respirația lichidă au fost efectuate în anii 60 ai secolului trecut pe șoareci și șobolani de laborator, care au fost forțați să inhaleze soluție salină cu un continut ridicat de oxigen dizolvat. Acest amestec primitiv a permis animalelor să supraviețuiască pentru o anumită perioadă de timp, dar nu a putut elimina dioxidul de carbon, astfel încât plămânii animalelor au fost deteriorați iremediabil.

Mai târziu, au început lucrările cu perfluorocarburi, iar primele lor rezultate au fost departe rezultate mai bune experimente cu soluție salină. Perfluorocarburile sunt materie organică, în care toți atomii de hidrogen sunt înlocuiți cu atomi de fluor. Compușii perfluorocarbonici au capacitatea de a dizolva atât oxigenul, cât și dioxidul de carbon, sunt foarte inerți, incolori, transparenți, nu pot deteriora țesutul pulmonar și nu sunt absorbiți de organism.

De atunci, fluidele respiratorii au fost îmbunătățite, cele mai avansate în acest moment soluția se numește perflubron sau „Liquivent” (denumire comercială). Acest lichid limpede asemănător uleiului, cu o densitate de două ori mai mare decât a apei, are multe proprietăți utile: poate transporta de două ori mai mult oxigen decât aerul obișnuit, are temperatură scăzută fierbere, prin urmare, după utilizare, îndepărtarea sa finală din plămâni se realizează prin evaporare. Sub influența acestui lichid, alveolele se deschid mai bine, iar substanța are acces la conținutul lor, acest lucru îmbunătățește schimbul de gaze.

Plămânii se pot umple complet cu lichid, acest lucru va necesita un oxigenator cu membrană, un element de încălzire și ventilație forțată. Dar în practica clinică, cel mai adesea ei nu fac acest lucru, ci folosesc respirația lichidă în combinație cu cea convențională ventilatie cu gaz, umplând plămânii cu perflubron doar parțial, aproximativ 40% din volumul total.

Încă din filmul The Abyss, 1989

Ce ne împiedică să folosim respirația lichidă? Lichidul de respirație este vâscos și nu elimină bine dioxidul de carbon, așa că va fi necesară ventilația forțată. Pentru a șterge dioxid de carbon din persoană obișnuită cântărind 70 de kilograme va necesita un debit de 5 litri pe minut sau mai mult, iar acest lucru este mult având în vedere vâscozitatea ridicată a lichidelor. La activitate fizică cantitatea de debit necesară va crește doar și este puțin probabil ca o persoană să poată muta 10 litri de lichid pe minut. Plămânii noștri pur și simplu nu sunt proiectați să respire lichid și nu sunt capabili să pompeze ei înșiși astfel de volume.

Utilizare trăsături pozitive Fluidele de respirație în aviație și astronautică pot rămâne, de asemenea, pentru totdeauna un vis - lichidul din plămâni pentru un costum de protecție la suprasarcină trebuie să aibă densitatea apei, iar perflubronul este de două ori mai greu decât acesta.

Da, plămânii noștri sunt capabili din punct de vedere tehnic să „respire” un anumit amestec bogat în oxigen, dar, din păcate, până acum nu putem face asta decât pentru câteva minute, deoarece plămânii noștri nu sunt suficient de puternici pentru a circula amestecul respirator pentru perioade lungi de timp. timp. Situația se poate schimba în viitor, nu rămâne decât să ne îndreptăm speranțele către cercetătorii din acest domeniu.

Foto: RIA Novosti
Serghei Piatakov

Omul viitorului va putea să se scufunde la adâncimi mari, dar va trebui să învețe să respire lichid.

Respirația lichidă, sau respirația cu ajutorul unui lichid care dizolvă bine oxigenul, a fost mult timp o fixare pentru oamenii de știință din întreaga lume. Dispozitivul „omfibie” este capabil să salveze viețile scafandrilor și submarinarilor, această tehnologie poate fi utilizată în medicină, iar în viitor va fi utilă în timpul zborurilor spațiale pe termen lung atunci când explorează alte planete. Dezvoltari reale pentru crearea unui aparat de respirat lichid au fost efectuate în anii 1970-1980 în URSS și SUA, apoi au fost efectuate experimente pe animale, dar nu s-a obținut un mare succes. Corespondentul „Top Secret” a analizat cât de promițătoare și realistă rămâne această tehnologie.

Trebuie menționat că respirația lichidă la prima vedere pare o invenție fantastică, dar de fapt are o bază complet științifică, iar această idee are o bază teoretică serioasă. În loc de oxigen, oamenii de știință sugerează utilizarea specială compuși chimici, care sunt capabile să dizolve foarte bine oxigenul și dioxidul de carbon.

RESPIRAȚIA LICHIDĂ VA RETRAȘIȚI SFUNDARII DIN BOALA CAISSON

Viceamiral, erou al muncii socialiste, doctor în științe tehnice, profesor, membru cu drepturi depline al Academiei Ruse de Științe ale Naturii, președinte al Comitetului pentru lucrări subacvatice cu scop special din cadrul Guvernului Federației Ruse în 1992-1994, a declarat Tengiz Borisov pentru Top Secret că experimentele cu respirația lichidă au fost efectuate de câteva decenii.

„În prezent, o persoană este limitată în capacități - un scafandru ai cărui cilindri de respirație conțin aer obișnuit se poate scufunda la o adâncime de 60 de metri fără risc pentru sănătate. În cazuri excepționale, cei mai experimentați înotători au ajuns la 90 de metri, mai departe corpul uman expus la efectele toxice ale azotului. După ce au apărut amestecuri speciale de gaze care conțin heliu, în care se menține o mică presiune constantă a oxigenului și nu există azot, a devenit posibil să se scufunde până la 300 de metri în costume spațiale dure, iar aceasta este limita.

Principalul inamic al scafandrilor este boala de decompresie: la suprafața de la adâncimi mari, din cauza scăderii rapide a presiunii amestecului respirator inhalat, gazele care se dizolvă în sânge încep să fie eliberate rapid, ca și cum o sticlă de șampanie ar fi agitată și vinul dinăuntru a făcut spumă. Gazele distrug pereții celulelor și vasele de sânge, blochează capilarele, blochează fluxul sanguin, consecințele sunt teribile - în formă severă, boala de decompresie poate duce la paralizie sau moarte.

Pentru a merge mai departe în profunzime, sunt necesare noi tehnologii. Și astăzi principiul respirației lichide este considerat cel mai promițător. Această metodă ar trebui să depășească principalele probleme ale scafandrilor: în timpul scufundării și al ascensiunii, problema compresiei va fi rezolvată și nu va exista nicio compresie a pieptului, deoarece lichidele practic nu sunt comprimate.

Cu toate acestea, chiar dacă se creează amestecuri speciale de lichide, vor trebui dezvoltate metode de utilizare a respirației lichide. La urma urmei, pentru ca o persoană să-și umple plămânii cu o substanță vâscoasă, va trebui să depășească cea mai severă rezistență psihologică a corpului. Experimentele au fost efectuate pe oameni: atunci când încearcă să umple plămânii, reflexele unei persoane se declanșează involuntar, laringele începe să se comprime și plămânii se închid.

O persoană are o reacție înnăscută la apă - suficient pentru ca o picătură să lovească celulele sensibile ale bronhiilor, mușchiul inel comprimă gâtul, apar spasme și apoi apare sufocarea. Deși lichidul special nu poate provoca niciun rău, corpul refuză să înțeleagă acest lucru, iar creierul dă comanda să reziste. În cele din urmă, există o procedură la fel de neplăcută când acest lichid trebuie îndepărtat din plămâni. Dar dacă se găsește o soluție, aceasta va fi o descoperire serioasă - atunci scafandrii vor putea lucra la adâncimi foarte mari.

Este de așteptat ca această tehnologie să fie utilizată în scopuri militare, pentru explorarea petrolului și gazelor și deservirea puțurilor de adâncime, precum și pentru recuperarea valorilor de pe nave scufundate la adâncimi mari. Există mai multe evoluții în lume în prezent, care dau speranță că această tehnologie va începe în viitor.”

CERCETAREA AJUTATĂ ÎN LUCRĂRILE NEONATOLOGILOR AMERICANI

Americanii s-au orientat către ideea respirației lichide în anii 1960. Și poate cea mai mare realizare a lor este un brevet înregistrat pentru un costum de scafandru echipat cu un cilindru cu un lichid special îmbogățit cu oxigen. Conform ideii autorului, așa-numitul aer lichid, care este furnizat dintr-un cilindru în casca unui scafandru, umple întreg spațiul din jurul capului, deplasează aerul din plămâni, nazofaringe și urechi, saturând plămânii umani. cantitate suficientă oxigen. Lichidul de respirație trebuia să fie creat pe baza de perfluorocarburi, în care cantitatea necesară de gaz poate fi dizolvată.

La rândul său, dioxidul de carbon, care este eliberat în timpul respirației, ar fi trebuit să fie îndepărtat folosind un fel de analog al branhiilor atașat la vena femurală a scafandrului. Ca rezultat, oxigenul intră în sânge prin plămâni, iar dioxidul de carbon este eliminat direct din sânge. Adevărat, pentru a utiliza un astfel de sistem, o persoană va trebui să învețe să se descurce fără a utiliza funcțiile de bază ale sistemului respirator - inhalarea și expirarea.

Primele experimente care implică respirația cu lichide au fost efectuate de americani în anii 1960. Au fost efectuate pe rozătoare. Oamenii de știință au efectuat înlocuire completă sânge de șobolan cu o emulsie cu o concentrație mare de oxigen lichid. De ceva timp, animalele au putut respira lichide, dar corpurile lor nu au putut elimina dioxidul de carbon, care pentru o lungă perioadă de timp a dus la distrugerea plămânilor. În anii următori, formula a fost rafinată.

Una dintre cele mai de succes dezvoltări a fost lichidul folosit în LiquiVent, un medicament creat pentru a trata tulburările severe de respirație la nou-născuții prematuri. Prin consistența sa, este un lichid pur uleios, cu densitate scăzută, care conține mai mult oxigen decât aer. Deoarece acest lichid este inert, nu dăunează plămânilor, deoarece are un punct de fierbere foarte scăzut și este îndepărtat rapid și ușor din plămâni.

Această substanță atrage și specialiștii pentru că este incoloră, inodoră și netoxică – aproape ca aerul. Acest lichid reține mult mai mult oxigen pe unitate de volum decât aerul. În experimentele ulterioare, șoarecii și pisicile scufundate în lichid perfluorocarbon oxigenat au trăit câteva zile. Cu toate acestea, în timpul experimentelor, a devenit clar și că plămânii delicati ai mamiferelor sunt slab adaptați pentru pomparea și pomparea constantă a lichidului - prin urmare, înlocuirea aerului cu acesta se poate face doar pentru o perioadă foarte scurtă de timp.

Ideea unui sistem de respirație lichid este folosită acum în practica lor de către neonatologi, care folosesc tehnologii similare pentru îngrijirea bebelușilor prematuri de mai bine de 20 de ani. Respirația lichidă este utilizată pe scară largă în această ramură a medicinei. Această metodă este folosită pentru salvarea nou-născuților. Țesutul pulmonar al unor astfel de bebeluși nu este complet format la naștere, deci folosind dispozitive speciale sistemul respirator sunt saturate cu o soluție care conține oxigen pe bază de perfluorocarburi. Nu este o coincidență că experimentatorii americani includ întotdeauna medici de acest profil în grupuri pentru a crea respirație lichidă.

MAMIFERELE MARI NU AU ÎNVĂȚAT NICIODATĂ SĂ RESPIRE LICHIDE

Ulterior, prin îmbunătățirea fluidului respirator, a fost posibil să se realizeze multe ore de respirație lichidă la animalele mici de laborator - șoareci și șobolani și la cățeii de câine. Cu toate acestea, oamenii de știință se confruntă cu noua problema- nu a fost posibilă realizarea unei respirații lichide stabile la animalele mari de laborator (câinii adulți, diametrul traheei și structura plămânilor sunt apropiate de om). Câinii adulți nu au rezistat mai mult de 10-20 de minute și au murit din cauza insuficienței pulmonare. Transferul la ventilație artificială cu lichid pulmonar folosind echipament clinic a îmbunătățit performanța, dar echipamente suplimentare pentru echipamentul de respirație nu este luat în considerare de dezvoltatori.

Pentru ca o persoană să respire lichid, trebuie să îndeplinească două funcții principale: furnizarea de oxigen plămânilor și îndepărtarea dioxidului de carbon. Această proprietate este deținută de oxigenul pe care o persoană îl inhalează și de alte câteva gaze și, de asemenea, după cum au demonstrat oamenii de știință, unele lichide sunt, de asemenea, capabile să îndeplinească funcții similare. În același timp, experimentele nereușite cu respirația lichidă au și o explicație: plămânii umani percep și expulzează lichidul mult mai greu decât aerul, astfel încât procesul de înlocuire a dioxidului de carbon cu oxigen are loc cu o încetinire mai mare.

Într-adevăr, plămânii umani sunt capabili din punct de vedere tehnic să „respire” un anumit amestec lichid bogat în oxigen, dar numai pentru câteva minute. Dacă presupunem că respirația lichidă devine larg răspândită, atunci persoanele bolnave care folosesc aer lichid în scopuri medicale vor trebui să folosească în mod constant dispozitive suplimentare, de fapt, să poarte un ventilator pentru a stimula respirația. Scafandrii, care suferă deja de un disconfort sever sub apă, vor trebui să poarte echipamente suplimentare, iar respirația lichidului în timpul scufundărilor lungi și adânci nu va fi ușor.

Un costum de scafandru care folosește principiul respirației lichide a fost brevetat în SUA

ÎN RUSIA POATE FI UN EXPERIMENT PE O PERSOANĂ

Uniunea Sovietică avea și programe de respirație lichidă. Într-una din institute de cercetare sovietice au obținut rezultate semnificative în implementarea respirației lichide. Au fost dezvoltate dispozitive speciale, au fost efectuate experimente pe animale și s-au obținut anumite rezultate. Șoarecii și câinii au respirat de fapt lichid și destul de mult perioadă lungă de timp. Există informații că în 1991 urmau să aibă loc primele experimente pe voluntari. Trebuie remarcat faptul că în Uniunea Sovietică aceste programe nu aveau orientare comercială și erau asociate exclusiv cu dezvoltări militare.

Prin urmare, din cauza încetării finanțării, toate lucrările au fost restrânse, iar ulterior oprite complet. Cu toate acestea, recent unele proiecte au fost reînviate. După cum a aflat Top Secret, într-unul dintre institutele de cercetare a apărării din Rusia au efectuat un experiment cu un voluntar care, ca urmare, chirurgie din cauza unei patologii periculoase, laringele a fost îndepărtat (prin urmare, mușchiul inelar a fost absent, acest lucru a permis experimentul să fie efectuat cu succes).

O soluție specială a fost turnată mai întâi în plămânii persoanei și apoi scufundată sub apă într-o mască special făcută. După experiment, lichidul din plămânii lui a fost pompat fără durere. Inspirați de acest succes, experții ruși susțin că în viitor vor putea respira sub apă. oameni obișnuiți cu un gât normal, deoarece depășirea reacției reflexe a corpului la lichid este foarte posibilă.

Membru corespondent al Academiei Ruse de Științe ale Naturii, Candidatul de Științe Medicale Andrei Filippenko, care lucrează de mult timp la proiectul de respirație lichidă, a declarat pentru Top Secret că în prezent nu se poate spune aproape nimic despre aceste evoluții din cauza secretului lor.

„Astăzi, aceste evoluții sunt realizate atât în ​​interesul armatei, cât și în sfera civilă. Există multe dificultăți tehnologice care împiedică derularea acestor proiecte. În prezent, această tehnologie funcționează exclusiv în laborator și este complet nepotrivită utilizării în condiții reale. De exemplu, la adâncimi mari. Această tehnologie nu funcționează bine nu numai în Rusia, ci și în străinătate. Pentru a merge mai departe, multe tehnologii trebuie îmbunătățite, inclusiv cele legate de a face față presiunii ridicate.”

RESPIRAȚIA LICHIDĂ POATE FI CERERE ÎN SPAȚIU ȘI PENTRU SUBMARINE

Ideea călătoriei interplanetare a fost la un moment dat luată în considerare în Uniunea Sovietică. Deoarece zborul spațial implică supraîncărcări mari pentru astronauți, au fost analizate opțiunile privind modul de reducere a acestora. Printre altele, s-a propus și varianta scufundării călătorilor în spațiu în lichid. Într-adevăr, dacă o persoană este scufundată într-o soluție asemănătoare apei, atunci sub suprasarcină presiunea se va răspândi uniform pe întregul corp. Acesta este principiul folosit pentru a crea costumul anti-g, care este folosit în Forțele Aeriene Germane. Producătorul - compania germano-elvețiană AutoflugLibelle - a înlocuit pernele de aer cu recipiente sigilate cu lichid. Astfel, costumul este un costum spațial dur umplut cu apă. Acest lucru îi permite pilotului să-și mențină conștiința și performanța chiar și în cazul supraîncărcărilor enorme (peste 10 g).

Cu toate acestea, utilizarea proprietăți pozitive respirația lichidelor în aviație și astronautică poate rămâne pentru totdeauna un vis - substanța pentru costumul de protecție la suprasarcină trebuie să aibă densitatea apei, iar singurul lichid perfluorocarbon care funcționează astăzi este de două ori mai greu. Dacă ideea poate fi realizată, un astronaut scufundat într-un mediu lichid și care respiră oxigen solid practic nu va simți efectul unor forțe g extrem de mari, deoarece forțele vor fi distribuite uniform în toate direcțiile.

Nu există nicio îndoială că tehnologia de respirație lichidă este necesară în primul rând submarinarilor. Oricât de paradoxal ar părea, în prezent nu există modalități sigure de a salva oamenii aflați în dificultate la adâncimi mari. Nu numai aici, ci în întreaga lume, metodele și tehnicile pentru salvarea celor aflați în primejdie la mare adâncime practic nu au fost dezvoltate de mulți ani. Tragedia submarinului Kursk a arătat că mijloacele de salvare a echipajului de urgență sunt iremediabil depășite și au nevoie de o modernizare urgentă.

Submarinul era echipat cu echipamente care să-l ajute să scape în caz de accident, dar camera de salvare pop-up a fost avariată de explozie și nu a putut fi folosită. În plus, fiecare membru al echipei a fost dotat cu un dispozitiv personal de plutire standard, care a permis salvarea de la adâncimi de până la 120 de metri. Pentru cele câteva minute necesare pentru a se ridica, o persoană care poartă acest echipament poate respira un amestec de oxigen-heliu. Dar oamenii nu au putut folosi nici aceste mijloace. Printre altele, acest lucru se datorează și faptului că cilindrii de heliu nu sunt depozitați pe submarin, deoarece la concentrații mari în aer acest gaz poate provoca sufocare și o stare de deficiență de oxigen.

Acesta este marele dezavantaj al echipamentelor individuale. Salvatorii au fost nevoiți să predea cilindrii membrilor echipei din exterior, prin trapele ecluzei. De menționat că toate aceste echipamente au fost dezvoltate încă din 1959 și nu s-au schimbat în niciun fel de atunci. Și nici astăzi nu există alternative la vedere. Poate de aceea se vorbește despre utilizarea respirației lichide în salvarea maritimă ca fiind cea mai promițătoare metodă a viitorului.

După un experiment public privind respirația lichidă cu un câine, oamenii de știință sunt interesați de utilitatea acestei experiențe și de perspectivele acestei tehnologii în general. Editorial N+1 i-a cerut doctorului și om de știință Andrei Filippenko, care dezvoltă sisteme de respirație lichide încă din vremea sovietică, să vorbească despre starea actuală cercetare în acest domeniu.

N+1: Am văzut cu toții demonstrația spectaculoasă de teckel organizată de Fundația pentru Studii Avansate. Lucrezi la respirația lichidă din anii 1980, ai ceva de-a face cu acest proiect? Sunteți angajat al FPI?

Andrei Filippenko: Nu, lucrez independent de Fond. În anii 1980, eram director științific al cercetării privind problemele respirației lichide (R&D „Olifa MZ”). În 2014–15, a finalizat proiectul preliminar „Terek” cu Fondul, a continuat să predea respirația lichidă ca activitate socială, a călătorit și a coordonat sarcini pentru co-executori în continuarea temei „Terek-1” până în prima jumătate a anului. 2016. Acum continui sa lucrez la problema ca medic-cercetator si dezvoltator de dispozitive de respiratie lichide pentru submarinisti, scafandri si astronauti.

Experimente cu respirația lichidă în 1988

Specialiștii de la IBMP se îndoiesc că într-o situație extremă este cu adevărat posibil să se folosească tehnologia de respirație lichidă, în special, deoarece trecerea la aceasta necesită îndepărtarea rapidă a aerului din plămâni, altfel poate apărea „asfixia albă”. Cum se rezolvă această problemă?

Motivul acestei asfixii este închiderea glota, mai exact, corzile vocale. Nu funcționează la toate mamiferele în timpul scufundării (imersie completă sub apă), iar închiderea poate fi îndepărtată cu anestezie. Prevenirea închiderii este o problemă standard pentru toate bronhoscopia, iar bronhoscopia este un eveniment de rutină în spitale, adică problema prevenirii închiderii ligamentelor este rezolvată.

Cum să furnizezi lichid de respirație? La urma urmei, acest lucru necesită pomparea constantă și reînnoirea lichidului care conține oxigen. Pot plămânii unei persoane să asigure pomparea constantă a acestuia?

În 1987-88, am arătat că animalele mari (câinii) pot face față acestui lucru - datorită mișcării diafragmei și a mușchilor intercostali, pot pompa lichid timp de câteva ore. Pentru prima dată, am văzut apoi o contradicție cu publicațiile occidentale - respirația lichidă este posibilă mai mult de 20 de minute, adică inhalarea unui lichid care conține oxigen și evacuarea acestuia în exterior, cu niveluri acceptabile de gaze în sânge. În cazul oamenilor este ceva mai dificil decât în ​​cazul animalelor, dar nu există obstacole de netrecut în acest sens. Da, este destul de dificil, astfel de experimente sunt pentru sănătoși și oameni puternici, acest lucru nu este destinat persoanelor în vârstă cu plămâni și inimi slabe. Nu există astfel de submarinieri. Nu este nimic imposibil să treci la respirație lichidă și apoi la o respirație regulată, deși uneori nu este ușor. „Diavolul” este în detalii.

Este posibil consecințe negative pentru sănătate mai târziu? Leziuni pulmonare, pneumonie? Din câte am înțeles, lichidul ar trebui să spele surfactantul din plămâni?

Da, alveolele plămânilor sunt într-adevăr acoperite din interior cu un surfactant care le menține extinse. În experimente cu soluții saline, s-a constatat că surfactantul a fost spălat și alveolele din plămâni se pot prăbuși. Dar am efectuat experimente cu lichid perfluorocarbon și are o capacitate de umectare extrem de scăzută, prin urmare, surfactantul practic nu se spală din alveole. În plus, puteți adăuga un surfactant la lichidul de respirație în sine (acestea variază în compoziție). În experimentele „pure” cu perfluorocarbon cu câini, șobolani și șoareci, nu am avut niciun caz de „colaps” al alveolelor pulmonare. Trebuie remarcat faptul că lichidul nu este absorbit în pereții alveolelor și o cantitate de lichid rămâne în plămâni, dar se evaporă și este expirat.

Dar, cu toate acestea, în urma experimentelor, pneumonia a apărut, de exemplu, la același Frank Faleichik?

Faleichik, apropo, este în viață și bine, prietenul meu doctor de la Institutul Suedez Karolinska l-a văzut recent. Adesea nu este vorba doar de lichid, ci și de temperatură. La urma urmei, pentru a simula salvarea submarinarilor, lucrăm în frig, inițial animalul a fost răcit, întregul corp este scufundat în apă la o temperatură de 10 grade, apoi este turnat în plămâni - apare hipotermia. Și singura modalitate prin care putem reduce această hipotermie este ridicarea rapidă la suprafață.

În special situație dificilă pentru submarinari, deoarece sub 100 de metri temperatura apei nu crește peste 4 grade. Chiar dacă nu există nici un deces din cauza hipotermiei în timpul ascensiunii, există o posibilitate de deces din cauza pneumoniei mai târziu. Prin urmare, nu are sens să faci tehnologie de respirație lichidă pentru condiții de cameră sau de laborator.

Trebuie să rezolvăm această problemă. Cum să excludeți posibilitatea ca unele impurități să intre în plămâni cu lichidul, de exemplu, părul de câine în experiment. De aceea am propus și testat pe mare în urmă cu trei ani, scufundând un teckel cu capul în jos într-o capsulă pentru teste pe mare. Ea a respirat lichid oxigenat, apoi a reușit să se zbată din costumul de neopren pentru câine și a băut multă apă rece de mare.

Primele experimente pe câini mari în laboratorul Institutului de Cercetare de Pneumologie din Rusia în 1987. Monitorul stării câinelui este vizibil și se prelevează o probă de lichid respirator în etapa de umplere a plămânilor.

Arhiva personală a lui Andrey Filippenko

O altă problemă se referă la lichidul în sine. În experimentele timpurii cu soluții saline, animalele au murit adesea pentru că nu se puteau întoarce la aer respirat. Lichidul pur perfluorocarbon nu dă astfel de complicații cu o tehnică adecvată. Apropo, chiar și angajatul FPI, instruit pentru prezentarea în fața înalților oficiali ai statului, a vorbit greșit în videoclipul prezentat lumii întregi și l-a numit perftoran, făcând fără să vrea o reclamă pentru medicamentul nostru, care este unic ca vârstă. Puritatea lichidului este extrem de importantă aici; acesta trebuie să fie mai curat decât pentru transfuzii de sânge, chiar și cele mai mici impurități pot duce la consecințe grave.

Cât de gravă poate fi sindromul nervos al hipertensiunii arteriale?

La centrul hiperbaric al Marinei din orașul Lomonosov, unde am lucrat din 1979, acest efect a fost studiat timp de mulți ani împreună cu institutele Academiei de Științe. Am încercat medicamente și am adăugat gaze inerte în amestecul de respirație. Ambele au ajutat la ameliorarea manifestărilor AINS. Vom afla ce se va întâmpla la adâncimi super-mare atunci când o persoană se apropie de ei. Nu putem transfera complet experimentele pe animale, chiar și pe maimuțe, către oameni.

De ce ar avea nevoie submarinerii chiar de tehnologie de respirație lichidă? Nu este mai ușor să faci mijloace de evadare cu o respirație normală?

Este dificil să salvați submarinerii - în momentul unui accident este posibil să nu existe lumină sau căldură pe barcă, aproape întotdeauna există apă în compartimentul de urgență și, adesea, singura modalitate de salvare este ascensiunea liberă. Una dintre opțiunile de salvare este că submarinerii în costume speciale de scafandru se adună într-un singur compartiment, care este inundat, apoi plutesc la suprafață printr-o trapă. În practică, acest lucru funcționează doar la o adâncime foarte mică, deoarece atunci când presiunea din compartiment crește, azotul începe să se dizolve intens în sânge și apoi, la urcare, bulele de azot sunt eliberate înapoi în vasele de sânge, în țesuturi apar multe bule de azot, care înfundă vasele de sânge, ceea ce poate duce la consecințe fatale. Aceasta se numește boala de decompresie. Poate fi prevenit doar prin menținerea unui program de urcare foarte lung în apă sau într-o cameră de presiune, ceea ce este pur și simplu imposibil în condiții de accident, temperatură mortală scăzută a apei și lipsă de oxigen.

Prin urmare, perioada de creștere a presiunii în compartiment ar trebui să fie cât mai scurtă - zeci de secunde, instrucțiunile permit chiar ruperea timpanelor în acest caz, deoarece boala de decompresie este mult mai periculoasă. Chiar și în timpul exercițiilor submariniste, când se antrenează pentru ascensiune liberă, oameni mor, așa cum mi-au raportat ofițerii marinei olandeze la sediul NATO din Bruxelles.

Și în cazul unui accident grav la adâncime, ca în cazul Kursk, de exemplu, doar o persoană poate avea șanse de salvare, restul pur și simplu nu va avea timp; Prin urmare, cel mai probabil, submarinerii vor aștepta salvarea din exterior. Așteptați până la moarte dacă adâncimea este mai mare de 200 de metri.

Când utilizați respirația lichidă, situația arată complet diferită. Echipajul își îmbracă un aparat de respirat lichid, îl pornește și apoi se ridică, plutind la suprafață într-un costum de salvare. Nu există azot în lichidul de respirație, nu diferenta semnificativa presiunea dintre plămâni și mediu extern, deci nu există riscul de boală de decompresie. Acest lucru nu înseamnă că toate problemele de salvare a oamenilor pe mare vor fi rezolvate, dar una dintre ele va fi rezolvată - ascensiunea la suprafață.

Dar un astfel de dispozitiv trebuie să fie extrem de complex: trebuie să aibă sisteme de pompare a lichidului, sisteme de saturare cu oxigen și de îndepărtare a dioxidului de carbon din acesta, încălzire a lichidului și multe altele. Este chiar posibil să folosiți un dispozitiv atât de complex și nesigur în caz de urgență? Cât de realist este să-l construiești?

În ceea ce privește aparatul mecanic de ventilație forțată, americanii au realizat un aparat de respirat lichid de mărimea unui dulap. A trebuit să-l fac de mărimea unui „diplomat” pentru lucrări. Pur și simplu nu a fost posibil să-l duc cu mașina în călătorii de afaceri. În experimentele cu respirația lichidă a câinilor în urmă cu treizeci de ani, aparatul nostru a dublat adâncimea de lucru specificată - 700 de metri în loc de 350 de metri. A fost un succes. Dacă oamenii inteligenți înțeleg bine, se pot face multe.

Când efectuăm respirație lichidă forțată pe termen lung cu un aparat de scafandru de salvare, atunci, de exemplu, acesta trebuie să aibă un sistem de încălzire a lichidului și senzori de saturație de oxigen cu perfluorocarbon de precizie. La fel ca respiratoarele, cu triplă redundanță. Și totuși, nu văd nicio problemă pentru a face dispozitivul suficient de compact.

Cred că este posibil să se realizeze un dispozitiv simplu pentru submarini, cu toate acestea, necesită multă experiență și talent, precum și condiții limită pentru utilizare din partea clientului. Ținând cont de faptul că această metodă nu rezolvă toate problemele dintr-un accident cu barca. Nu este magie.

Problema utilizării este o chestiune de pregătire a submarinarilor de către profesioniști. Trecerea la respirația lichidă nu este ușoară, dar această operație poate fi practicată. Institutul de Pneumologie efectuează în mod regulat proceduri de umplere și spălare a plămânilor cu lichid - este vital pentru pacienții cu proteinoză alveolară. Fără aceasta, ei nu pot trăi mai departe. Și această procedură nu se efectuează întotdeauna sub anestezie generală, uneori, din cauza pericolului pentru pacient;

În cele din urmă, când aveam o cerință ca o persoană să meargă în spațiu, cel mai complex costum spațial Berkut a fost realizat super rapid - în nouă luni, iar Leonov l-a testat în zbor. Bunicii noștri au făcut-o, putem și noi, dacă încercăm!

Care este stadiul actual al acestei cercetări?

Aceasta nu este o întrebare ușoară. Acum, în proiectul Terek-1, am repetat rezultatele anului 1988, când, la solicitarea Marinei URSS, împreună cu Institutul de Cercetare pentru Tehnologii de Salvare și Subacvatice, am efectuat o serie de experimente la Olifa MZ R&D cu câini în camere de presiune în condiții hiperbare și în laborator în condiții normale. Nu mi-a fost greu să-mi repet propriul rezultat, ci pentru colegii din FPI și secțiile lor de la Institutul de Medicină a Muncii și Sevastopol institut de stat trebuia să învăț. Și există un rezultat.

În timp ce în versiune simplă: fără cameră video de jos și senzori pentru monitorizarea stării câinelui, la presiune normală, în câteva minute. În astfel de condiții, este dificil să vezi lichidul respirând singur.

Dacă vorbim despre rezultate științifice experiență publică, atunci nu pot fi colectate aici: imediat după experiment, transportul animalului cu avionul la Moscova sau luarea lui acasă - toate acestea vor afecta cu siguranță indicatorii de sănătate. Rezultatele vor fi distorsionate. Acest lucru este permis numai pentru experimente pilot, de încercare sau în absența finanțării. Este foarte important să păstrați animalul după reabilitare la normal în condiții standard. Este necesar să se monitorizeze starea lui zilnic timp de câțiva ani și să planifice o secțiune de animale de experiment, uneori ani mai târziu.

Știu bine că acum există o mulțime de probleme cu animalele de experiment, așa că atunci când am planificat tema Terek-1 în 2016, am cerut construirea urgentă a unui vivarium pentru animale în Sevastopol și crearea de locuri pentru reședința lor pe tot parcursul vieții sub supraveghere. a medicilor veterinari după experimente extreme de adâncime. Sper că vom vedea un vivarium exemplar, deoarece o astfel de experiență a fost arătată străinilor.

Cât de curând ne putem aștepta la experimente pe oameni în Rusia?

Un experiment pilot cu voluntari sănătoși și conștienți ar putea fi efectuat în trei luni. De 30 de ani am dezvoltat propria mea metodă de respirație lichidă independentă. Da, trebuie să existe o echipă bine coordonată de specialiști cu înaltă calificare. Pentru de multi ani Am reușit să lucrez cu mulți oameni. S-a format o echipă de cercetători medicali pregătiți pentru experimente unice. Nu mai sunt necesare teste de voluntariat cu personalul militar, deoarece nu există legislație corespunzătoare. În Rusia, ei testează medicamente și dispozitive medicale (în mare parte occidentale) pe civili, dar Fundația pentru Cercetare Avansată nu are permisiunile necesare pentru a efectua astfel de studii, liderul lor în subiectul Terek-1 - Institutul de Medicină Ocupațională din Moscova - este problematică în comparație cu alte organizații. În 2014–2015 (înainte de testele mele pe mare), experții lor au negat posibilitatea unei respirații lichide independente de succes a animalelor mari, pe baza experienței lor cu animale în subiectul din 2008.

Nu pot spune când acest lucru poate fi implementat de un grup străin și este puțin probabil ca cineva să reușească. Suedezii și americanii au spus direct: „Suntem după tine”.

Sunt mândru de acest lucru și, de asemenea, de faptul că am păstrat și transferat tehnologie inovatoare în țara noastră timp de 25 de ani. Există neajunsuri și dificultăți, dar putem spune că subiectul respirației lichide a primit sprijin în Rusia și va continua să se dezvolte.

Intervievat de Ilya Ferapontov

Acesta este probabil deja un clișeu în science-fiction: o anumită substanță vâscoasă intră foarte repede într-un costum sau o capsulă, iar personajul principal descoperă brusc cât de repede pierde aerul rămas din proprii plămâni, iar interiorul său este umplut cu un lichid neobișnuit de o nuanta variind de la limfa la sange . În cele din urmă, chiar intră în panică, dar ia câteva înghițituri instinctive, sau mai degrabă oftă și este surprins să descopere că poate respira acest amestec exotic de parcă ar respira aer obișnuit.

Suntem atât de departe de a realiza ideea de respirație lichidă? Este posibil să respirați un amestec lichid și există o nevoie reală de acest lucru?
Există trei moduri promițătoare de a utiliza această tehnologie: medicina, scufundările la adâncimi mari și astronautica.

Presiunea asupra corpului scafandrului crește cu fiecare zece metri pe atmosferă. Datorită unei scăderi accentuate a presiunii, poate începe boala de decompresie, în care manifestările gazelor dizolvate în sânge încep să fiarbă în bule. De asemenea, cu hipertensiune arterială, sunt posibile intoxicații cu oxigen și azot narcotic. Toate acestea sunt combatete prin utilizarea amestecurilor speciale pentru respirație, dar ele nu oferă nicio garanție, ci doar reduc probabilitatea unor consecințe neplăcute. Desigur, puteți folosi costume de scafandru care mențin presiunea asupra corpului scafandrului și a amestecului său de respirație la exact o atmosferă, dar acestea, la rândul lor, sunt mari, voluminoase, îngreunează mișcarea și sunt, de asemenea, foarte scumpe.

Respirația lichidă ar putea oferi o a treia soluție la această problemă, menținând în același timp mobilitatea costumelor flexibile și riscurile scăzute ale costumelor rigide sub presiune. Lichidul de respirație, spre deosebire de amestecurile costisitoare de respirație, nu saturează corpul cu heliu sau azot, deci nu este nevoie și de decompresie lentă pentru a evita boala de decompresie.

În medicină, respirația lichidă poate fi utilizată în tratamentul bebelușilor prematuri pentru a evita deteriorarea bronhiilor subdezvoltate ale plămânilor prin presiunea, volumul și concentrația de oxigen a aerului de la dispozitivele de ventilație pulmonară artificială. Selecția și testarea diferitelor amestecuri pentru a asigura supraviețuirea unui făt prematur a început deja în anii 90. Este posibil să utilizați un amestec lichid pentru opriri complete sau dificultăți parțiale de respirație.

Zborul spațial implică suprasarcini mari, iar fluidele distribuie presiunea uniform. Dacă o persoană este scufundată într-un lichid, atunci în timpul supraîncărcării presiunea va ajunge la întregul corp și nu la suporturi specifice (spatare scaune, centuri de siguranță). Acest principiu a fost folosit pentru a crea costumul de supraîncărcare Libelle, care este un costum spațial rigid umplut cu apă, care permite pilotului să își mențină conștiința și performanța chiar și la supraîncărcări de peste 10 g.

Această metodă este limitată de diferența dintre densitățile țesuturilor corpului uman și lichidul de imersie utilizat, astfel încât limita este de 15-20 g. Dar puteți merge mai departe și puteți umple plămânii cu un lichid cu densitate apropiată de apă. Un astronaut complet scufundat în lichid și care respiră lichid va simți relativ puțin efectele forțelor g extrem de mari, deoarece forțele din lichid sunt distribuite uniform în toate direcțiile, dar efectul se va datora în continuare densităților diferite ale țesuturilor. corpul lui. Limita va rămâne în continuare, dar va fi mare.

Primele experimente privind respirația lichidă au fost efectuate în anii 1960 pe șoareci și șobolani de laborator care au fost forțați să inhaleze o soluție salină cu un conținut ridicat de oxigen dizolvat. Acest amestec primitiv a permis animalelor să supraviețuiască pentru o anumită perioadă de timp, dar nu a putut elimina dioxidul de carbon, astfel încât plămânii animalelor au fost deteriorați iremediabil.

Mai târziu, s-a început lucrul cu perfluorocarburi, iar primele lor rezultate au fost mult mai bune decât rezultatele experimentelor cu soluție salină. Perfluorocarburile sunt substanțe organice în care toți atomii de hidrogen sunt înlocuiți cu atomi de fluor. Compușii perfluorocarbonici au capacitatea de a dizolva atât oxigenul, cât și dioxidul de carbon, sunt foarte inerți, incolori, transparenți, nu pot deteriora țesutul pulmonar și nu sunt absorbiți de organism.

De atunci, fluidele respiratorii au fost îmbunătățite, cea mai avansată soluție în acest moment se numește perflubron sau „Liquivent” (denumire comercială). Acest lichid transparent asemănător uleiului, cu o densitate de două ori mai mare decât cea a apei, are multe proprietăți utile: poate transporta de două ori mai mult oxigen decât aerul obișnuit, are un punct de fierbere scăzut, astfel încât după utilizare este îndepărtat în cele din urmă din plămâni prin evaporare. Sub influența acestui lichid, alveolele se deschid mai bine, iar substanța are acces la conținutul lor, acest lucru îmbunătățește schimbul de gaze.

Plămânii se pot umple complet cu lichid, acest lucru va necesita un oxigenator cu membrană, un element de încălzire și ventilație forțată. Dar în practica clinică, cel mai adesea nu fac acest lucru, ci folosesc respirația lichidă în combinație cu ventilația convențională cu gaz, umplând plămânii cu perflubron doar parțial, aproximativ 40% din volumul total.

Încă din filmul The Abyss, 1989

Ce ne împiedică să folosim respirația lichidă? Lichidul de respirație este vâscos și nu elimină bine dioxidul de carbon, așa că va fi necesară ventilația forțată. Pentru a elimina dioxidul de carbon de la o persoană medie care cântărește 70 de kilograme, va fi necesar un debit de 5 litri pe minut sau mai mult, iar acest lucru este mult având în vedere vâscozitatea ridicată a lichidelor. Cu efort fizic, cantitatea de debit necesar va crește doar și este puțin probabil ca o persoană să poată mișca 10 litri de lichid pe minut. Plămânii noștri pur și simplu nu sunt proiectați să respire lichid și nu sunt capabili să pompeze ei înșiși astfel de volume.

Utilizarea caracteristicilor pozitive ale fluidului de respirație în aviație și astronautică poate rămâne pentru totdeauna un vis - lichidul din plămâni pentru un costum de protecție la suprasarcină trebuie să aibă densitatea apei, iar perflubronul este de două ori mai greu decât acesta.

Da, plămânii noștri sunt capabili din punct de vedere tehnic să „respire” un anumit amestec bogat în oxigen, dar, din păcate, până acum nu putem face asta decât pentru câteva minute, deoarece plămânii noștri nu sunt suficient de puternici pentru a circula amestecul respirator pentru perioade lungi de timp. timp. Situația se poate schimba în viitor, nu rămâne decât să ne îndreptăm speranțele către cercetătorii din acest domeniu.