Respira lichid: oamenii de știință ruși au făcut din SF o realitate. Detalii film

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.

Respirație lichidă ar putea oferi o a treia soluție la această problemă, menținând în același timp mobilitatea costumelor elastice și riscurile scăzute ale costumelor rigide. 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 dispozitivelor de aer. 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 poți merge mai departe și poți 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 dioxid de carbon Prin urmare, plămânii animalelor au fost cauzate daune ireparabile.

Mai târziu, au început lucrările cu perfluorocarburi, iar primele lor rezultate au fost departe rezultate mai bune experimente 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, 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. Alveolele, sub influența acestui lichid, 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 respirația 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 veți avea nevoie ventilație forțată plămânii. Pentru a elimina dioxidul 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.

Sistemul de respirație lichid dezvoltat de Fundația pentru Cercetare Avansată (APF) va ajuta submarinații să se ridice rapid la suprafață fără boală de decompresie. Robotul antropomorf Fedor va participa la testarea unei noi nave spațiale rusești și poate ajuta Rosatom în eliminarea deșeurilor nucleare. Un submersibil de adâncime extremă va fi testat la fundul șanțului Marianei. Vitaly Davydov, președintele consiliului științific și tehnic al fundației, a povestit Izvestiei despre proiectele Fondului.

- Câte proiecte a implementat fundația și pe care dintre ele ați evidenția în mod special?

Avem aproximativ 50 de proiecte în diferite stadii de implementare. Alte 25 au fost finalizate. Rezultatele obtinute sunt transferate sau transferate catre clienti. Au fost creați demonstratori de tehnologie, s-au obținut aproximativ 400 de rezultate ale activității intelectuale. Gama de subiecte variază de la scufundări până la fundul șanțului Marianei până la spațiu.

Din proiecte finalizate Se pot aminti, de exemplu, testele unui motor de detonare a rachetei efectuate cu succes anul trecut împreună cu întreprinderea lider în producția de motoare rachete NPO Energomash. În același timp, pentru prima dată în lume, fundația a primit un mod de funcționare stabil pentru un demonstrator al unui motor de detonare cu aer respirator. Dacă primul este pentru tehnologie spațială, apoi al doilea este pentru aviație. Aeronavele hipersonice care folosesc astfel de sisteme se vor confrunta cu multe probleme. De exemplu, cu temperaturi ridicate. Fundația a găsit o soluție la aceste probleme folosind efectul emisiei termice - conversia energiei termice în energie electrică. De fapt, primim energie electrică pentru a alimenta sistemele dispozitivului și, în același timp, pentru a răci elementele corpului aeronavei și motorul.

- Una dintre cele mai multe proiecte celebre Fonda este robotul Fedor. S-a finalizat crearea lui?

– Da, lucrările la Fedor au fost finalizate. Rezultatele sunt acum transferate Ministerului Situațiilor de Urgență. Mai mult, s-a dovedit că au fost de interes nu numai pentru Ministerul Situațiilor de Urgență, ci și pentru alte ministere, precum și pentru corporațiile de stat. Mulți au auzit probabil că tehnologiile lui Fedor vor fi folosite de Roscosmos pentru a crea un robot de testare care va zbura pe un nou echipament rusesc nava spatiala"Federaţie". Rosatom a arătat un mare interes pentru robot. Are nevoie de tehnologii care să ofere capacitatea de a lucra în condiții periculoase pentru oameni. De exemplu, la eliminarea deșeurilor nucleare.

- Este posibil să folosiți Fedor pentru a salva echipajele submarinelor și a examina navele scufundate?

Tehnologiile obținute în timpul creării Fedor pot fi utilizate în diverse scopuri. Fundația implementează o serie de proiecte legate de subacvatic vehicule nelocuite. Și, în principiu, tehnologiile robotilor antropomorfi pot fi integrate în ele. În special, prevede crearea vehicul subacvatic pentru lucrul la adâncimi extreme. Intenționăm să-l testăm în șanțul Marianelor. În același timp, nu doar se scufundă până la fund, ca predecesorii noștri, ci oferă capacitatea de a se deplasa în zona de jos și de a conduce cercetarea stiintifica. Nimeni nu a mai făcut asta până acum.

În SUA, este în curs de dezvoltare un robot cu patru picioare pentru transportul mărfurilor, BigDog. Au loc evoluții similare la Fond?

În ceea ce privește platformele de mers pentru transportul mărfurilor sau muniției, fundația nu efectuează astfel de lucrări. Dar unele organizații cu care cooperăm s-au angajat în mod proactiv în evoluții similare. Întrebarea dacă un astfel de robot este necesar pe câmpul de luptă rămâne deschisă. În cele mai multe cazuri, este mai profitabil să folosiți vehicule pe roți sau pe șenile.

- Ce platforme robotizate se creează la FPI, în afară de Fedor?

Dezvoltăm o întreagă gamă de platforme în diverse scopuri. Aceștia sunt roboți de sol, aer și mare. Efectuează recunoaștere, transport de marfă și, de asemenea, capabil să conducă luptă. Unul dintre domeniile de lucru din acest domeniu este determinarea aspectului și metodelor de testare de utilizare a dronelor, inclusiv a celor de grup. Cred că dacă totul va continua în același ritm, în viitorul apropiat va avea loc o extindere semnificativă a utilizării dronelor, inclusiv pentru misiunile de luptă.

- FPI dezvoltă un satelit atmosferic „Sova” - o aeronavă electrică mare. Cum merg încercările lui?

-Testarea demonstratorului de vehicule aeriene fără pilot Sova a fost finalizată. Un zbor lung a avut loc la o altitudine de aproximativ 20 de mii de metri, din păcate, dispozitivul a căzut într-o zonă de turbulențe severe și a fost grav avariat. Dar până atunci primisem deja toate datele necesare, eram convinși atât de promisiunea direcției de cercetare în sine, cât și de corectitudinea celor aleși. solutii constructive . Experiența dobândită va fi folosită pentru a crea și testa un dispozitiv full-size.

Întreprinderea „Roscosmos” NPO numită după. Lavochkina realizează o dezvoltare similară - creând un satelit atmosferic „Aist”. Urmăriți evoluțiile concurenților dvs.?

Suntem la curent cu aceste lucrări și păstrăm legătura cu dezvoltatorii Aist. Nu este vorba despre competiție, ci despre complementaritatea reciprocă.

Pot fi folosite astfel de dispozitive în zona arctică, unde nu există comunicații și infrastructură pentru decolări și aterizări frecvente?

Trebuie avut în vedere că primăvara și toamna, și cu atât mai mult în timpul nopții polare, „satelitul atmosferic” pur și simplu nu poate primi energia necesară pentru a încărca bateriile. Acest lucru îi limitează utilizarea.

Recent, tehnologiile de respirație lichidă au fost demonstrate publicului - scufundarea unui teckel într-un lichid special saturat cu oxigen. Manifestația de „înec” a stârnit un val de proteste. Lucrările în această direcție vor continua după aceasta?

-Lucrările privind respirația lichidă continuă. Pe baza dezvoltării noastre, mii de vieți pot fi salvate. Și nu vorbim doar despre submarini, care, datorită respirației lichide, vor putea să se ridice rapid la suprafață fără consecințe sub formă de boală de decompresie. Există o serie de boli pulmonare și leziuni care pot fi tratate cu succes prin respirație lichidă. Există perspective interesante pentru utilizarea tehnologiei de respirație lichidă pentru a răci rapid corpul atunci când este necesară încetinirea proceselor care au loc în acesta. Acum acest lucru se face prin răcire externă sau prin injectarea unei soluții speciale în sânge. Puteți face același lucru, dar mai eficient, umplându-vă plămânii cu un amestec de respirație răcit.

Șeful laboratorului FPI pentru crearea respirației lichide, Anton Tonshin, cu un teckel pe nume Nicholas, cu ajutorul căruia oamenii de știință de la Fundația pentru Cercetare Avansată (FPI) au studiat posibilitățile respirației lichide

Trebuie remarcat faptul că nu există niciun rău pentru sănătatea animalelor care participă la aceste experimente. Toți „experimentatorii” sunt în viață. Unele dintre ele sunt păstrate într-un laborator unde este monitorizată starea lor. Mulți au devenit animale de companie ale angajaților, dar starea acestora este monitorizată periodic și de specialiștii noștri. Rezultatele observației indică absența consecințe negative respirație lichidă. Tehnologia a fost dovedită și am trecut la crearea de dispozitive speciale pentru implementarea ei practică.

- Când veți trece la cercetarea respirației lichide la oameni?

Teoretic, suntem pregătiți pentru astfel de experimente, dar pentru a le începe este necesar cel puțin să creăm și să testăm echipamentul corespunzător.

La un moment dat, FPI a dezvoltat o platformă software pentru proiectare diverse echipamente, conceput pentru a înlocui software-ul străin. Este folosit undeva?

Lucrați pentru a crea un mediu unificat pentru ingineria rusă software„Herbarul” este cu adevărat finalizat. Acum este luată în considerare problema utilizării sale în Rosatom și Roscosmos - pentru proiectarea de mostre promițătoare de produse din industria nucleară, precum și pentru tehnologia rachetelor și spațiale.

- Funcționează fondul în domeniul tehnologiilor de realitate augmentată?

-Da, fondul efectuează astfel de lucrări - în special, împreună cu KamAZ. Unul dintre laboratoarele noastre a creat un prototip de ochelari de realitate augmentată care asigură controlul asupra asamblarii componentelor unei mașini. Programul vă spune ce parte trebuie să luați și unde să o instalați. Dacă operatorul întreprinde o acțiune incorectă, cum ar fi retragerea de la ordinea stabilită asamblarea produsului sau instalează incorect elementele acestuia, sunete notificare sonoră despre un pas incorect și informații despre eroare sunt afișate pe ochelari.În acest caz, se înregistrează faptul acțiunilor incorecte sau chiar încercarea acestora revista electronica. Ca urmare, trebuie creat un sistem care să elimine posibilitatea asamblarii incorecte. Pe viitor, ne propunem să dezvoltăm acest sistem în direcția miniaturizării și să înlocuim ochelarii cu dispozitive mai avansate.

Perspectivele pentru tehnologia de calcul sunt acum asociate cu dezvoltarea computerelor cuantice și cu securitatea informațiilor cu criptografia cuantică. FPI dezvoltă aceste domenii?

Fundația este implicată în probleme legate de calculul cuantic și crearea bazei de elemente corespunzătoare. Referitor la comunicare cuantică, toată lumea ascultă experiențele colegilor chinezi. Dar nu stăm pe loc.

În toamna lui 2016, FPI și Rostelecom au furnizat transmisie cuantică a informațiilor prin cablu de fibră optică între Noginsk și Pavlovsky Posad. Experimentul a avut succes. Astăzi poți vorbi deja la un telefon cuantic. Caracteristică importantă transmiterea cuantică a informaţiei este imposibilitatea interceptării acesteia.

În timpul experimentului menționat, comunicarea cuantică a fost asigurată la o distanță de aproximativ 30 km. Din punct de vedere tehnic, nu există probleme în implementarea lui la o gamă mai mare. Ne pregătim să desfășurăm o sesiune de comunicare printr-un canal atmosferic. Explorăm posibilitatea unui experiment privind comunicarea cuantică din spațiu folosind potențialul Stației Spațiale Internaționale.

„Nu totul este la fel de simplu precum a fost prezentat astăzi. Sărmanul câine.” Cu aceste cuvinte, experții comentează experimentul demonstrat de Dmitri Rogozin președintelui Serbiei ca exemplu al ultimelor evoluții științifice din Rusia: câinele a putut să respire nu aer, ci lichid. Ce este această tehnologie și poate ajuta armata rusă?

În cadrul unei întâlniri la Moscova cu președintele sârb Aleksandar Vucic, marți, viceprim-ministrul Dmitri Rogozin a prezentat o serie de noi evoluții Fundația Rusă cercetare avansată (PRI). Rogozin a remarcat că oaspetele sârb ar putea fi dus la unele uriașe întreprindere industrială, dar este mult mai interesant să „arătăm chiar mâine unde ne străduim”. Punctul culminant al programului a fost proiectul unic de respirație lichidă, care a fost demonstrat public pentru prima dată.

După cum a explicat managerul de proiect, doctorul naval Fiodor Arseniev, sarcina acestei invenții este de a salva echipajul unui submarin pe moarte. După cum știți, de la o adâncime sub 100 de metri este imposibil să vă ridicați rapid la suprafață din cauza bolii de decompresie. Pentru a evita acest lucru, va fi posibil să puneți pe un submarin un dispozitiv cu „lichid fără azot”, după cum a raportat TASS. În acest caz, plămânii unei persoane nu se vor comprima, ceea ce îi va permite să se ridice rapid la suprafață și să scape.

În fața președintelui sârb, un câine teckel a fost pus într-un rezervor special cu lichid. În câteva minute, s-a confortabil și a început să „respire” lichidul singură. Ulterior, personalul laboratorului a scos câinele din rezervor, l-a uscat cu un prosop, iar președintele sârb a putut verifica personal că câinele este în regulă. Vucic a mangaiat cainele si a recunoscut ca a fost foarte impresionat.

Visul unui „om amfibie”

„Respirația lichidă ca tehnologie medicală implică ventilarea plămânilor nu cu aer, ci cu lichid saturat de oxigen. În cadrul proiectului, este în curs de rezolvare sarcina științifică de a studia particularitățile influenței diferitelor substanțe purtătoare de oxigen asupra schimbului de gaze și a altor funcții ale celulelor, țesuturilor și organelor mamiferelor”, a declarat departamentul de relații publice al Fundației pentru Advanced Research (APF) a declarat pentru ziarul VZGLYAD.

Una dintre direcții este formarea fundamentelor medicale și biologice ale tehnologiei de auto-evacuare a submarinatorilor de la adâncimi mari până la suprafață, a remarcat Fondul, dar tehnologia poate avansa în general în mod semnificativ explorarea umană a adâncurilor mari și oceanice neexplorate anterior. Se afirmă că această dezvoltare va fi necesar și în medicină - de exemplu, va ajuta copiii prematuri sau persoanele care au suferit arsuri respiratorii, va găsi aplicațieîn tratamentul bolilor bronho-obstructive, infecțioase și a altor boli grave.

Trebuie menționat că respirația lichidă la prima vedere pare o invenție fantastică, dar de fapt are o bază 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 bine oxigenul și dioxidul de carbon.

„Respirația lichidă” a fost mult timp o fixare pentru oamenii de știință din întreaga lume. Dispozitivul „omfibie” este capabil să salveze scafandrii și submarinerii, iar în viitor va fi util în zborurile spațiale pe termen lung. Dezvoltarea a fost realizată în anii 1970-1980 în URSS și SUA, au fost efectuate experimente pe animale, dar nu s-a obținut un mare succes.

Membru corespondent al Academiei Ruse de Științe ale Naturii, Candidatul de Științe Medicale Andrey Filippenko, care pentru o lungă perioadă de timp lucrează la un proiect de respirație lichidă, el a recunoscut anterior pentru ziarul „Top Secret” că aproape nimic nu se poate spune despre evoluții din cauza secretului lor. Dar tragedia submarinului Kursk a arătat că mijloacele de salvare de urgență a echipajelor sunt iremediabil depășite și au nevoie de o modernizare urgentă.

Să ne amintim că mai devreme a fost raportat despre alte proiecte îndrăznețe ale Fondului, în special, acesta este un „constructor” pentru crearea unei aeronave a viitorului.

Ar trebui să existe o cameră de urgență la etaj

„Tehnologia a fost perfecționată de zeci de ani, dar acest lucru necesită oameni foarte bine pregătiți. Când acest lichid este turnat în plămânii unei persoane, instinctul de autoconservare va fi declanșat automat, spasmele blochează gâtul, iar corpul rezistă cu toată puterea. Acest lucru se face de obicei sub supraveghere medicală. La oameni, astfel de experimente au fost efectuate în cazuri izolate, dar în cea mai mare parte au fost testate pe animale”, a explicat șeful Comitetului din cadrul Guvernului Federației Ruse pentru lucrări subacvatice în scopuri speciale în 1992-1994, doctor în științe tehnice, Profesor, viceamiralul Tengiz, la ziarul VZGLYAD Borisov.

„De regulă, un tub special este introdus în laringe, cu ajutorul căruia plămânii sunt umpluți încet cu acest lichid”, a spus Borisov, adăugând:

– În același timp, organismul rezistă în toate felurile posibile, avem nevoie de medicamente care blochează spasmele, avem nevoie de anestezice. Nu totul este la fel de simplu precum a fost prezentat astăzi. Sărmanul câine.”

„Dacă o persoană iese dintr-un submarin, va evita într-adevăr boala de decompresie, dar, în orice caz, submarinerii nu se vor putea salva. Aveți nevoie de: a) oameni excepțional de competenți pe submarin, b) în vârf ar trebui să existe, aproximativ vorbind, o echipă de resuscitare în așteptare, care va pompa acest lichid dintr-o persoană și o va obliga să respire. în mod obişnuit„, a adăugat expertul.

„Cred că în medicină această tehnologie este mult mai ușor de implementat și aplicat într-un cadru spitalicesc, când sunt specialiști în apropiere și număr mare echipamentul necesar. Dar salvarea echipajului unui submarin scufundat folosind astfel de metode în viitorul apropiat este extrem de puțin probabilă”, a concluzionat Borisov.

Cercetarea științifică nu se oprește nici măcar pentru o zi, progresul continuă, oferind omenirii din ce în ce mai multe noi descoperiri. Sute de oameni de știință și asistenții lor lucrează în domeniul studierii ființelor vii și al sintetizării unor substanțe neobișnuite. Departamente întregi efectuează experimente pentru a testa diverse teorii, iar uneori descoperirile uimesc imaginația - la urma urmei, ceea ce se poate doar visa poate deveni realitate. Ei dezvoltă idei și întrebări despre înghețarea unei persoane într-o criocamera și apoi dezghețarea acesteia după un secol sau despre posibilitatea de a respira lichide nu sunt doar un complot fantastic pentru ei. Munca lor grea poate transforma aceste fantezii în realitate.

Oamenii de știință au fost de mult preocupați de întrebarea: poate o persoană să respire lichid?

Are o persoană nevoie de respirație lichidă?

Nu pregătesc efort, nici timp, nu numerar pentru o astfel de cercetare. Și una dintre aceste întrebări care a îngrijorat mințile cele mai luminate de zeci de ani este următoarea - este posibilă respirația lichidă pentru oameni? Vor fi plămânii capabili să absoarbă oxigenul nu dintr-un lichid special? Pentru cei care se îndoiesc de necesitatea reală a acestui tip de respirație, putem cita cel puțin 3 direcții promițătoare, unde va servi bine unei persoane. Dacă, desigur, o pot implementa.

• Prima direcție este scufundarea la adâncimi mari. După cum știți, atunci când se scufundă, un scafandru experimentează presiune mediu acvatic, care este de 800 de ori mai dens decât aerul. Și crește cu 1 atmosferă la fiecare 10 metri de adâncime. O astfel de creștere bruscă a presiunii este plină de un efect foarte neplăcut - gazele dizolvate în sânge încep să fiarbă sub formă de bule. Acest fenomen se numește „boala caisson” îi afectează adesea pe cei care sunt implicați activ în sport. De asemenea, în timpul înotului la adâncime, există riscul de intoxicație cu oxigen sau azot, deoarece în astfel de condiții aceste gaze vitale devin foarte toxice. Pentru a combate cumva acest lucru, ei folosesc fie amestecuri speciale de respirație, fie costume spațiale dure care mențin o presiune de 1 atmosferă în interior. Dar dacă respirația lichidă ar fi posibilă, ar fi a treia, cea mai ușoară soluție la problemă, deoarece respirația lichidă nu saturează corpul cu azot și gaze inerte și nu este nevoie de o decompresie lungă.
• A doua modalitate de aplicare este medicina. Utilizarea fluidelor de respirație în el ar putea salva viețile bebelușilor prematuri, deoarece bronhiile lor sunt subdezvoltate și dispozitivele de ventilație pulmonară artificială le pot deteriora cu ușurință. După cum se știe, în uter plămânii embrionului sunt umpluți cu lichid și, în momentul nașterii, acumulează surfactant pulmonar - un amestec de substanțe care împiedică țesuturile să se lipească împreună atunci când respiră aer. Dar la o naștere prematură, respirația necesită prea mult efort din partea bebelușului și acest lucru poate duce la moarte.

Există un precedent istoric pentru utilizarea metodei de ventilație lichidă totală a plămânilor și datează din 1989. A fost folosit de T. Shaffer, care a lucrat ca medic pediatru la Temple University (SUA), salvând prematurii de la moarte. Din păcate, încercarea nu a avut succes, trei pacienți mici nu au supraviețuit, dar merită menționat că decesele au fost cauzate de alte motive decât metoda de respirație lichidă în sine.

De atunci, nu au îndrăznit să ventileze complet plămânii unei persoane, dar în anii 90, pacienții cu inflamație severă au fost supuși unei ventilații lichide parțiale. În acest caz, plămânii sunt doar parțial umpluți. Din păcate, eficacitatea metodei a fost controversată, deoarece ventilația convențională a aerului nu a funcționat mai rău.

• Aplicații în astronautică. Cu nivelul actual de tehnologie, un astronaut în timpul zborului experimentează supraîncărcări care ajung la 10 g. După acest prag, este imposibil să se mențină nu numai capacitatea de lucru, ci și conștiința. Iar sarcina pe corp este neuniformă, iar la punctele de sprijin, care pot fi eliminate atunci când sunt scufundate în lichid, presiunea va fi distribuită în mod egal în toate punctele corpului. Acest principiu stă la baza designului costumului spațial rigid Libelle, umplut cu apă și permițând creșterea limitei la 15-20 g și chiar și atunci datorită densității limitate a țesutului uman. Și dacă nu numai că scufundați astronautul în lichid, ci și îi umpleți plămânii cu el, atunci îi va fi posibil să suporte cu ușurință suprasolicitari extreme cu mult peste marca de 20 g. Nu este infinit, desigur, dar pragul va fi foarte mare dacă este îndeplinită o condiție - lichidul din plămâni și din jurul corpului trebuie să fie egal ca densitate cu apa.

Originea și dezvoltarea respirației lichide

Primele experimente datează din anii 60 ai secolului trecut. Primii care au testat tehnologia emergentă a respirației lichide au fost șoarecii și șobolanii de laborator, forțați să respire nu cu aer, ci cu o soluție salină, care se afla sub o presiune de 160 de atmosfere. Și au respirat! Dar a existat o problemă care nu le-a permis să supraviețuiască într-un astfel de mediu pentru o perioadă lungă de timp - lichidul nu a permis eliminarea dioxidului de carbon.

Dar experimentele nu s-au oprit aici. Apoi, au început să efectueze cercetări asupra substanțelor organice ai căror atomi de hidrogen au fost înlocuiți cu atomi de fluor - așa-numitele perfluorocarburi. Rezultatele au fost mult mai bune decât cele ale lichidului antic și primitiv, deoarece perfluorocarbura este inertă, nu este absorbită de organism și dizolvă perfect oxigenul și hidrogenul. Dar era departe de perfecțiune și cercetările în această direcție au continuat.

Acum, cea mai bună realizare în acest domeniu este perflubron (nume comercial - „Liquivent”). Proprietățile acestui lichid sunt uimitoare:

1. Alveolele se deschid mai bine atunci când acest lichid intră în plămâni și schimbul de gaze se îmbunătățește.
2. Acest lichid poate transporta de 2 ori mai mult oxigen decât aerul.
3. Punctul de fierbere scăzut îi permite să fie îndepărtat din plămâni prin evaporare.

Dar plămânii noștri nu sunt proiectați pentru respirație complet lichidă. Dacă le umpleți complet cu perflubron, veți avea nevoie de un oxigenator cu membrană, un element de încălzire și ventilație. Și nu uitați că acest amestec este de 2 ori mai gros decât apa. Prin urmare, se folosește ventilația mixtă, în care plămânii sunt umpluți cu lichid doar cu 40%.

Dar de ce nu putem respira lichide? Acest lucru se datorează dioxidului de carbon, care este foarte slab îndepărtat într-un mediu lichid. O persoană care cântărește 70 kg trebuie să treacă prin sine 5 litri de amestec în fiecare minut, iar aceasta este într-o stare calmă. Prin urmare, deși plămânii noștri sunt capabili din punct de vedere tehnic să extragă oxigen din lichide, ei sunt prea slabi. Deci nu putem decât să sperăm în cercetări viitoare.

Apa este ca aerul

Pentru a anunța în sfârșit cu mândrie lumii - „Acum o persoană poate respira sub apă!” - Oamenii de știință au dezvoltat uneori dispozitive uimitoare. Așadar, în 1976, biochimiștii din America au creat un dispozitiv miraculos capabil să regenereze oxigenul din apă și să-l furnizeze unui scafandru. Cu o capacitate suficientă a bateriei, scafandrul ar putea rămâne și respira la adâncime aproape la nesfârșit.

Totul a început când oamenii de știință au început cercetările bazate pe faptul că hemoglobina furnizează aer la fel de bine atât din branhii, cât și din plămâni. Au folosit propriul sânge venos amestecat cu poliuretan - acesta a fost scufundat în apă și acest lichid a absorbit oxigen, care a fost dizolvat generos în apă. Apoi, sângele a fost înlocuit cu un material special și rezultatul a fost un dispozitiv care a acționat ca branhiile obișnuite ale oricărui pește. Soarta invenției este aceasta: o anumită companie a achiziționat-o, cheltuind 1 milion de dolari pe ea și de atunci nu s-a mai auzit nimic despre dispozitiv. Și, desigur, nu a ieșit la vânzare.

Dar nu asta este obiectivul principal oameni de știință. Visul lor nu este un dispozitiv de respirație, ei vor să învețe persoana însăși să respire lichid. Și încercările de a realiza acest vis nu au fost încă abandonate. Astfel, unul dintre institutele de cercetare ruse, de exemplu, a efectuat teste privind respirația lichidă pe un voluntar care avea o patologie congenitală - absența laringelui. Și asta însemna că pur și simplu nu a avut reacția corpului la lichid, în care cea mai mică picătură de apă pe bronhii este însoțită de compresia inelului faringian și sufocare. Deoarece pur și simplu nu avea acest mușchi, experimentul a avut succes. I s-a turnat un lichid în plămâni, pe care l-a amestecat pe tot parcursul experimentului folosind mișcări abdominale, după care a fost pompat calm și în siguranță. Este caracteristic că compoziția de sare a lichidului corespundea compoziției de sare a sângelui. Acest lucru poate fi considerat un succes, iar oamenii de știință susțin că vor găsi în curând o modalitate de respirație lichidă, accesibilă oamenilor fara patologii.

Deci mit sau realitate?

În ciuda persistenței omului, care dorește cu pasiune să cucerească toate habitatele posibile, natura însăși decide încă unde să trăiască. Din păcate, indiferent cât de mult timp s-ar petrece cercetării, indiferent câte milioane s-ar cheltui, este puțin probabil ca o persoană să fie destinată să respire atât sub apă, cât și pe uscat. Oamenii și viața marine, desigur, au multe în comun, dar există încă multe diferențe. Un om amfibien nu ar fi suportat condițiile oceanului, iar dacă ar fi reușit să se adapteze, drumul înapoi spre uscat i-ar fi fost închis. Și la fel ca scafandrii cu echipament de scuba, oamenii amfibii ieșeau la plajă în costume de apă. Și, prin urmare, indiferent ce spun entuziaștii, verdictul oamenilor de știință este încă ferm și dezamăgitor - viața umană pe termen lung sub apă este imposibilă, a merge împotriva Mamei Natură în acest sens este nerezonabilă și toate încercările de respirație lichidă sunt sortite eșecului.

Dar nu te descuraja. Deși fundul mării nu va deveni niciodată casa noastră, avem toate mecanismele corporale și capacitățile tehnice pentru a fi oaspeți frecvent acolo. Deci merită să fii trist pentru asta? La urma urmei, aceste medii au fost deja cucerite de om într-o anumită măsură, iar acum abisurile spațiului cosmic se află în fața lui.

Și deocamdată putem spune cu încredere că adâncurile oceanului vor deveni un loc de muncă minunat pentru noi. Dar persistența poate duce la o linie foarte fină de a respira efectiv sub apă, dacă lucrezi doar la rezolvarea acestei probleme. Și care va fi răspunsul la întrebarea dacă să schimbați civilizația terestră în subacvatică depinde doar de persoana însuși.

28 decembrie 2017

De când Fundația pentru Cercetare Avansată (APF) a aprobat proiectul de respirație lichidă în 2016, publicul a fost foarte interesat de succesul acestuia. O demonstrație recentă a capabilităților acestei tehnologii a făcut literalmente să arunce în aer Internetul. La o întâlnire între vicepremierul Dmitri Rogozin și președintele sârb Aleksandar Vucic, un teckel a fost scufundat timp de două minute într-un acvariu cu un lichid special saturat cu oxigen. După procedură, câinele, potrivit viceprim-ministrului, este în viață și sănătos.

Personal, desigur, nu înțeleg de ce mulțimile de oameni cărora le este milă de câine pe rețelele de socializare nu se grăbesc să apere, de exemplu, șoarecii și iepurii, care în general mor în loturi în instituții. De asemenea, este interesant că, de exemplu, ei consideră că Korolev este crud și lipsit de inimă - a donat mai mult de un câine în beneficiul umanității. Și aici, ah. Ei bine, bine, nu despre asta vorbim deloc.

Ce era acest lichid? Este posibil să respire lichid? Și cum merg lucrurile în acest domeniu al cercetării științifice?

Pentru a clarifica de ce descoperirea este numită o adevărată descoperire. La sfârșitul anilor 80, respirația 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 nereușite, 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 era 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 ventilația forțată a plămânilor era necesară pentru respirația prelungită. 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.

Respirație lichidă, ventilație lichidă a plămânilor - respirație cu ajutorul unui lichid care dizolvă bine oxigenul. Până în prezent, au fost efectuate doar experimente izolate cu astfel de tehnologii.

Respirația lichidă presupune umplerea plămânilor cu lichid saturat cu oxigen dizolvat, care pătrunde în sânge. Cele mai potrivite substanțe în acest scop sunt compușii perfluorocarbonici care dizolvă bine oxigenul și dioxidul de carbon, au tensiune superficială scăzută, sunt foarte inerți și nu sunt metabolizați în organism.

Ventilația lichidă parțială este în prezent în studii clinice pentru o varietate de tulburări respiratorii. Au fost dezvoltate mai multe metode de ventilație lichidă a plămânilor, inclusiv ventilația folosind vapori și aerosoli de perfluorocarburi.

Ventilația lichidă completă a plămânilor constă în umplerea completă a plămânilor cu lichid. Experimentele privind ventilația lichidă completă a plămânilor au fost efectuate pe animale în anii 1970 și 1980 în URSS și SUA. De exemplu, în 1975 la Institutul de Chirurgie Cardiovasculară numit după. A. N. Bakulev, profesorul F. F. Beloyartsev, pentru prima dată în țară, a lucrat la oxigenarea extrapulmonară pe termen lung folosind oxigenatoare cu fluorocarbon și la înlocuirea mediului gazos din plămâni cu perfluorocarburi lichide. Cu toate acestea, aceste experimente nu au părăsit încă această etapă. Acest lucru se datorează faptului că compușii studiați adecvați pentru ventilația lichidă a plămânilor au o serie de dezavantaje care limitează semnificativ aplicabilitatea acestora. În special, nu s-au găsit metode care să poată fi folosite mult timp.

Se presupune că respirația lichidă poate fi folosită în timpul scufundărilor la adâncime, al zborurilor în spațiu și ca unul dintre mijloacele în tratamentul complex al anumitor boli.

În Federația Rusă, Andrei Viktorovich Filippenko, un om de știință, medic, dezvoltator de tehnologie și inventator al aparatului de respirație lichidă, este implicat în experimente și dezvoltări în domeniul respirației lichide. Evoluțiile omului de știință sunt cunoscute atât în ​​Rusia, cât și în străinătate. Filippenko este un candidat actual al științelor medicale, specialist în respirație lichidă, fiziopatologie pulmonară, medicină restaurativă, testare farmacologică și dezvoltarea dispozitivelor medicale. A emis peste 20 de rapoarte științifice și tehnice și a publicat aproximativ 30 de articole științifice în limba rusă și presa străină. A vorbit la numeroase conferințe pe tema respirației lichide și a salvării submarine, inclusiv în Rusia, Germania, Belgia, Suedia, Marea Britanie și Spania. Are certificate de drepturi de autor pentru metoda de localizare ultrasonică a bulelor de gaz de decompresie etc. În 2014, Andrei Viktorovich Filippenko a încheiat un acord cu Fundația de Cercetare Avansată, lucru cu care a durat până în 2016.

„Oamenii de știință au sintetizat substanțe care nu există în natură - perfluorocarburi, în care forțele intermoleculare sunt atât de mici încât sunt considerate ceva intermediar între un lichid și un gaz. Ele dizolvă oxigenul de 18-20 de ori mai mult decât apa Științe medicale Evgeniy Mayevsky, profesor, șef al Laboratorului de Energie a Sistemelor Biologice de la Institutul de Biofizică Teoretică și Experimentală al Academiei Ruse de Științe, unul dintre creatorii perftoranului, așa-numitul sânge albastru. Lucrează la aplicațiile medicale ale perfluorocarburilor din 1979.

La o presiune parțială de o atmosferă, doar 2,3 mililitri de oxigen se dizolvă în 100 de mililitri de apă. În aceleași condiții, perfluorocarburile pot conține până la 50 de mililitri de oxigen. Acest lucru le face să fie potențial respirabile.

„De exemplu, când se scufundă la o adâncime, la fiecare 10 metri presiunea crește cu cel puțin o atmosferă. Ca urmare, pieptul și plămânii se vor micșora într-o măsură atât de mare încât va deveni imposibil să se respire în mediu gazos există un lichid purtător de gaz în plămâni, acesta va avea o densitate semnificativ mai mare decât aerul și chiar apa, vor putea funcționa Oxigenul poate fi dizolvat în perfluorocarburi fără amestec de azot, care este abundent în aer. a cărui dizolvare în țesuturi este una dintre cele mai semnificative cauze ale bolii de decompresie atunci când se ridică din adâncime”, continuă Mayevsky.

Oxigenul va intra în sânge din lichidul care umple plămânii. În el se poate dizolva și dioxidul de carbon transportat de sânge.

Principiul respirației lichide este stăpânit perfect de pești. Branhiile lor permit să treacă prin ele un volum colosal de apă, să preia oxigenul dizolvat acolo și să-l elibereze în sânge. O persoană nu are branhii și toate schimburile de gaze au loc prin plămâni, a căror suprafață este de aproximativ 45 de ori mai mare decât suprafața corpului. Pentru a mișca aerul prin ele, inspirăm și expirăm. Mușchii respiratori ne ajută în acest sens. Deoarece perfluorocarburile sunt mai dense decât aerul, respirația pe suprafețe cu ajutorul lor este foarte problematică.

„Aceasta este știința și arta de a selecta astfel de perfluorocarburi pentru a facilita munca mușchilor respiratori și pentru a preveni deteriorarea plămânilor. Multe depinde de durata procesului de respirație a lichidului, dacă are loc în forță sau spontan”, conchide cercetătorul. .

Cu toate acestea, nu există obstacole fundamentale pentru ca o persoană să respire lichid. Evgeny Mayevsky crede că oamenii de știință ruși vor aduce tehnologia demonstrată la aplicare practicăîn următorii câțiva ani.

De la terapie intensivă până la salvarea submarinarilor

Oamenii de știință au început să ia în considerare perfluorocarburile ca o alternativă la amestecurile de gaze respirabile la mijlocul secolului trecut. În 1962, cercetătorul olandez Johannes Kylstra a publicat un articol „Of mice as fish”, care descria un experiment cu o rozătoare plasată într-o soluție salină oxigenată la o presiune de 160 de atmosfere. Animalul a rămas în viață timp de 18 ore. Apoi Kylstra a început să experimenteze cu perfluorocarburi și, deja în 1966, la Spitalul de Copii din Cleveland (SUA), fiziologul Leland C. Clark a încercat să le folosească pentru a îmbunătăți respirația nou-născuților cu fibroză chistică. Aceasta este o tulburare genetică în care un bebeluș se naște cu plămânii subdezvoltați și alveolele sale se prăbușesc, împiedicând respirația. Plămânii acestor pacienți sunt spălați cu soluție salină saturată cu oxigen. Clark a decis că ar fi mai bine să facă asta cu un lichid care conține oxigen. Ulterior, acest cercetător a făcut multe pentru dezvoltarea respirației lichide.

La începutul anilor 1970, URSS a devenit interesată de lichidul „respirator”, în mare parte datorită șefului laboratorului Institutului de Cercetare a Transfuziei de Sânge din Leningrad, Zoya Aleksandrovna Chaplygina. Acest institut a devenit unul dintre liderii proiectului de creare a înlocuitorilor de sânge - purtători de oxigen pe bază de emulsii de perfluorocarbon și soluții de hemoglobină modificată.

Felix Beloyartsev și Khalid Khapiy au lucrat activ la utilizarea acestor substanțe pentru spălarea plămânilor la Institutul de Chirurgie Cardiovasculară.

„În experimentele noastre, plămânii animalelor mici au suferit oarecum, dar toți au supraviețuit”, își amintește Evgeniy Mayevsky.

Sistemul de respirație care utilizează lichid a fost dezvoltat pe un subiect închis la institutele din Leningrad și Moscova, iar din 2008 - la Departamentul de Aerohidrodinamică al Universității Aerospațiale de Stat Samara. Acolo au realizat o capsulă de tip „Sirenă” pentru a practica respirația lichidă în cazul unei salvări de urgență a submarinarilor de la mare adâncime. Din 2015, dezvoltarea a fost testată la Sevastopol pe tema Terek, susținută de Fond.

Moștenirea proiectului atomic

Perfluorocarburile (perfluorocarburile) sunt compuși organici, unde toți atomii de hidrogen sunt înlocuiți cu atomi de fluor. Acest lucru este subliniat de prefixul latin „per-”, care înseamnă completitudine, integritate. Aceste substanțe nu se găsesc în natură. Au încercat să le sintetizeze înapoi sfârşitul XIX-lea secole, dar au reușit cu adevărat abia după al Doilea Război Mondial, când au fost necesare pentru industria nucleară. Producția lor în URSS a fost stabilită de academicianul Ivan Lyudvigovich Knunyants, fondatorul laboratorului de compuși organofluorinați de la INEOS RAS.

„Perfluorocarburile au fost folosite în tehnologia de producere a uraniului îmbogățit. În URSS, cel mai mare dezvoltator al lor a fost Institutul de Stat chimie aplicată la Leningrad. În prezent, sunt produse în Kirovo-Chepetsk și Perm”, spune Mayevsky.

În exterior, perfluorocarburile lichide arată ca apa, dar sunt vizibil mai dense. Nu reacționează cu alcalii și acizii, nu se oxidează și se descompun la temperaturi de peste 600 de grade. De fapt, sunt considerați compuși inerți din punct de vedere chimic. Datorită acestor proprietăți, materialele perfluorocarbonice sunt folosite în terapie intensivă și medicina regenerativă.

„Există o astfel de operație - lavaj bronșic, când o persoană sub anestezie este spălată cu un plămân, apoi pe celălalt. La începutul anilor 80, împreună cu chirurgul de la Volgograd A.P. Savin, am ajuns la concluzia că este mai bine să facem. această procedură cu perfluorocarbon sub formă de emulsie,” - Evgeniy Mayevsky dă un exemplu.

Aceste substanțe sunt utilizate în mod activ în oftalmologie, pentru a accelera vindecarea rănilor și în diagnosticarea bolilor, inclusiv a cancerului. ÎN ultimii ani Metoda de diagnostic RMN folosind perfluorocarburi este dezvoltată în străinătate. În țara noastră, aceste studii sunt realizate cu succes de o echipă de oameni de știință de la Universitatea de Stat din Moscova. M. V. Lomonosov sub conducerea academicianului Alexey Khokhlov, INEOS, ITEB RAS și IIP (Serpukhov).

De menționat, de asemenea, că aceste substanțe sunt folosite la fabricarea uleiurilor și lubrifianților pentru sistemele care funcționează în condiții temperaturi ridicate, inclusiv motoarele cu reacție.

Surse: