Жидкостное дыхание

Наука

В 1962 г. в журнале «Transactions of American Society for Artificial Internal Organs» опубликована статья «Мыши как рыбы» (Of mice as fish), написанная Ёханнсом Килстра из медицинского центра университета Дьюка (США). В этой публикации впервые в научной литературе был описан способ «жидкостного дыхания» млекопитающих.

Килстра и его коллеги погружали мышей в физраствор. Чтобы растворить в нём достаточное для дыхания количество кислорода, исследователи «вгоняли» газ в жидкость под давлением до 160 атмосфер — как на глубине 1,5 километра. Было эксперементально установлено, что переход на жидкостное дыхание полностью предотвращает декомпрессионное газо­образование, что подтвердили и другие исследователи. Мыши в этих экспериментах выживали, но жили не очень долго: кислорода в жидкости было достаточно, а вот сам процесс дыхания, втягивания и выталкивания жидкости из лёгких требовал слишком больших усилий.

Жидкостное дыхание

Причина необычного эффекта не в биологии, а в физике явления. Когда азот или другой инертный газ (разбавитель кислорода) заменён жидкостью, то диффузия кислорода в кровь та же: она идет по законам градиента концентрации. В итоге жидкость, обеспечивая диффузию в кровь растворённого в ней кислорода, делает ненужным азот или другой инертный газ, исключая первопричину пресыщения организма этим газом.

Среди проблем замены газа основная проблема — это выбор прокачиваемой лёгкими жидкости с высокой растворимостью О2 и СО2, так как водно-солевые растворы мало растворяют кислород при нормальном давлении, повреждают альвеолы лёгких и этим крайне затрудняют возврат к дыханию воздухом. В России и за рубежом для этого стали испытываться прозрачные и не имеющие вкуса перфторуглеродные жидкости: аналоги химически инертного фторопласта, материала сердечных и сосудистых протезов.

В течение ряда лет в экспериментальной лаборатории ВНИИ пульмонологии Минздрава СССР (в Ленинграде) исследовалась вентиляция препарата лёгких водно-солевым раствором (заведующий лабораторией д.м.н. Воинов В.А.). С 1983 года эксперименты стали проводиться с образцами перфторуглеродных
жидкостей, произведёнными в НПО “ГИПХ” (заведующий отделением д.х.н. Максимов Б.Н.).

Первые эксперименты с жидкостным дыханием, 1987 год
Первые эксперименты с жидкостным дыханием, 1987 год, личный фотоархив А. В. Филиппенко

Эти опыты подтвердили данные зарубежных учёных о возможности самостоятельного жидкостного дыхания мелких лабораторных животных и принудительного дыхания крупных лабораторных животных — собак. Были и расхождения
в данных, возможно, за счёт различий в дыхательных жидкостях. Требовалось резко интенсифицировать исследования, и это было сделано. Летом 1983 года через три дня после обращения к генеральному секретарю ЦК КПСС (главе СССР) Ю.В. Андропову был решен вопрос о ресурсах дорогостоящих перфторуглеродов, а в 1985 году после новых обнадёживающих результатов тема получила высшие на тот момент приоритеты.

Во исполнение Постановления ЦК КПСС и Президиума Совмина СССР от 13.05.1985 г. с 1986 года проводилась поисковая НИР “Олифа МЗ”. Головной исполнитель ВНИИ пульмонологии Министерства здравоохранения СССР, соисполнители — организации Минхимпрома, Минсредмаша, АН СССР и другие.

Почти единолично курировал тему от представителя заказчика полковник медицинской службы А.П. Фокин. С 1986 г. руководителем данного проекта назначен А.В.Филиппенко.

Аппарат жидкостного дыхания
Образец аппарата жидкостной вентиляции для имитации на собаке свободного всплытия с глубин до 350-700 м. Образец включает:
— в блоке: оксигенатор, СО2— абсорбер и насос;
— баллон со сжатым газом и газовый редуктор;
— элементы пневмологики и резервная ёмкость;
— коробка с клапанами вдоха/выдоха;
— интубационная трубка для работы с собакой.

К достижениям проекта можно отнести:

— технологию получения особо чистых перфторуглеродных жидкостей и изучение новых биомедицинских закономерностей при их введении;

— разработку конструкции портативного дыхательного аппарата.

В ходе проведённых исследований решён ряд сложных задач:

— обеспечен возврат к норме после опытов с жидкостным дыханием;

— вдвое превышено техническое задание по глубине спусков в опытах на собаках;

— в несколько раз превышено техническое задание по длительности самостоятельного жидкостного дыхания при имитации спасения подводников и при имитации глубоководных водолазных спусков.

Жидкостное дыхание
Кадр из документального фильма «Красные водолазы» (2004 г.): 1980-е гг., собака после успешных отечественных экспериментов по жидкостному дыханию

Наконец, были подготовлены техническое задание, сметы и первый вариант бизнес-плана для перехода к планомерным волонтёрским испытаниям. Основанием для этого стала удачная презентация НИР комиссии Политбюро ЦК КПСС в сентябре 1988 года, когда проекты руководимого Б.В. Гидасповым НПО “ГИПХ” изучал “куратор оборонки” от ЦК КПСС Бакланов О.Д.

Как выяснилось позднее, примерно в то же время была сделана оценка внедрения варианта данной технологии для ВМС США, однако она оказалась неоправданно высокой — 2 миллиарда долларов, что было сопоставимо со стоимостью 2-х атомных ПЛ в тот период.

Демонстрация современных отечественных экспериментов по жидкостному дыханию

В эту сумму входило преодоление серьёзного отставания от СССР как в
создании крупнотоннажного производства высокочистых жидкостей, так и в доклинических испытаниях. А потом ещё предстояли сложные и особенно дорогостоящие в США волонтёрские испытания… Да к тому же требовалась
решение ряда высокотехнологических проблем: создание прецизионных
датчиков для О2 и СО2 в перфторуглероде, точных редукторов и дозаторов О2,
надежных поглотителей СО2, безопасных для человека устройств регуляции
вдоха- выдоха. И всё это в “военно-морском” исполнении.

Неудивительно, что полностью эти проблемы американцами были “решены” только в знаменитом американском кинофильме Д. Камерона “Бездна”.

Жидкостное дыхание
Кадр из кинофильма Д. Камерона “Бездна”

Литература:

Н.Е.Комаров (автор-составитель). Век Российского подплава. От «Дельфина» до «Юрия Долгорукова»: СПб.- «Морская газета», 2006

Оцените статью
( Пока оценок нет )
Поделиться с друзьями
Русская DARPA
Коментарии