Водолазы будущего

Меню сайта

Категории раздела

Воспоминания очевидцев [64]

НЛО и НПО [261]

Рассказы [353]

Статистика

Форма входа

Старая форма входа

Главная » Статьи » Аномальные явления » Рассказы

Водолазы будущего

Превращение в Ихтиандра
Рекорды глубоководных погружений
Хомяки-глубоководники
Углекислый газ из крови удалят искусственные жабры
Синтетические жабры будут извлекать кислород из морской воды

Идея известного фантастического романа Александра Беляева «Человек-амфибия» скоро, возможно, станет реальностью. Ученые разработали инновационный метод дыхания для водолазов. У акванавта появятся искусственные жабры, а дышать он будет жидкостью.

Покорение водной стихии станет возможным благодаря новой технологии, по которой водолаз будет получать необходимый кислород из жидкого раствора, а углекислый газ должен выделяться через искусственные жабры прямо в морскую воду. Автором концепции является Арнольд Ланде, отставной хирург, специализировавшийся на кардиоторакальных операциях. Он подал заявку на получение патента на изобретение, которое, по его мнению, может стать реальностью уже через несколько лет. Это будет, как надеется Ланде, революционным переворотом в истории глубоководных погружений.

Превращение в Ихтиандра

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

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

Рекорды глубоководных погружений

Атмосферный (нормобарический) водолазный костюм. Он представляет собой жесткую конструкцию и поддерживает внутреннее давление в 1 атмосферу, позволяя погрузиться на большие глубины. Атмосферные скафандры есть в ВМФ России и позволяют вести работы на глубине 610 м.

Метод длительного пребывания. Этот метод предполагает предварительную компрессию водолаза. Он переходит в колокол, где постепенно повышается давление до уровня, соответствующего глубине погружения. Колокол погружают до заданной глубины, и непосредственно из него водолаз выходит в воду. По завершении работ он возвращается в колокол, где его очень медленно возвращают к привычному атмосферному давлению. Процесс может занять от нескольких недель до нескольких месяцев (часто эта операция проводится в стационарной барокамере на борту судна под наблюдением врачей). Рекордное погружение-710 м.

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

Если бы при погружении он использовал дыхательную смесь на основе воздуха, это было бы самоубийством. Воздух на 80% состоит из азота, и с увеличением давления по мере погружения аквалангиста на глубину этот газ проникает в ткани организма. Если же в процессе всплытия давление понижается слишком быстро, азот начинает выделяться в кровоток человека подобно пузырькам газировки и блокирует питание тканей кровью, насыщенной кислородом. Это приводит к развитию декомпрессионной (кессонной) болезни, которая может повлечь повреждение мозга, паралич и даже смерть.

Но с новой дыхательной системой «кессонка» водолазу не грозит. Он дышит только чистым кислородом через раствор, и его подъем к поверхности может проходить быстро. За 10 м до поверхности человек принимает положение вниз головой, чтобы под действием силы тяжести жидкость ушла из легких и он снова мог вдыхать обычную воздушную смесь. На борту он еще некоторое время получает кислород через маску, пока врач отключает его от искусственных жабр.

Хомяки-глубоководники

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

Арнольд Ланде не считает, что дыхание в жидкости будет самой большой проблемой: «Исследования 1960-1980-х годов ясно показали, что дыхание в специальной жидкости - идеальный способ кислородообеспечения водолазов при погружении на большие глубины».

Риск развития декомпрессионной болезни при использовании традиционного водолазного снаряжения привел к тому, что водолазы редко отваживаются погружаться глубже 70 м. Пока никто не может сказать, на какую максимальную глубину позволяет опуститься изобретение Ланде. По его словам, километр - это реально.

Казалось бы, проблему кессонной болезни можно было бы решить, просто обеспечив водолаза возможностью дышать чистым кислородом, а не воздухом или дыхательной смесью. Но, к сожалению, кислород в больших количествах - это яд. Немногим лучше и замена атмосферного азота химически пассивным инертным газом - к примеру, гелием.

Единственное решение - это высоконасыщенный кислородом жидкий раствор. Мы не рыбы, у нас нет жабр, которые могли бы поглощать из окружающей водной среды кислород и выделять углекислый газ. К тому же в воде кислорода в десятки раз меньше, чем в воздухе. Поэтому попадание в дыхательную систему человека воды или других инородных предметов и субстанций приводит к прекращению дыхания и асфиксии, то есть удушению. Кроме того, обычная или соленая вода отличаются по своему составу от крови, и осмотические явления на альвеолярном уровне приводят к разрушению легочных тканей и самой крови. Но совсем по-иному легкие реагируют на перфторуглерод, в котором содержание кислорода может быть до 20 раз больше, чем в воде, и втрое больше, чем в крови.

Углекислый газ из крови удалят искусственные жабры

ПФУ химически инертен и нетоксичен. Когда он заполняет легкие, в кровь поступает достаточное количество кислорода, к тому же раствор защищает легкие от повреждений, вызываемых чистым кислородом в газообразной форме. На настоящий момент проводилось немало экспериментов на мышах и других мелких млекопитающих. Животные полностью погружались в контейнер с раствором и дышали ПФУ, но постепенно уставали, потому что плотность и вязкость раствора требует гораздо больших мускульных усилий. Эту проблему Арнольд Ланде собирается решить за счет применения пояса-кирасы.

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

Синтетические жабры будут извлекать кислород из морской воды

Мечта о свободном перемещении под водой может стать реальностью, если научиться добывать кислород прямо из морской воды и тем самым избавиться от необходимости баллонов с дыхательной смесью или кислородом. У Арнольда Ланде имеется на этот счет одна идея. Концепция основана на свойствах гемоглобина, дыхательного пигмента нашей крови, который в нейтральной или щелочной среде поглощает кислород и выделяет его в кислой среде. Для создания синтетических жабр Ланде планирует использовать гемоглобин аллигаторов, который в холодной морской воде работает лучше, чем гемоглобин млекопитающих.

Принцип заключается в том, что углекислый газ через жабры просачивается из крови в морскую воду, вто время как кислород, напротив, из морской воды через жабры поступает в кровь. Под воздействием углекислого газа из крови водолаза гемоглобин начинает выделять кислород. И посредством уникальной системы из нескольких резервуаров, разделенных пористыми мембранами,кислород постепенно адсорбируется в постоянно меняющих свою концентрацию растворах гемоглобина. В итоге кислород поступает в раствор ПФУ, которым дышит водолаз.

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

Избежать этого помогут искусственные жабры. Их принцип работы основан на применении мембраны, через которую диффундирует углекислый газ, когда его концентрация на одной из сторон мембраны становится выше, чем на другой. В результате углекислый газ из крови водолаза выводится в окружающую морскую воду. На практике жабры будут состоять из пучков полых волокон, каждое из которых представляет собой отдельную мембрану. Чтобы предотвратить сгущение крови и образование тромбов, волокна будут с большим внутренним диаметром.

Сердце хорошо тренированного водолаза прокачивает около 25 литров крови в минуту по всему телу. Многочисленные эксперименты показали, что для действенного удаления углекислого газа через искусственные жабры достаточно будет пропускать всего 5 литров крови в минуту - как раз столько, сколько можно легко вывести из большой бедренной вены и ввести обратно. Арнольд Ланде считает, что, если приложить определенные усилия по целенаправленному усовершенствованию данной концепции, его метод может стать реальностью уже через несколько лет.

Сначала все эксперименты и испытания будут проводиться на животных в лабораторных условиях. Ланде планирует максимально использовать существующие технологии: усовершенствовать кирасу, ранее применявшуюся в медицинских экспериментах на животных, и адаптировать ее для поставленной цели. Затем необходимо изготовить искусственные жабры, чтобы они могли абсорбировать из крови углекислый газ.

Следующим шагом будут эксперименты под давлением - в барокамере, которая используется для лечения декомпрессионной болезни. Далее последуют эксперименты в бассейне. Если первые этапы работы пройдут успешно, животных переместят в глубокий бассейн. В серии заключительных экспериментов Ланде планирует погрузить подопытных с помощью подводной мини-лодки на дно моря и проверить работу системы жидкостного дыхания и искусственные жабры. «Если они не погибнут и не будут травмированы в результате погружения на большую глубину, мы сможем перейти к испытанию системы с участием водолазов», - говорит Арнольд Ланде.

В экспериментах на людях безопасность будет удвоена за счет дублирования критически важных систем. Планируется присоединить две независимые системы жабр к обоим бедрам: одну - для страховки на случай сбоя. Разумеется, погружение с жабрами потребует добровольного согласия водолаза. Но по этому поводу Ланде нисколько не беспокоится. К нему уже обратились несколько смельчаков, которые не прочь попробовать нырнуть глубже, чем это когда-либо удавалось человеку.

Источник: Журнал Иллюстрированная наука

Другие статьи по теме:

Тайны Шумерской цивилизации