Это уже, наверное, клише в научной фантастике: в костюм или капсулу очень быстро поступает некое вязкое вещество, и главный герой внезапно для себя обнаруживает, как быстро он теряет остатки воздуха из собственных лёгких, а его внутренности заполняются необычной жидкостью оттенка от лимфы до крови. В конце концов он даже паникует, но делает несколько инстинктивных глотков или, скорее, вздохов и с удивлением обнаруживает — он может дышать этой экзотической смесью так, словно он дышит обычным воздухом.
А для чего вообще нужно дышать жидкостью, если человек прекрасно дышит воздухом?
Другими словами, где могло бы применяться такое дыхание?
Существует три перспективных пути использования этой технологии: это медицина, ныряние на большие глубины и космонавтика.
Давление на тело ныряльщика растёт с каждыми десятью метрами на одну атмосферу. Из-за резкого понижения давления может начаться кессонная болезнь, при проявлениях которой растворённые в крови газы начинают закипать пузырьками. Также при высоком давлении возможны кислородное и наркотическое азотное отравление. Со всем этим борются применением специальных дыхательных смесей, но и они не дают никаких гарантий, а лишь снижают вероятность неприятных последствий. Конечно, можно использовать водолазные скафандры, которые поддерживают давление на тело ныряльщика и его дыхательной смеси ровно в одну атмосферу, но они в свою очередь крупногабаритны, громоздки, затрудняют движение, а также очень дороги.
Жидкостное дыхание могло бы предоставить третье решение этой проблемы с сохранением мобильности эластичных гидрокомбинезонов и низких рисков жёстких скафандров. Дыхательная жидкость в отличие от дорогих дыхательных смесей не насыщает тело гелием или азотом, поэтому также отпадает необходимость в медленной декомпрессии для избежания кессонной болезни.
В медицине жидкостное дыхание можно использовать при лечении недоношенных детей, чтобы избежать повреждения недоразвитых бронхов лёгких давлением, объёмом и концентрацией кислорода воздуха аппаратов искусственной вентиляции лёгких. Подбирать и пробовать различные смеси для обеспечения выживания недоношенного плода начали уже в 90-х. Возможно использование жидкой смеси при полных остановках или частичных недостаточностях дыхания.
Космический полёт сопряжён с большими перегрузками, а жидкости распространяют давление равномерно. Если человека погрузить в жидкость, то при перегрузках давление будет идти на всё его тело, а не конкретные опоры (спинки кресла, ремни безопасности). Такой принцип использовался при создании костюма для перегрузок Libelle, который представляет из себя жёсткий скафандр, наполненный водой, что позволяет пилоту сохранять сознание и работоспособность даже при перегрузках выше 10 g.
Этот метод ограничен разницей плотностей тканей тела человека и используемой жидкостью для погружения, поэтому предел составляет 15—20 g. Но можно пойти дальше и заполнить лёгкие жидкостью, близкой по плотности к воде. Полностью погруженный в жидкость и дышащий жидкостью космонавт будет относительно слабо ощущать эффект экстремально высоких перегрузок, поскольку силы в жидкости распределяются равномерно во всех направлениях, но эффект всё равно будет из-за различной плотности тканей его тела. Предел всё равно останется, но он будет высок.
Первые эксперименты по жидкостному дыханию проводились в 60-х годах прошлого века на лабораторных мышах и крысах, которых заставили вдыхать солевой раствор с высоким содержанием растворённого кислорода. Эта примитивная смесь давала животным возможность выжить некоторое количество времени, но она не могла удалять углекислый газ, поэтому лёгким животных наносился непоправимый вред.
Почему вода или водно-солевые растворы не пригодны для дыхания?
Эти жидкости при нормальных условиях плохо растворяют газы, прежде всего кислород и углекислый газ, которые так необходимы организму человека. Когда вода или водно-солевые растворы попадают в легкие, то повреждают альвеолы и вымывают из них поверхностно-активное вещество под названием сурфактант. После этого альвеолы не могут слипаться и возникают трудности возврата к дыханию воздухом.
Люди, которых интересовала возможность дышать жидкостью, продолжали поиск таких из них, которые бы хорошо растворяли кислород и углекислый газ при нормальных условиях. И такая жидкость была найдена. Ее использовали в 1966 году в эксперименте Леланда Кларка и Голлана, когда в нее помещали мышей на несколько часов (вплоть до 20 часов), после чего мыши благополучно переходили к нормальному воздушному дыханию, и жили после этого долгое время. Такие опыты проводились и над кошками, только в состоянии анестезии.
Позже начались работы с перфторуглеродами, и их первые результаты были куда лучше результатов экспериментов с соляным раствором. Перфторуглероды — это органические вещества, в которых все атомы водорода замещены на атомы фтора.
Вот их преимущества:
- обладают уникальным свойством - абсолютной инертностью и устойчивостью;
- могут вобрать в себя до пятидесяти объемных процентов кислорода и почти до двухсот процентов углекислого газа, то есть кислород доставляется в нуждающийся в нем орган в необходимом количестве;
- в любом состоянии (жидком, твердом или газообразном) не соединяются ни с металлами, ни с щелочами, ни с кислотами, ни с металлоидами, то есть ни с чем;
- прекрасные диэлектрики;
- не растворяются в воде;
- пожаробезопасные и безвредные для человеческого организма.
Проводились ли опыты по жидкостному дыханию с людьми?
Первые опыты на людях начались в 1989 году в Пенсильвании, штат Филадельфия. Это были младенцы при смерти с серьёзными нарушениями дыхания. Их физиологические показатели улучшились и даже оставались такими после прекращения жидкостной вентиляции, но позже они все погибли. Также в 1996 году проводились эксперименты с недоношенными младенцами 24—34 (в среднем 28) недель беременности весом в среднем по килограмму (от 640 до 2000 грамм).
Есть мнение, что в фильме "Бездна", который вышел в 1989 году, актер реально дышал жидкостью пригодной для дыхания.
Разумеется, на самом деле это спецэффект.
В произведении Дэна Брауна "Утраченный символ" главного героя помещают в камеру сенсорной депривации, полностью заполненную кислородсодержащими перфторуглеродами. Так же в этой книге рассказывается о применении подобной методики при допросах. Допрошаемый помещается в подобную капсулу не зная о возможности дыхания в ней и для него создается иллюзия утопления. После нескольких циклов утопления-воскрешения человек совершенно теряется в реальности(этому также способствуют галлюциногенные добавки в жидкость) и какие-либо тайны уже не составляют для него важности.
А как обстоят дела в реальности?
Жидкость для дыхания вязка и плохо выводит углекислый газ, поэтому понадобится принудительная вентиляция лёгких. Для удаления углекислого газа от обычного человека массой 70 килограммов потребуется поток 5 литров в минуту и выше, и это очень много с учётом высокой вязкости жидкостей. При физических нагрузках величина необходимого потока будет только расти, и вряд ли человек сможет двигать 10 литров жидкости в минуту. Наши лёгкие просто не созданы для дыхания жидкостью и сами прокачивать такие объёмы не в состоянии.
Использование положительных черт жидкости для дыхания в авиации и космонавтике тоже может навсегда остаться мечтой — жидкость в лёгких для костюма защиты от перегрузок должна обладать плотностью воды, а перфлуброн(самое совершенное на данный момент решение) в два раза её тяжелей.
Наши лёгкие технически способны «дышать» определённой богатой кислородом смесью, но, к сожалению, пока мы можем это делать только на протяжении нескольких минут, поскольку наши лёгкие не настолько сильны, чтобы обеспечивать циркуляцию дыхательной смеси продолжительные периоды времени. Ситуация может измениться в будущем, остаётся лишь обратить наши надежды на исследователей в этой области.
Содержимое поста чуть больше чем наполовину взято у @atomlib с geektimes.ru
