Зачем топили таксу?

Вице-премьеру Дмитрию Рогозину и его гостю, президенту Сербии Александру Вучичу, продемонстрировали в присутствии журналистов поражающий воображение эксперимент: в сосуде с жидкостью утопили собаку — черную таксу, которая провела там некоторое время, а потом была извлечена на поверхность и оказалась живой. В репортажах об этом событии говорили, что технология жидкостного дыхания поможет в будущем спасать моряков с подводных лодок и обеспечит водолазам возможность погружаться на недоступные глубины, а у защитников животных уже появились вопросы к организаторам. Редакция N + 1 решила вспомнить историю вопроса и попросила доктора медицинских наук Александра Суворова, заведующего отделом физиологии человека в экстремальных условиях и лаборатории кардиореспираторной системы и баромедицины Института медико-биологических проблем РАН, прокомментировать эту эффектную демонстрацию.

От мышей к собакам

Почти 60 лет назад, в 1962 году, Йоханнес Кильстра из университета Лейдена вместе с несколькими коллегами впервые провел

. Он поочередно погружал мышей в специальный раствор (стерофундин), обычную воду и морскую воду, которые насыщались кислородом под давлением 160 атмосфер, и проверял, долго ли они смогут выжить в таких условиях. Оказалось, что мыши в стерофундине оставались живыми до 18 часов. Правда, вернуться «на сушу» им уже не удавалось — они погибали из-за того, что не могли полностью избавиться от жидкости в легких.

Водой, точнее растворенным в воде кислородом, можно дышать, как это делают рыбы. Но концентрации, которой достаточно рыбам, не хватает млекопитающим: для них доля кислорода должна быть не менее 10–15 процентов. В 1966 году Лиланд Кларк и Фрэнк Голлан в экспериментах на мышах и кошках добились того, что животные выживали в течение недель после того, как дышали во фторуглеродной жидкости, которая может удерживать значительно больше кислорода, чем вода. Все они получили повреждения легких, но авторы надеялись, что к моменту, когда придет время экспериментов на людях, будут найдены более щадящие способы перехода от жидкостного дыхания к обычному.

В 1977 году Кильстра, который к тому времени перебрался в Медицинский центр университета Дьюка, впервые провел эксперимент на человеке. 49-летнему Фрэнку Фалейчику (Frank Falejczyk) залили одно легкое раствором соли (другим он дышал воздухом) и проследили за тем, как это легкое реагирует на поток жидкости и как идет газообмен. Фалейчик благополучно перенес эксперимент, хотя впоследствии у него развилась пневмония.

В Советском Союзе похожие программы начали разрабатывать в конце 1960-х годов, когда начались эксперименты в лаборатории гидробионики в Киеве, а в 1980-х годах была запущена программа «Перфторуглероды в биологии и медицине», инициаторами которой стали Генрих Иваницкий, Феликс Белоярцев и Иван Кнунянц. Однако главной задачей программы было создание эффективных кровезаменителей. И они были созданы — искусственная кровь на базе перфторуглеродов даже применялась во время войны в Афганистане.

Применение технологий жидкостного дыхания обещает массу преимуществ: благодаря несжимаемости жидкости можно уравнивать давление между водолазом и водной средой, исключается угроза кессонной болезни, можно обеспечить спасение подводников и водолазов. Именно для этого Фонд перспективных исследований, российский аналог DARPA, в апреле 2016 года одобрил программу создания технологий жидкостного дыхания на базе НИИ медицины труда.

Почему же спустя полвека после первых экспериментов эта технология еще не внедрена в широкую практику?

Предельная глубина

«Теоретически эта идея выглядит очень заманчиво. Например, захочет человек понырять на сверхбольшие глубины. На суше ему заполняют легкие жидкостью, он ныряет, плавает на глубине — свободно, без декомпрессии, с аппаратом, который насыщает жидкость кислородом, — говорит Суворов. — Но сейчас уже достоверно установлено, что основным пределом, препятствующим погружению человека на сверхбольшие глубины, является не проблемы с газообменом, а влияние давления в чистом виде».

Начиная с глубины 300 метров, высокое давление начинает действовать непосредственно на нервную систему человека, развивается нервный синдром высокого давления (НСВД) - начинается дрожание рук, ухудшается координация движений, самоконтроль и внимание, появляется сонливость. Суворов и его коллеги имитировали в ИМБП возможное использование газовых смесей на глубинах до полутора километров и больше и установили, что человек по дыханию может идти на глубину полтора-два километра.

«Но против НСВД средств нет. Поэтому сейчас все эти погружения на сверхбольшие глубины остановились на глубине 700–800 метров, дальше человеческий организм нам погружаться не дает. Поэтому если подводная лодка окажется на глубине километр, человек оттуда всплыть не сможет. В реальности человек без жестких скафандров может переносить глубину до 500 метров», — поясняет Суворов.

Суперсложный аппарат

Вторая проблема с жидкостным дыханием — оно требует крайне сложного оборудования, которое будет на порядок сложнее и дороже традиционных водолазных устройств и аквалангов.

Во-первых, поясняет Суворов, необходимо постоянно насыщать дыхательную жидкость кислородом, то есть аппарат должен 5–6 раз в минуту закачивать и выкачивать ее в легкие и из легких, направляя ее в газообменник. Без такого насоса дыхание жидкостью невозможно. Если животные — собаки, кошки и крысы, — способны справиться с перекачкой жидкости в легкие и из легких с помощью своих межреберных мышц, то человеку это не под силу.

«Мы изучили на человеке 30-кратное увеличение плотности. Если взять нормальную плотность за единицу, то наши испытатели дышали неоново-кислородной смесью с содержанием кислорода на уровне 0,5 процента и плотностью 32 грамма на литр. Это при давлении 40 атмосфер (что эквивалентно глубине 400 метров). Но дыхательная жидкость плотнее не в 30, а в тысячу раз — человек не в состоянии самостоятельно справиться с этим», — говорит Суворов.

Еще одна проблема — выведение углекислого газа. Для этого во фторуглеродную жидкость необходимо добавлять дополнительные компоненты, которые будут поглощать углекислоту. Эти компоненты нужно тоже очищать и заменять. Кроме того, на глубине 100–200 метров температура воды фактически не превышает плюс 4 градуса Цельсия, а значит, надо подогревать эту смесь, чтобы поддерживать ее температуру на уровне около 20 градусов.

«Такой жидкостный акваланг — очень непростое устройство, и если вдруг случится какая-то заминка — электрическая, механическая, электронная, то аппарат останавливается, человек умирает. Я вижу здесь колоссальные проблемы, это очень рискованно даже в нормальных условиях — доверять жизнь человека такому аппарату, и сомневаюсь, что его можно с успехом использовать в экстремальной ситуации», — говорит ученый.

Подготовьте реаниматологов

Сам по себе переход на жидкостное дыхание и возвращение на воздух тоже создают угрозу для жизни. Для заполнения легких жидкостью требуется анестезия и подавление рвотного рефлекса, но в тот момент, когда человек возвращается к дыханию воздухом, желательно иметь под руками реанимационную бригаду.

После того как жидкость откачается, необходимо быстро расправить легкие, заполнить их сурфактантом. Легочные альвеолы покрыты изнутри поверхностно-активными веществами, сурфактантами, которые в нормальном состоянии не дают альвеолам спадаться. Любая жидкость, попадая в легкие, вымывает их, что может привести к спаданию альвеол и остановке дыхания.

«Нужно быстро залить альвеолы сурфактантами, такие вещества есть, их используют при бронхоскопии, но в этом случае обычно заливают физраствором только часть легкого. А ведь альвеолы — это примерно 80–100 квадратных метров, и надо быстро по всей этой стометровой поверхности сделать орошение. Здесь высок риск нарушения дыхания», — говорит Суворов.

Реанимация и искусственная кровь

По мнению ученого, главное направление, где действительно могут пригодиться разработки в сфере жидкостного дыхания, — это реанимация новорожденных. «Дети рождаются без дыхания, они должны сами сделать первый вдох. Если у них есть определенные виды патологии, когда это невозможно, то методы жидкостного дыхания могут быть полезны», — говорит Суворов.

Кроме того, добавляет он, несомненно полезны будут разработки в сфере создания искусственной крови.

По его мнению, это крайне интересное направление фундаментальной науки с точки зрения изучения механики дыхания, газообмена, но говорить о том, что жидкостное дыхание очень скоро может стать практически достижимой технологией, преждевременно.

«Нельзя предсказать, что сможем ли мы когда-нибудь достичь такой возможности, что человеку смогут залить в легкие жидкость и он будет благополучно дышать, что мы сумеем реализовать такую практику в массовом масштабе. И кроме того, неясно, насколько оправдан риск — в настоящий момент мне и моим коллегам кажется, что он намного превышает плюсы от этой технологии», — говорит ученый.

Илья Ферапонтов