Жидкость в которой можно дышать
В России представили систему жидкостного дыхания
Сегодня вице-президент Российской Федерации Дмитрий Рогозин в ходе встречи с президентом Сербии Александром Вучичем продемонстрировал ему ряд инновационных российских разработок в различных областях. Одной из них стала уникальная система жидкостного дыхания, позволяющая живым организмам дышать под водой при помощи жидкости, заполняющей их лёгкие. Нечто подобное вы могли видеть в научно-фантастическом фильме «Бездна» режиссёра Джеймса Кэмерона.
Специально для президента Сербии провели впечатляющую демонстрацию уникальной технологии. В резервуар с насыщенной кислородом жидкостью поместили таксу, которая освоилась там спустя несколько минут, после чего начала совершенно нормально дышать в новой для себя среде. Спустя некоторое время собаку извлекли из резервуара, тщательно протёрли полотенцем, и Александр Вучич смог лично убедиться, что с животным всё в полном порядке. Президент отметил, что остался сильно впечатлён увиденным. Дмитрий Рогозин подчеркнул, что данная российская разработка – это завтрашний день, к которому стремятся российские учёные.
Жидкостное дыхание осуществляется при помощи жидкостей, отлично растворяющих кислород. Оно подразумевает заполнение лёгких насыщенной кислородом жидкостью, который затем поступает в кровь. Чаще всего для этих целей используются перфторуглеродные соединения, которые имеют низкое поверхностное натяжение, высокоинертны, а также не метаболизируются в организме. На сегодняшний день не существует ни одной системы жидкостного дыхания, которую бы активно использовали в той или иной сфере. Несколько команд исследователей лишь проводили отдельные эксперименты в данной области.
Данная технология является одной из нескольких, созданных в стенах Фонда перспективных исследований (ФПИ). Руководит проектом Фёдор Арсеньев. Учёный считает, что рабочая система жидкостного дыхания сможет спасти немало человеческих жизней. Например, во время крушения подводной лодки на глубине свыше 100 метров, моряки просто не могут подняться на поверхность из-за кессонной болезни, в ходе которой возникает «эффект закипающей крови». В случае же использования аппаратов жидкостного дыхания, люди смогут покинуть субмарину без какого-либо риска и совершенно спокойно подняться на поверхность. Помимо всего прочего, подобная технология может спасти недоношенных детей, а также помочь людям, получившим ожоги дыхательных путей.
Кинодетали. Жидкостное дыхание “Бездны”
Поделиться:
Не знаю, есть ли кто-то, кто не смотрел этот фантастический и уникальный фильм Джеймса Камерона.
Я пересматривала его раз 8 точно. И каждый раз делала это исключительно из развлекательной цели и интересного сюжета с потрясающей актерской игрой, которая по свидетельству съемочной группы сильно вымотала исполнителей главных ролей.
А в последний раз я поняла, что в этом фильме есть что-то большее.
На протяжении всего фильма нам рассказывают о дыхании в жидкости. То, с чего мы начинали в утробе матери, может продолжиться. Главное – ситуация.
Все 7 просмотров для меня фильм был лишь фантастикой, игрой воображения сценариста или режиссера. В одной сцене показывают мышку, которая дышит специальной жидкостью. В другой – Бада (герой Эда Харриса) в скафандре, заполненном этой самой жидкостью. Его отправляют на глубину, где никто не был, заполняя его легкие “особой водой”, потому что кислороду в теле человека на таких глубинах делать нечего.
И вот после 8 просмотров кино я начала копать. Благодаря “Бездне” и через разные информационные источники я узнала:
– разработав около шестидесяти лет назад акваланг, француз Жак Ив Кусто в его название ввел термин «вода» и «легкие». Однако сама технология полного заполнения легких водой (в виде водно-солевого раствора) стала известна из публикации Kylstra J. «Мышь как рыба» – первой по жидкостному дыханию, в которой сказано о такой идее спасения подводников. Он же первый провел на сухопутных млекопитающих (мышах) спуски на глубину 1000 м и показал, что переход на жидкостное дыхание полностью предотвращает гибель от декомпрессионного газообразования. В СССР это было подтверждено при искусственной вентиляции легких (ИВЛ) жидкостью собак в условиях имитации водолазных спусков на 1000 м.
– вся система жидкостного дыхания основана на формуле перфторуглерода. Перфлуброн – это чистая, маслянистая жидкость, обладающая малой плотностью. Она содержит больше кислорода, чем воздух. Поскольку эта жидкость инертна, то она не наносит вреда легким. Так как у нее весьма низкая температура кипения, она быстро и легко выводится из легких;
– на мировом рынке мало производителей этих жидкостей, так как их разработка – побочный продукт «атомных проектов». Известны жидкости медицинского качества всего нескольких мировых фирм: DuPont (США), ICI и F2 (Великобритания), Elf-Atochem (Франция). Перфторуглеродные жидкости, технологически отработанные в Санкт-Петербургском институте прикладной химии, сейчас лидируют в медицине и косметологии;
– в России серьезно и без смешков в курилке задумались о теме свободного всплытия через особую систему жидкостного дыхания после гибели АПЛ “Курск”;
– с момента образования РФ разработка метода жидкостного дыхания для спасения подводников, как и подготовка волонтерских испытаний 2007 года, выполнялась и выполняется без грантов, за счет средств «AVF» в работе с СПб ГМУ им. И.П. Павлова и другими организациями;
– в настоящее время специальный глубоководный водолазный аппарат существует в виде проекта в рамках авторской концепции быстрого спасения подводников. Он базируется на уникальных свойствах быстрых и стойких (к давлению) водолазов жидкостного дыхания;
– Arnold Lande, бывший хирург, а ныне американский пенсионер-изобретатель, зарегистрировал патент на водолазный костюм, оснащенный баллоном со специальной жидкостью, обогащенной кислородом. Так называемый “жидкий воздух” подается из баллона в шлем дайвера, заполняет собой все пространство вокруг головы, вытесняет воздух из легких, полостей носоглотки и ушей, насыщая легкие человека достаточным количеством кислорода. В свою очередь, углекислый газ, который выделяется в процессе дыхания, выходит наружу при помощи своеобразного подобия жабр, прикрепленных к бедренной вене ныряльщика. То есть сам процесс дыхания становится попросту не нужен – кислород поступает в кровь через легкие, а углекислый газ выводится прямо из крови. Правда, как будет подаваться из баллона эта самая несжимаемая жидкость пока еще не совсем понятно…;
– есть информация о том, что опыты по дыханию в жидкости вовсю проводятся. И в России в том числе;
– в фильме “Бездна”, конечно, никто из актеров не дышал “особой водой”. И в одной из сцен даже допущен маленький, но очень запоминающийся косяк, когда Бад опускается на глубину, из его рта выходит предательский пузырек. которого в условиях жидкостного дыхания быть не должно;
– актеру Эду Харрису, сыгравшему одну из главных ролей, роль Бада, как-то по пути со съемок пришлось съехать на обочину из-за приступа непроизвольного плача..Настолько изматывающим был процесс создания фильма. Камерон требовал исключительной правдоподобности.
Смотрите кино. Дышите свободно и съезжайте с обочин только чтобы пофотографировать бабочек.
Спасибо за открытый доступ к некоторым данным члену-корреспонденту РАЕН, к.м.н. А. В. Филиппенко.
Вода, в которой можно дышать
Звучит фантастически, но давайте разберёмся. Помните фильм “Бездна” 1989 года? Есть там такой момент, когда крысу помещают в ёмкость, заполненную жидкостью. Сначала крыса начинает паниковать, но очень быстро успокаивается и начинает осматриваться по сторонам, продолжая при этом дышать под водой. Казалось бы, хитроумный спецэффект. В то время не было таких развитых, как сегодня, возможностей использования компьютерной графики, но как-то создателям фильмов удавалось всё-таки извернуться и показать что-то невероятное. Только в данной ситуации с крысой никаких спецэффектов не использовалось, она действительно просто дышит в банке с прозрачной жидкостью.
Жидкостное дыхание
Исследования в области жидкостного дыхания велись ещё в 1970 – 1980-х годах в США и СССР и до сих пор находятся в стадии клинических испытаний.
В начале подопытных мышей погружали в соляной раствор с высокой концентрацией растворённого в нём кислорода. Проблема этого метода заключалась в том, что соляной раствор не мог растворить и вывести из организма углекислый газ, что в последствии приводило к повреждению лёгких.
Учёные искали наиболее подходящую для дыхания жидкость, она должна была хорошо растворять кислород и углекислый газ, обладать низким поверхностным натяжением и быть инертной. Исследования показали, что лучше всего этим критериям соответствуют перфторуглеродные соединения. Эта маслянистая жидкость, кстати, способна проводить в два раза больше кислорода на единицу объёма, чем обычный воздух, которым мы дышим.
Прикольно конечно, но зачем?
По мнению учёных частичная вентиляция лёгких с применением перфторуглерода (неполное замещение воздуха в лёгких жидкостью) могла бы применяться для лечения некоторых заболеваний дыхательных органов, особенно у младенцев. Способность соединения проводить больше кислорода позволит повреждённым или не до конца развитым тканям восстанавливаться. Также есть мнение, что водолаз, у которого лёгкие целиком заполнены жидкостью, мог бы погружаться на большую глубину, а при подъёме избежать проблем, связанных с декомпрессией.
В чём подвох?
Жидкость, которой можно было бы полностью заменить воздух в лёгких и нормально дышать в течение длительного времени пока открыть не удаётся, на то есть ряд причин. К примеру, высокая плотность по сравнению с воздухом предполагает значительные усилия для вдоха и выдоха. Такое дыхание получилось бы весьма изматывающим.
masterok
Мастерок.жж.рф
Хочу все знать
С тех пор как в 2016 году Фонд перспективных исследований (ФПИ) одобрил проект жидкостного дыхания, общественность живо интересуется его успехами. Недавняя демонстрация возможностей этой технологии буквально взорвала интернет. На встрече зампреда правительства Дмитрия Рогозина с президентом Сербии Александром Вучичем таксу погрузили на две минуты в аквариум со специальной жидкостью, насыщенной кислородом. После процедуры собака, по словам вице-премьера, жива и здорова.
Лично мне конечно непонятно, почему толпы жалеющих собаку в соцсетях не кидаются защищать например мышей и кроликов, которые вообще то гибнут пачками в институтах. А еще интересно, они считают например Королева тоже жестоким и бессердечным – он то не одну собаку подарил во благо человечества. А вот советские ученые ради науки лихо головы собакам отрезали., а китайцы их вообще едят без хлеба.. Ну ладно, мы не об этом вообще то.
Что это была за жидкость? Можно ли дышать жидкостью? И как обстоят дела в этой сфере научных исследований?
Чтобы было понятно, почему открытие называют настоящим прорывом. Еще в конце 80-х годов жидкостное дыхание считалось научной фантастикой. Им пользовались герои фильма американского режиссера Джеймса Кэмерона “Бездна”. И даже в картине оно называлось экспериментальной разработкой.
Научить человека и животных дышать жидкостью пытались давно. Первые опыты в 60-х были неудачными, подопытные мыши жили очень недолго. На людях технику жидкостной вентиляции легких проверяли один единственный раз в США, для спасения недоношенных детей. Однако ни одного из трех младенцев не удалось реанимировать.
Тогда для доставки кислорода в легкие использовали перфторан, его еще применяют в качестве кровезаменителей. Основной проблемой было то, что эту жидкость не удавалось достаточным образом очистить. В ней плохо растворялся углекислый газ, и для длительного дыхания нужна была принудительная вентиляция легких. В покое мужчина обычной комплекции среднего роста должен был пропускать через себя 5 литров жидкости в минуту, при нагрузках – 10 литров в минуту. Легкие для таких нагрузок не приспособлены. Нашим исследователям удалось эту проблему решить.
Жидкостное дыхание, жидкостная вентиляция лёгких — дыхание с помощью хорошо растворяющей кислород жидкости. На настоящий момент проводились лишь отдельные эксперименты подобных технологий.
Жидкостное дыхание предполагает заполнение лёгких жидкостью, насыщенной растворённым кислородом, который проникает в кровь. Наиболее подходящими веществами для этой цели рассматриваются перфторуглеродные соединения, хорошо растворяющие кислород и углекислый газ, имеющие низкое поверхностное натяжение, высокоинертные, и не метаболизирующиеся в организме.
Частичная жидкостная вентиляция лёгких в настоящее время находится в стадии клинических испытаний при различных нарушениях дыхания. Разработано несколько способов жидкостной вентиляции лёгких, в том числе вентиляции с помощью паров и аэрозолей перфторуглеродов.
Полная жидкостная вентиляция лёгких заключается в полном заполнении лёгких жидкостью. Эксперименты по полной жидкостной вентиляции лёгких проводились на животных в 1970 — 1980-е годы в СССР и США. Например, в 1975 г. в институте сердечно-сосудистой хирургии им. А. Н. Бакулева профессор Ф. Ф. Белоярцев впервые в стране выполнил работы по длительной внелёгочной оксигенации с использованием фторуглеродных оксигенаторов и по замене газовой среды в лёгких на жидкий перфторуглерод. Однако, данные эксперименты до сих пор не вышли из этой стадии. Это связано с тем, что изученные соединения, пригодные для жидкостной вентиляции лёгких, обладают рядом недостатков, которые значительно ограничивают их применимость. В частности, не было найдено методов, которые могли бы применяться продолжительно.
Предполагается, что жидкостное дыхание может использоваться при глубоководных погружениях, космических полётах, в качестве одного из средств в комплексной терапии некоторых болезней.
В РФ экспериментами и разработками в области жидкостного дыхания занимается ученый, врач, разработчик технологии и изобретатель аппарата “Жидкостного дыхания” Андрей Викторович Филиппенко. Разработки ученого известны, как в России, так и за рубежом. Филиппенко – действующий кандидат медицинских наук, специалист по жидкостному дыханию, патофизиологии легких, восстановительной медицине, фармакологическим испытаниям и разработке медицинских приборов. Выпустил более 20 научно-технических отчетов и опубликовал около 30 научных статей в российской и зарубежной печати. Выступал на множестве конференций по теме жидкостного дыхания и спасения подводников, в том числе в России, Германии, Бельгии, Швеции, Великобритании и Испании. Имеет авторские свидетельства на метод ультразвуковой локации декомпрессионных газовых пузырьков и др. В 2014 году Андрей Викторович Филиппенко заключил договор с Фондом перспективных исследований, работа с которым продлилась вплоть до 2016 года.
“Ученые синтезировали несуществующие в природе вещества — перфторуглероды, в которых межмолекулярные силы настолько малы, что их считают чем-то промежуточным между жидкостью и газом. Они растворяют в себе кислород в 18-20 раз больше, чем вода”, — рассказывает доктор медицинских наук Евгений Маевский, профессор, заведующий лабораторией энергетики биологических систем Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН, один из создателей перфторана, так называемой голубой крови. Он работает над медицинскими приложениями перфторуглеродов с 1979 года.
При парциальном давлении в одну атмосферу в 100 миллилитрах воды растворяется всего 2,3 миллилитра кислорода. При тех же условиях перфторуглероды могут содержать до 50 миллилитров кислорода. Это делает их потенциально пригодными для дыхания.
“Например, при погружении на глубину через каждые 10 метров давление увеличивается как минимум на одну атмосферу. В итоге грудная клетка и легкие сожмутся до такой степени, что дышать в газовой среде станет невозможно. А если в легких находится переносящая газ жидкость, существенно большей плотности, чем воздух и даже вода, то они смогут функционировать. В перфторуглеродах можно растворить кислород без примеси азота, которого много в воздухе и растворение которого в тканях является одной из наиболее существенных причин кессонной болезни при подъеме с глубины”, — продолжает Маевский.
Кислород будет поступать в кровь из жидкости, наполняющей легкие. В ней же может растворяться переносимый кровью углекислый газ.
Принцип дыхания жидкостью прекрасно освоен рыбами. Их жабры пропускают через себя колоссальный объем воды, забирают растворенный там кислород и отдают в кровь. У человека нет жабр, а весь газообмен идет через легкие, площадь поверхности которых примерно в 45 раз превосходит площадь поверхности тела. Чтобы прогнать через них воздух, мы делаем вдох и выдох. В этом нам помогают дыхательные мышцы. Поскольку перфторуглероды плотнее, чем воздух, то дышать на поверхности с их помощью весьма проблематично.
“В этом и состоят наука и искусство подобрать такие перфторуглероды, чтобы облегчить работу дыхательных мышц и не допустить повреждения легких. Многое зависит от длительности процесса дыхания жидкостью, от того, насильственно или спонтанно оно происходит”, — заключает исследователь.
Однако принципиальных препятствий к тому, чтобы человек дышал жидкостью, нет. Евгений Маевский полагает, что продемонстрированную технологию российские ученые доведут до практического применения в ближайшие несколько лет.
От реанимации до спасения подводников
Ученые стали рассматривать перфторуглероды как альтернативу дыхательным газовым смесям в середине прошлого века. В 1962 году вышла статья голландского исследователя Йоханнеса Килстры (Johannes Kylstra) “О мышах-рыбах” (Of mice as fish), где описан опыт с грызуном, помещенным в насыщенный кислородом солевой раствор при давлении 160 атмосфер. Животное оставалось живым в течение 18 часов. Затем Килстра стал экспериментировать с перфторуглеродами, и уже в 1966 году в детском госпитале Кливленда (США) физиолог Леланд Кларк (Leland C. Clark) попытался применить их, чтобы наладить дыхание новорожденных, больных муковисцидозом. Это генетическое заболевание, при котором ребенок рождается с недоразвитыми легкими, его альвеолы схлопываются, что препятствует дыханию. Легкие таких пациентов промывают физраствором, насыщенным кислородом. Кларк решил, что лучше делать это кислородсодержащей жидкостью. Этот исследователь впоследствии много сделал для развития жидкостного дыхания.
В начале 1970-х “дыхательной” жидкостью заинтересовались в СССР, в значительной мере благодаря руководителю лаборатории ленинградского НИИ переливания крови Зое Александровне Чаплыгиной. Этот институт стал одним из лидеров проекта по созданию кровезаменителей — переносчиков кислорода на основе эмульсий перфторуглеродов и растворов модифицированного гемоглобина.
Над применением этих веществ для промывания легких активно работали в Институте сердечно-сосудистой хирургии Феликс Белоярцев и Халид Хапий.
“В наших экспериментах у мелких животных несколько страдали легкие, но все они выживали”, — вспоминает Евгений Маевский.
Систему дыхания с помощью жидкости разрабатывали по закрытой тематике в институтах Ленинграда и Москвы, а с 2008 года — на кафедре аэрогидродинамики Самарского государственного аэрокосмического университета. Там сделали капсулу типа “Русалка” для отработки жидкостного дыхания в случае экстренного спасения подводников с большой глубины. С 2015 года разработку испытывали в Севастополе по теме “Терек”, поддерживаемой ФПИ.
Наследие атомного проекта
Перфторуглероды (перфторуглеводороды) — это органические соединения, где все атомы водорода замещены на атомы фтора. Это подчеркивает латинская приставка “пер-“, означающая завершенность, целостность. Эти вещества не обнаружены в природе. Их пытались синтезировать еще в конце XIX века, но реально преуспели только после Второй мировой, когда они понадобились для атомной промышленности. Их производство в СССР наладил академик Иван Людвигович Кнунянц, основатель лаборатории фторорганических соединений в ИНЭОС РАН.
“Перфторуглероды использовали в технологии получения обогащенного урана. В СССР их крупнейшим разработчиком был Государственный институт прикладной химии в Ленинграде. В настоящее время их выпускают в Кирово-Чепецке и Перми”, — говорит Маевский.
Внешне жидкие перфторуглероды выглядят как вода, но ощутимо более плотные. Они не вступают в реакцию с щелочами и кислотами, не окисляются, разлагаются при температуре более 600 градусов. Фактически их считают химически инертными соединениями. Благодаря этим свойствам перфторуглеродные материалы применяют в реанимационной и регенеративной медицине.
“Есть такая операция — бронхиальный лаваж, когда человеку под наркозом промывают одно легкое, а потом другое. В начале 80-х вместе с волгоградским хирургом А. П. Савиным мы пришли к выводу, что эту процедуру лучше делать перфторуглеродом в виде эмульсии”, — приводит пример Евгений Маевский.
Эти вещества активно применяют в офтальмологии, для ускорения заживления ран, при диагностике заболеваний, в том числе онкологических. В последние годы метод ЯМР-диагностики с применением перфторуглеродов разрабатывают за рубежом. В нашей стране эти исследования успешно проводит коллектив ученых из МГУ им. М. В. Ломоносова под руководством академика Алексея Хохлова, ИНЭОС, ИТЭБ РАН и ИИФ (Серпухов).
Нельзя не упомянуть и то, что из этих веществ делают масла, смазки для систем, работающих в условиях высоких температур, включая реактивные двигатели.
