Як риба у воді
Чи може людина дихати рідиною і навіщо це потрібно
Найбільш вражаюче рідинне дихання показано у фільмі Джеймса Кемерона «Безодня».
Правда, у такому вигляді досліди на людях ще ніколи не проводилися. Але в цілому вчені не сильно поступаються Кемерону щодо дослідження цього питання.
Кілстра та його колеги занурювали мишей у фізрозчин. Щоб розчинити в ньому достатню для дихання кількість кисню, дослідниками «вганяли» газ у рідину під тиском до 160 атмосфер як на глибині 1,5 кілометра. Миші в цих експериментах виживали, але не дуже довго: кисню в рідині було достатньо, а ось сам процес дихання, втягування та виштовхування рідини з легенів вимагав надто великих зусиль.
Стало зрозуміло, що потрібно підібрати таку рідину, в якій кисень розчинятиметься набагато краще, ніж у воді. Необхідними властивостями мали два типи рідин: силіконові олії та рідкі перфторвуглеці. Після експериментів Леланда Кларка (Leland Clark), біохіміка з медичної школи університету Алабами, в середині 1960-х років з'ясувалося, що обидва типи рідин можна використовувати для доставки кисню в легені. У дослідах мишей і кішок повністю занурювали і перфторвуглеці, і в силіконові масла. Проте останні виявилися токсичними — піддослідні звірі гинули невдовзі після експерименту. А ось перфторвуглеці виявилися цілком придатними для використання.
Перфторвуглеці були вперше синтезовані в ході Манхеттенського проекту створення атомної бомби: вчені шукали речовини, які б не руйнувалися при взаємодії зі сполуками урану, і вони проходили під кодовою назвою «речовини Джо» (Joe's stuff). Для рідинного дихання вони підходять дуже добре: «речовини Джо» не взаємодіють із живими тканинами і чудоворозчиняють гази, у тому числі кисень і вуглекислий газ при атмосферному тиску та нормальній температурі людського тіла.
Кілстра та його колеги досліджували технологію рідинного дихання у пошуках технології, яка б дозволяла людям занурюватися та спливати на поверхню, не побоюючись розвитку кесонної хвороби. Швидке піднесення з великої глибини із запасом стиснутого газу дуже небезпечне: гази краще розчиняються в рідинах під тиском, тому в міру того, як водолаз спливає, розчинені в крові гази, зокрема азот, утворюють бульбашки, які пошкоджують кровоносні судини. Результат може бути сумним, аж до смертельного.
У 1977 році Кілстра представив у Військово-морське міністерство США висновок, в якому писав, що, за його розрахунками, здорова людина може отримувати необхідну кількість кисню при використанні перфторвуглеців, і, відповідно, потенційно можливо їх використовувати замість стиснутого газу. Вчений вказував, що така нагода відкриває нові перспективи для порятунку підводників із великих глибин.
Експерименти на людях
На практиці техніка рідинного дихання, яка на той час отримала назву рідинної вентиляції легень, була застосована на людях лише один раз, у 1989 році. Тоді Томас Шаффер (Thomas Shaffer), педіатр із медичної школи Темпльського університету (США), та його колеги використали цей метод для порятунку недоношених немовлят. Легкі зародка в утробі матері заповнені рідиною, а коли людина народжується і починає дихати повітрям, тканинам легень протягом усього життя не дає злипатися суміш речовин, звана легеневим сурфактантом. У недоношених немовлят він не встигає накопичитися в потрібній кількості, і дихання вимагає дуже великих зусиль, що загрожує летальним.результатом. Того разу, щоправда, рідинна вентиляція немовлят не врятувала: усі троє пацієнтів невдовзі померли, проте цей сумний факт було віднесено щодо інших причин, а не щодо недосконалості методу.
Більше експериментів із тотальної рідинної вентиляції легень, як ця технологія називається по-науковому, на людях не проводилося. Однак у 1990-х роках дослідники модифікували метод і проводили на пацієнтах з тяжким запальним ураженням легень експерименти з часткової рідинної вентиляції, при якій легені заповнюються не повністю. Перші результати виглядали обнадійливими, але, зрештою, до клінічного застосування справа не дійшла — виявилося, що звичайна вентиляція легенів повітрям працює не гірше.
Патент на фантастику
В даний час дослідники повернулися до ідеї використання повної рідинної вентиляції легень. Однак фантастична картина водолазного костюма, в якому людина дихатиме рідиною замість спеціальної суміші газів, далека від реальності, хоч і розбурхує уяву публіки та уми винахідників.
Так, у 2008 році американський хірург Арнольд Ланде (Arnold Lande), що відійшов від справ, запатентував водолазний костюм з використанням технології рідинної вентиляції. Замість стисненого газу він запропонував використовувати перфторвуглеці, а надлишок вуглекислоти, яка утворюватиметься в крові, виводити за допомогою штучних зябер, «устромлених» прямо в стегнову вену водолаза. Винахід отримав певну популярність після того, як про нього написало виданняThe Inpependent.
Головна проблема «рідинного дихання»
Більше того, Мішо вважає саму ідею «рідкого дихання» сумнівною, оскільки для «дихання» рідиною людська мускулатура не пристосована, аефективна система насосів, яка б допомагала закачувати та викачувати рідину з легких людини, коли вона рухається та виконує якусь роботу, досі не розроблена.
«Я маю зробити висновок, що на сучасному етапі розвитку технологій неможливо розробити водолазний костюм, використовуючи метод рідинної вентиляції», — вважає дослідник.
Однак застосування цієї технології продовжує досліджуватися для інших більш реалістичних цілей. Наприклад, для допомоги потонулим, промивання легень при різних захворюваннях або швидкого зниження температури тіла (застосовується у випадках реанімації при зупинці серця у дорослих та новонароджених із гіпоксично-ішемічним ураженням мозку).