Надглибоке занурення чи може людина жити на глибині 700 м
Надглибоке занурення: чи може людина жити на глибині 700 м?
Ми живемо на планеті води, але земні океани знаємо гірше, ніж деякі космічні тіла. Більше половини поверхні Марса артографовано з роздільною здатністю близько 20 м - і тільки 10-15% океанського дна вивчено при дозволі хоча б 100 м. На Місяці побувало 12 людей, на дні Маріанської западини - троє, і всі вони не сміли і носа висунути з надміцних батискафів.
Занурюємося
Втім, на глибину існує альтернативний шлях. Замість того, щоб створювати все більш міцні корпуси, можна відправити туди живих водолазів. Рекорд тиску, перенесеного випробувачами в лабораторії, майже вдвічі перевищує здатність підводних човнів. Тут немає нічого неймовірного: клітини всіх живих організмів заповнені тією ж водою, яка вільно передає тиск у всіх напрямках.
Клітини не протистоять водному стовпу, як тверді корпуси субмарин, вони компенсують зовнішній тиск внутрішнім. Недарма мешканці «чорних курців», включаючи круглих хробаків і креветок, чудово почуваються на багатокілометровій глибині океанського дна. Деякі види бактерій непогано переносять навіть тисячі атмосфер. Людина тут не виняток — з тією лише різницею, що їй потрібне повітря.
Під поверхнею
Вже на метровій глибині тиск на грудну клітку піднімається до 1,1 атм — до повітря додається 0,1 атм водного стовпа. Подих тут вимагає помітного зусилля міжреберних м'язів, і впоратися з цим можуть тільки треновані атлети. При цьому навіть їх сил вистачить ненадовго і максимум на 4-5 м глибини, а новачкам важко дається подих і півметра. До того ж чим довша трубка, тим більше повітря міститься в ній самій. «Робочий» дихальний об'єм легеньстановить середньому 500 мл, і після кожного видиху частина відпрацьованого повітря залишається в трубці. Кожен вдих приносить дедалі менше кисню і дедалі більше вуглекислого газу.
Щоб доставляти свіже повітря, потрібна примусова вентиляція. Нагнітаючи газ під підвищеним тиском, можна полегшити роботу м'язів грудної клітки. Такий підхід застосовується не одне століття. Ручні насоси відомі водолазам з XVII століття, а в середині XIX століття англійські будівельники, які зводили підводні фундаменти для опор мостів, вже тривалий час працювали в атмосфері повітря. Для робіт використовувалися товстостінні, відкриті знизу підводні камери, у яких підтримували високий тиск. Тобто кесони.
Глибше 10 м
При швидкому зниженні тиску надлишок газу починає виділятися бурхливо, іноді спінюючи, як розкрита пляшка шампанського. Бульбашки, що з'являються, можуть фізично деформувати тканини, закупорювати судини і позбавляти їх постачання кров'ю, приводячи до найрізноманітніших і часто важких симптомів. На щастя, фізіологи розібралися з цим механізмом досить швидко, і вже у 1890-х роках декомпресійну хворобу вдавалося запобігти, застосовуючи поступове та обережне зниження тиску до норми – так, щоб азот виходив з організму поступово, а кров та інші рідини не «закипали» .
На початку ХХ століття англійський дослідник Джон Холдейн склав детальні таблиці з рекомендаціями щодо оптимальних режимів спуску та підйому, компресії та декомпресії. Експериментуючи з тваринами, а потім і з людьми — у тому числі із самим собою та своїми близькими, — Холдейн з'ясував, що максимальна безпечна глибина, яка не потребує декомпресії, становить близько 10 м, а за тривалого занурення — і того менше. Повернення з глибини має проводитися поетапноі не поспішаючи, щоб дати азоту час вивільнитися, зате краще спускатися досить швидко, скорочуючи час надходження надлишкового газу в тканини організму. Людям відкрилися нові межі глибини.
Глибше 40 м
Незважаючи на всі дослідження, механізм азотного сп'яніння детально не встановлений — втім, те саме можна сказати і про дію звичайного алкоголю. І той і інший порушують нормальну передачу сигналів у синапсах нервових клітин, а можливо навіть змінюють проникність клітинних мембран, перетворюючи іонообмінні процеси на поверхнях нейронів на повний хаос. Зовні те й інше проявляється теж подібним чином. Водолаз, що «словив азотну білочку», втрачає контроль над собою. Він може впасти в паніку і перерізати шланги або, навпаки, захопитися переказом анекдотів зграї веселих акул.
Позбутися анестезуючої дії азоту можна, знизивши його надходження в організм. Так працюють дихальні суміші нітрокси, що містять збільшену (іноді до 36%) частку кисню і, відповідно, знижену кількість азоту. Ще привабливіше було б перейти на чистий кисень. Адже це дозволило б вчетверо зменшити обсяги дихальних балонів або вчетверо збільшити час роботи з ними. Однак кисень - елемент активний, і при тривалому вдиханні токсичний, особливо під тиском.
Чистий кисень викликає сп'яніння та ейфорію, веде до пошкодження мембран у клітинах дихальних шляхів. При цьому нестача вільного (відновленого) гемоглобіну ускладнює виведення вуглекислого газу, призводить до гіперкапнії та метаболічного ацидозу, запускаючи фізіологічні реакції гіпоксії. Людина задихається, незважаючи на те, що кисню її організму цілком достатньо. Як встановив той же Холдейн-молодший, вже при тиску 7 атм дихати чистимкиснем можна не довше кількох хвилин, після чого починаються порушення дихання, конвульсії - все те, що на дайверському сленгу називається коротким словом "Блекаут".
Тому парціальний тиск кисню при диханні на глибині підтримується навіть нижче звичайного, а азот замінюють на безпечний газ, що не викликає ейфорії. Краще за інших підійшов би легкий водень, якби не його вибухонебезпечність у суміші з киснем. У результаті водень використовується рідко, а звичайним замінником азоту у суміші став другий за легкістю газ, гелій. На його основі виробляють киснево-гелієві або киснево-гелієво-азотні дихальні суміші — геліокси та трімікси.
Глибше 80 м
Тому вже кілька десятиліть для цього використовують глибоководні барокамери. Люди живуть у них часом цілими тижнями, працюючи позмінно та здійснюючи екскурсії назовні через шлюзовий відсік: тиск дихальної суміші в «житло» підтримується рівним тиску водного середовища навколо. І хоча декомпресія при підйомі зі 100 м займає близько чотирьох діб, а з 300 м більше тижня, пристойний термін роботи на глибині робить ці втрати часу цілком виправданими.
Методи тривалого перебування у середовищі з підвищеним тиском опрацьовувалися із середини ХХ століття. Великі гіпербаричні комплекси дозволили створювати потрібний тиск у лабораторних умовах, і відважні випробувачі на той час встановлювали один рекорд за іншим, поступово переходячи й у море. 1962 року Роберт Стенюї провів 26 годин на глибині 61 м, ставши першим акванавтом, а трьома роками пізніше шестеро французів, дихаючи триміксом, прожили на глибині 100 м майже три тижні.
Тут почалися нові проблеми, пов'язані з тривалим перебуванням людей в ізоляції та в некомфортній обстановці. Через високу теплопровідність геліюводолази втрачають тепло з кожним видихом газової суміші, і в їхньому «будинку» доводиться підтримувати стабільно жарку атмосферу — близько 30 °C, а вода створює високу вологість. Крім того, низька щільність гелію змінює тембр голосу, серйозно ускладнюючи спілкування. Але навіть усі ці труднощі разом узяті не поставили б межу наших пригод у гіпербаричному світі. Є обмеження і важливіше. Навіщо дихати із закритим носом
Глибше 600 м
Додавання до киснево-гелієвої суміші невеликих (до 9%) кількостей азоту дозволяє дещо послабити ці ефекти. Тому рекордні занурення на геліоксі досягають планки 200-250 м, а на азотовмісному триміксі - близько 450 м у відкритому морі і 600 м у компресійній камері. Законодавцями у цій галузі стали — і досі залишаються французькі акванавти. Чергування повітря, складних дихальних сумішей, хитрих режимів занурення та декомпресії ще в 1970-х дозволило водолазам подолати планку 700 м глибини, а створену учнями Жака Кусто компанію COMEX зробило світовим лідером у водолазному обслуговуванні морських нафтовидобувних платформ. Деталі цих операцій залишаються військовою та комерційною таємницею, тому дослідники інших країн намагаються наздогнати французів, рухаючись своїми шляхами.
Намагаючись опуститися глибше, радянські фізіологи вивчали можливість заміни гелію важчими газами, наприклад, неоном. Експерименти з імітації занурення на 400 м у киснево-неоновій атмосфері проводились у гіпербаричному комплексі московського Інституту медико-біологічних проблем (ІМШП) РАН та у секретному «підводному» НДІ-40 Міністерства оборони, а також у НДІ Океанології ім. Ширшова. Проте тяжкість неону продемонструвала свій зворотний бік.
Можна підрахувати, що вже при тиску 35 атм щільність киснево-неонової суміші дорівнює щільності киснево-гелієвої приблизно при 150 атм. А далі — більше: наші повітроносні шляхи просто не пристосовані для прокачування такого густого середовища. Випробувачі ІМШП повідомляли, що коли легені та бронхи працюють з такою щільною сумішшю, виникає дивне і важке відчуття, «ніби ти не дихаєш, а п'єш повітря». У пильному стані досвідчені водолази ще здатні з цим впоратися, але в періоди сну — а на таку глибину не дістатись, не витративши довгі дні на спуск і підйом — вони раз у раз прокидаються від панічного відчуття ядухи. І хоча військовим акванавтам із НДІ-40 вдалося досягти 450-метрової планки та здобути заслужені медалі Героїв Радянського Союзу, принципово це питання не вирішило.
Нові рекорди занурення ще можуть бути поставлені, але ми, певне, підібралися до останнього кордону. Нестерпна щільність дихальної суміші, з одного боку, і нервовий синдром високих тисків - з іншого, мабуть, ставлять остаточну межу подорожей людини під екстремальним тиском.
Рідкісне дихання Поки що напівфантастичний підхід до підкорення глибини полягає у використанні речовин, здатних взяти на себе доставку газів замість повітря, наприклад замінника плазми перфторану. Теоретично, легені можна заповнити цією блакитною рідиною і, насичуючи киснем, прокачувати її насосами, забезпечуючи дихання взагалі без газової суміші. Втім, цей метод залишається глибоко експериментальним, багато фахівців вважають його зовсім тупиковим, а, наприклад, у США застосування перфторану офіційно заборонено.
Сподобався наш веб-сайт? Приєднуйтесь або підпишіться (на пошту надходитимуть повідомлення про нові теми) на наш канал в МирТесен!