هل يستطيع الإنسان أن يتنفس سائلاً؟ التنفس العميق
عند تسلق الجبال ، بسبب انخفاض الضغط الجوي ، ينخفض الضغط الجزئي للأكسجين في الفضاء السنخي. عندما ينخفض هذا الضغط عن 50 مم زئبق . فن. (على ارتفاع 5 كم) ، يحتاج الشخص غير المتكيف إلى استنشاق خليط غازي يزداد فيه محتوى الأكسجين. على ارتفاع 9 كم ، ينخفض الضغط الجزئي في الهواء السنخي إلى 30 ملم زئبق. . الفن ، ومن المستحيل عمليا الصمود في مثل هذه الحالة. لذلك ، يتم استنشاق الأكسجين بنسبة 100 ٪. في هذه الحالة ، عند ضغط بارومتري معين ، يكون الضغط الجزئي للأكسجين في الهواء السنخي 140 ملم زئبق. . الفن الذي يخلق فرصا كبيرة لتبادل الغازات. على ارتفاع 12 كم ، عندما يتم استنشاق الهواء العادي ، يكون الضغط السنخي 16 مم زئبق. . فن. (الموت) ، عند استنشاق الأكسجين النقي - 60 ملم زئبق فقط . الفن ، أي أنه لا يزال بإمكانك التنفس ، لكنه خطير بالفعل. في هذه الحالة ، يمكن توفير الأكسجين النقي تحت الضغط وضمان التنفس عند الصعود إلى ارتفاع 18 كم. مزيد من الصعود ممكن فقط في بدلات الفضاء.
التنفس تحت الماء على أعماق كبيرة
عندما ينزل تحت الماء ، يزداد الضغط الجوي. على سبيل المثال ، على عمق 10 أمتار ، يكون الضغط 2 الغلاف الجوي ، على عمق 20 م - 3 أجواء ، إلخ. في هذه الحالة ، يزيد الضغط الجزئي للغازات في الهواء السنخي بمقدار 2 و 3 مرات ، على التوالي.
هذا يهدد بإذابة عالية للأكسجين. لكن فائضه لا يقل ضررا على الجسم من نقصه. لذلك ، فإن إحدى طرق تقليل هذا الخطر هي استخدام خليط غازي فيه نسبة مئويةيتم تقليل الأكسجين. على سبيل المثال ، على عمق 40 مترًا ، يعطون خليطًا يحتوي على 5 ٪ أكسجين ، على عمق 100 م - 2 ٪.
المشكلة الثانيةهو تأثير النيتروجين. عندما يزداد الضغط الجزئي للنيتروجين ، يؤدي ذلك إلى زيادة انحلال النيتروجين في الدم ويسبب حالة مخدرة. لذلك تبدأ من عمق 60 م , يتم استبدال خليط النيتروجين والأكسجين بخليط هيليوكسجين. الهليوم أقل سمية. يبدأ التأثير المخدر فقط على عمق 200-300 متر. . يجري البحث حاليًا حول استخدام مخاليط الهيدروجين والأكسجين للتشغيل على أعماق تصل إلى 2 كم ، لأن الهيدروجين غاز خفيف جدًا.
المشكلة الثالثةعمليات الغوص - هذا هو الضغط. إذا ارتفعت بسرعة من عمق ، فإن الغازات المذابة في الدم تغلي وتسبب انسدادًا غازيًا - انسداد الأوعية الدموية. لذلك ، فإن الضغط التدريجي مطلوب. على سبيل المثال ، يتطلب التسلق من عمق 300 متر إزالة الضغط لمدة أسبوعين.
سيساعد نظام التنفس السائل الذي طورته مؤسسة الدراسة المتقدمة (FPI) الغواصين على الصعود بسرعة إلى السطح دون الإصابة بداء تخفيف الضغط. سيشارك الروبوت المجسم فيدور في اختبارات مركبة فضائية روسية جديدة ويمكن أن يساعد روساتوم في التخلص من النفايات النووية. سيتم اختبار غواصة شديدة العمق في قاع خندق ماريانا. تحدث فيتالي دافيدوف ، رئيس المجلس العلمي والتقني للصندوق ، لإيزفستيا عن مشاريع مبادرة الاستثمار المباشر.
- كم عدد المشاريع التي نفذها الصندوق وأي منها تود إبرازها؟
في مراحل مختلفةلدينا حوالي 50 مشروعًا قيد التنفيذ. اكتمل 25 آخر. يتم نقل النتائج التي تم الحصول عليها أو نقلها إلى العملاء. تم إنشاء متظاهرين للتكنولوجيا ، وتم تلقي حوالي 400 نتيجة من النشاط الفكري. مجموعة من الموضوعات - من الغوص إلى قاع خندق ماريانا إلى الفضاء.
من المشاريع المنجزةيمكننا تسمية ، على سبيل المثال ، أجريت بنجاح في العام الماضي ، جنبًا إلى جنب مع مؤسسة بناء محركات الصواريخ الرائدة NPO Energomash ، اختبارات صاروخ محرك تفجير. في الوقت نفسه ، ولأول مرة في العالم ، تلقت المؤسسة وضع تشغيل مستقر لمفجر محرك نفاث. إذا كان الأول ل تكنولوجيا الفضاء، ثم الثاني - للطيران. ستواجه الطائرات التي تفوق سرعتها سرعة الصوت التي تستخدم مثل هذه الأنظمة العديد من المشكلات. على سبيل المثال ، مع درجات حرارة عالية. وجد الصندوق حلاً لهذه المشاكل باستخدام تأثير الانبعاث الحراري - تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة كهربائية. في الواقع ، نتلقى الكهرباء لتشغيل أنظمة الجهاز وفي نفس الوقت نقوم بتبريد عناصر هيكل الطائرة والمحرك.
- من أشهر مشاريع المؤسسة هو الروبوت فيدور. هل انتهى؟
– نعم ، تم الانتهاء من العمل في Fedor. يتم الآن تسليم النتائج إلى وزارة حالات الطوارئ. علاوة على ذلك ، اتضح أنهم مهتمون ليس فقط بوزارة حالات الطوارئ ، ولكن أيضًا بالوزارات الأخرى ، وكذلك الشركات الحكومية. ربما سمع الكثيرون أن روسكوزموس ستستخدم تقنيات فيدورلإنشاء روبوت اختبار يطير على طيار روسي جديد سفينة فضائية"الاتحاد". أظهرت Rosatom اهتمامًا كبيرًا بالروبوت. يحتاج إلى تقنيات توفر القدرة على العمل في ظروف خطرة على الإنسان. على سبيل المثال ، عند التخلص من النفايات النووية.
- هل يمكن استخدام فيدور لإنقاذ أطقم الغواصات ومسح السفن الغارقة؟
يمكن استخدام التقنيات التي تم الحصول عليها أثناء إنشاء Fedor لأغراض مختلفة. ينفذ الصندوق عددًا من المشاريع المتعلقة بالمركبات غير المأهولة تحت الماء. ومن حيث المبدأ ، يمكن دمج تقنيات الروبوت المجسم فيها. بخاصة، من المخطط إنشاء مركبة تحت الماء للتشغيل في أعماق قصوى. نحن عازمون على اختباره في خندق ماريانا. في نفس الوقت ليس من السهل أن نغرق في القاع مثل أسلافنا ولكن توفير إمكانية الحركة في المنطقة القريبة من القاع وتنفيذها بحث علمي. لم يقم أحد بهذا حتى الآن.
في الولايات المتحدة ، يتم تطوير روبوت رباعي الأرجل لنقل البضائع BigDog. هل يتم تنفيذ تطورات مماثلة في الـ FPI؟
أما منصات المشي لحمل البضائع أو الذخيرة فلا يقوم الصندوق بهذا العمل. لكن بعض المنظمات التي نتعاون معها ، من تلقاء نفسها ، شاركت في مثل هذه التطورات. لا تزال مسألة ما إذا كانت هناك حاجة لمثل هذا الروبوت في ساحة المعركة مفتوحة. في معظم الحالات ، يكون استخدام المركبات ذات العجلات أو المركبات المجنزرة أكثر ربحية.
- ما هي المنصات الروبوتية التي يتم إنشاؤها في FPI ، إلى جانب Fedor؟
نحن نطور مجموعة من المنصات لأغراض مختلفة. هذه هي الروبوتات الأرضية والجوية والبحرية. القيام بمهام الاستطلاع ونقل البضائع والقدرة على القيام بها قتال. يتمثل أحد مجالات العمل في هذا المجال في تحديد مظهر وتطوير أساليب استخدام الطائرات بدون طيار ، بما في ذلك الطائرات الجماعية. أعتقد أنه إذا استمر كل شيء بنفس الوتيرة ، فسيحدث في المستقبل القريب توسع كبير في استخدام الطائرات بدون طيار ، بما في ذلك حل المهام القتالية.
- تقوم FPI بتطوير قمر صناعي للغلاف الجوي "Owl" - طائرة كهربائية كبيرة. كيف تسير اختباراته؟
-تم الانتهاء من اختبار مركبة Sova الجوية بدون طيار. تمت رحلة طيران طويلة على ارتفاع حوالي 20 ألف متر ، ولكن لسوء الحظ سقطت العبوة في منطقة اضطراب شديد وتعرضت لأضرار جسيمة. ولكن بحلول ذلك الوقت كنا قد تلقينا بالفعل جميع البيانات اللازمة ، كنا مقتنعين بكل من احتمالات اتجاه البحث نفسه وصحة المختار حلول بناءة . سيتم استخدام الخبرة المكتسبة في إنشاء واختبار جهاز بالحجم الكامل.
مؤسسة "Roskosmos" NPO لهم. يجري Lavochkina تطورًا مشابهًا - إنشاء قمر صناعي في الغلاف الجوي "Aist". هل تتابع تطور المنافسين؟
نحن على دراية بهذه الأعمال ، ونبقى على اتصال بمطوري Aist. لا يتعلق الأمر بالمنافسة ، بل يتعلق بالتكامل.
هل يمكن استخدام مثل هذه الأجهزة في منطقة القطب الشمالي ، حيث لا توجد اتصالات وبنية تحتية لعمليات الإقلاع والهبوط المتكررة؟
يجب أن يؤخذ في الاعتبار أنه في الربيع والخريف ، وحتى أكثر من ذلك أثناء الليل القطبي ، قد لا يتلقى "القمر الصناعي الجوي" ببساطة الطاقة اللازمة لشحن البطاريات. هذا يحد من تطبيقه.
في الآونة الأخيرة ، تم عرض تقنيات التنفس السائل للجمهور - يتم غمر الكلاب الألمانية في سائل خاص غني بالأكسجين. تسببت مظاهرة "الغرق" في موجة من الاحتجاجات. فهل يستمر العمل في هذا الاتجاه بعد هذا؟
-يستمر العمل على التنفس السائل. بناءً على تطورنا ، يمكن إنقاذ آلاف الأرواح. و نحن نتكلمليس فقط حول الغواصات ، الذين ، بفضل التنفس السائل ، سيكونون قادرين على الصعود بسرعة إلى السطح دون عواقب في شكل مرض تخفيف الضغط. يأكل خط كاملأمراض وإصابات الرئتين ، والتي يمكن تحقيق النجاح في علاجها بمساعدة التنفس السائل. هناك احتمالات مثيرة للاهتمام لاستخدام تقنية التنفس السائل للتبريد السريع للجسم ، عندما يكون من الضروري إبطاء العمليات التي تحدث فيه.الآن يتم ذلك عن طريق التبريد الخارجي أو عن طريق إدخال محلول خاص في الدم. يمكنك أن تفعل الشيء نفسه ، ولكن بشكل أكثر فاعلية ، عن طريق ملء الرئتين بخليط تنفسي مبرد.
أنطون تونشين ، رئيس مختبر FPI لإنشاء التنفس السائل ، مع كلب ألماني يدعى نيكولاس ، بمساعدة علماء من مؤسسة الأبحاث المتقدمة (FPI) درسوا إمكانيات التنفس السائل
وتجدر الإشارة إلى أنه لا يوجد ضرر على صحة الحيوانات المشاركة في هذه التجارب. كل "المجربين" على قيد الحياة.يتم الاحتفاظ ببعضهم في المختبر ، حيث تتم مراقبة حالتهم. أصبح العديد منهم حيوانات أليفة للموظفين ، ولكن يتم أيضًا مراقبة حالتهم بشكل دوري من قبل المتخصصين لدينا. تشير نتائج الملاحظات إلى عدم وجود عواقب سلبية للتنفس السائل. لقد تم تطوير التكنولوجيا وانتقلنا إلى إنشاء أجهزة خاصة لتطبيقها العملي.
- متى ستبدأ في دراسة التنفس السائل عند البشر؟
من الناحية النظرية ، نحن جاهزون لمثل هذه التجارب ، ولكن لبدءها ، من الضروري على الأقل إنشاء المعدات المناسبة والعمل بها.
في وقت من الأوقات ، طور FPI منصة برمجية لتصميم معدات مختلفة ، مصممة لتحل محل البرامج الأجنبية. هل تستخدم في مكان ما؟
العمل على خلق بيئة موحدة للهندسة الروسية برمجة"المعشبة" اكتمل بالفعل. الآن يتم النظر في مسألة استخدامه في Rosatom و Roskosmos - لتصميم عينات واعدة من منتجات الصناعة النووية ، وكذلك الصواريخ وتكنولوجيا الفضاء.
- هل يعمل الصندوق في مجال تقنيات الواقع المعزز؟
-نعم ، يقوم الصندوق بمثل هذا العمل - على وجه الخصوص ، مع KamAZ. ابتكر أحد مختبراتنا نموذجًا أوليًا لنظارات الواقع المعزز التي توفر التحكم في تجميع مكونات السيارة. يخبرك البرنامج بالجزء الذي يجب أن تأخذه ومكان تثبيته. إذا قام المشغل بتنفيذ إجراءات غير صحيحة ، مثل التراجع عن النظام المعمول بهتجميع المنتج أو تثبيت عناصره بشكل غير صحيح ، يصدر إشعار مسموع حول الخطوة الخاطئة ، ويتم عرض معلومات حول الخطأ على النظارات.في هذه الحالة ، يتم تسجيل حقيقة الأفعال غير الصحيحة أو حتى محاولتها في المجلة الإلكترونية. نتيجة لذلك ، يجب إنشاء نظام يستبعد إمكانية التجميع غير الصحيح. في المستقبل ، نعتزم تطوير هذا النظام في اتجاه التصغير ، لاستبدال النظارات بأجهزة أكثر تقدمًا.
ترتبط آفاق تكنولوجيا الحوسبة الآن بالتطور أجهزة الكمبيوتر الكموميةوحماية المعلومات - مع التشفير الكمومي. هل تقوم FPI بتطوير هذه المناطق؟
تتعامل المؤسسة مع القضايا المتعلقة بالحوسبة الكمية ، وإنشاء قاعدة عنصر مناسبة. أما بالنسبة للتواصل الكمي ، فالجميع على دراية بتجارب الزملاء الصينيين. لكننا لا نقف مكتوفي الأيدي.
في خريف عام 2016 ، قدم كل من FPI و Rostelecom نقل المعلومات الكمية عبر كابل ألياف ضوئية بين Noginsk و Pavlovsky Posad. كانت التجربة ناجحة. اليوم يمكنك التحدث بالفعل على هاتف كمومي. ميزة مهمةالنقل الكمي للمعلومات هو استحالة اعتراضها.
في سياق التجربة المذكورة أعلاه ، تم توفير الاتصال الكمي على مسافة حوالي 30 كم. من الناحية الفنية ، لا توجد مشاكل لتنفيذه على نطاق أكبر. نحن نستعد لإجراء جلسة اتصال عبر قناة الغلاف الجوي. نحن نعمل على إمكانية إجراء تجربة على الاتصال الكمي من الفضاء باستخدام إمكانات محطة الفضاء الدولية.
Ichthyanders بيننا. بدأ العلماء الروس اختبار تقنية التنفس السائل في الغواصات. التجارب تجرى حاليا على الكلاب. الرقم القياسي لاستنشاق السائل هو بالفعل 30 دقيقة. اكتشف مراسل فيستي إف إم سيرجي جولولوبوف كيف يتم إحياء المعجزات من الروايات والأفلام.
مراقبة التجربة. يتم غمر الكلاب الألمانية في حمام من السائل ووجهه لأسفل. والمثير للدهشة أن الكلب لم يختنق ، بل بدأ يتنفس نفس السائل. ابتلاعها متشنج ، رعشة. لكنها كانت تتنفس. بعد 15 دقيقة أخرجوها. كان الكلب خاملًا ، وأكثر احتمالًا بسبب انخفاض حرارة الجسم ، ولكن الأهم من ذلك أنه كان على قيد الحياة. وبعد فترة ، عادت إلى مزاجها المعتاد المرح. معجزة. تم عرض شيء مشابه في فيلم هوليوود الشهير "Abyss" عام 1989. هناك ، تم سكب بعض الإضافات في قارورة بالماء ، وتم إطلاق جرذ أبيض هناك. ويتم تصوير كل شيء بشكل طبيعي. والفأر في الواقع قد تنفس تحت الماء.
وخدعة هذه الحلقة من فيلم "الهاوية" هي أن الجرذ لم يتنفس الماء على هذا النحو ، بل كان يتنفس نوعًا من السوائل الخاصة. على هذا الأساس تعتمد تقنية التنفس السائل. تعتبر مركبات الكربون المشبع أنسب المواد لهذا الغرض. يذوبون الأكسجين وثاني أكسيد الكربون جيدًا في أنفسهم ولا يؤذون الجسم. أي أن الكائنات الحية لا تستنشق الماء ، ولكن تلك الكربونات السائلة نفسها. قال اختصاصي أمراض الرئة ، رئيس الموضوع العلمي عن التنفس السائل منذ الثمانينيات ، لماذا يحتاجه الناس. أندري فيليبينكو.
"هذا ضروري لإنقاذ البحارة. عند الضغط العالي ، إذا كان لديهم سائل في رئتهم ، إذا قاموا باستخراج الأكسجين من هذا السائل ، فسيكونون قادرين على الخروج بعمق كبير ، وبسرعة ، دون أي مشكلة في تخفيف الضغط ، يرتفعون إلى السطح.
من المعروف أن الخروج من أعماق كبيرة يستغرق ساعات للغواصين والغواصات. إذا صعدت إلى السطح بسرعة ، فسوف يتفوق عليك مرض تخفيف الضغط. فقاعات النيتروجين التي تدخل مجرى الدم مع خليط الجهاز التنفسي تغلي بسبب انخفاض حاد في الضغط وتدمر الأوعية الدموية. إذا كنت تستخدم الجهاز مع سائل تنفس خاص ، فلن تظهر هذه المشاكل ، كما يوضح أندري فيليبينكو.
"سائل الفلوروكربون هو ناقل ، إذا جاز التعبير ، للنيتروجين والأكسجين ، أي الناقل. ولكن على عكس النيتروجين ، الذي يمر في أنسجة الجسم تحت ضغط مرتفع ، في العمق ، وبسبب هذا يحدث مرض الانحناء ، فهذا ليس هو الحال هنا. أي أنه لا يوجد سبب لمرض تخفيف الضغط. لا يوجد فرط التشبع مع غاز خامل من الجسم. وهذا يعني أنه لا يوجد سبب أساسي للفقاعات ".
تم إجراء تجارب على التنفس السائل بنشاط منذ الستينيات في الاتحاد السوفيتي والولايات المتحدة الأمريكية. لكن الأمر لم يتجاوز التجارب على الحيوانات. بعد انهيار الاتحاد ، فشل بحثنا العلمي في هذا الاتجاه. لكن استمرت التطورات القوية للغاية. والآن تقرر استخدامها بطريقة جديدة ، كما يقول أندري فيليبينكو.
"عمل أساسي رائع في تقنية التنفس السائل ، وفي السوائل. بالإضافة إلى أنه لا يزال لدينا عواقب هذه السوائل. لأن جميع مركبات الفلوروكربون المحقونة في الدم ، ونحن نستخدم هذه المادة منذ 25 عامًا ، تخرج عبر الرئتين. أي أننا نعرف أيضًا عواقب التأثير على الجسم من جراء إدخال المركبات الكربونية الفلورية المشبعة فيه. الأمريكيون أو الفرنسيون أو البريطانيون ليس لديهم مثل هذه البيانات.
في الآونة الأخيرة ، أنشأ العلماء الروس كبسولة خاصة للكلاب ، والتي كانت مغمورة في غرفة مائية بها ضغط دم مرتفع. والآن يمكن للكلاب أن تتنفس دون عواقب صحية لأكثر من نصف ساعة على عمق يصل إلى نصف كيلومتر. وسرعان ما يخطط للانتقال إلى التجارب على البشر. أسوأ شيء ، بالطبع ، هو إجبار نفسك على استنشاق السائل ، كما يوضح رئيس اتحاد الأنشطة تحت الماء في روسيا. فالنتين ستاشفسكي:
عندما تستنشق الماء ، فهذا مجرد كابوس. هذا يعني الطريقة الأولى للغرق. هكذا كان الحال بالنسبة لجميع الأحداث التاريخية السابقة. أنت تختنق بمجرد أن يضرب الماء الخطوط الجويةوما إلى ذلك وهلم جرا".
ومع ذلك ، فإن أولئك الذين يريدون أن يغرقوا بالفعل ، ولكن في نفس الوقت يبدأون في التنفس مثل رجل برمائي ، حسنًا ، أو صادكو ، لدينا ، ملاحظات أندري فيليبينكو.
"هناك متطوعون. لكن دعنا نوضح على الفور أن الأشخاص الذين يفهمون جيدًا ما يمكن أن يحدث فقط هم من المتطوعين هنا. وهذا يعني أنه في الواقع يمكن أن يكون هؤلاء الأطباء هم فقط الذين قاموا بالكثير من التنفس السائل. هؤلاء هم في فريقنا. وليس وحده. تحتاج فقط إلى تنظيم كل شيء بشكل صحيح ".
الآن تم نقل العمل على التنفس السائل إلى معهد أبحاث الطب المهني. الهدف الرئيسي من البحث هو إنشاء بدلة خاصة ستكون مفيدة ليس فقط للغواصات ، ولكن أيضًا للطيارين ورواد الفضاء. لكننا نكرر أننا نتحدث عن استنشاق سوائل خاصة. تنفس مع الماء مباشرة ، مثل الإكثياندر ، وهو غير متاح للإنسان.
ربما تكون هذه عبارة مبتذلة في الخيال العلمي: تدخل مادة لزجة معينة إلى بدلة أو كبسولة بسرعة كبيرة ، و الشخصية الرئيسيةفجأة يكتشف بنفسه مدى سرعة فقده لبقية الهواء من رئتيه ، وتمتلئ أحشائه بسائل غير عادي من الظل من اللمف إلى الدم. في النهاية ، حتى أنه يشعر بالذعر ، لكنه يأخذ بضع رشفات غريزية ، أو بالأحرى يتنهد ، ويتفاجأ عندما يجد أنه يستطيع أن يتنفس هذا المزيج الغريب كما لو كان يتنفس هواءًا عاديًا.
هل ما زلنا بعيدين عن إدراك فكرة التنفس السائل؟ هل يمكن استنشاق خليط سائل وهل هناك حاجة حقيقية لذلك؟
هناك ثلاث طرق واعدة لاستخدام هذه التكنولوجيا: الطب ، والغوص إلى أعماق كبيرة ، والملاحة الفضائية.
يزداد الضغط على جسم الغواص مع كل عشرة أمتار في جو واحد. بسبب الانخفاض الحاد في الضغط ، يمكن أن يبدأ مرض تخفيف الضغط ، حيث تبدأ المظاهر التي تبدأ فيها الغازات المذابة في الدم في الغليان مع ظهور الفقاعات. أيضا في ضغط مرتفعاحتمال التسمم بالأكسجين والنيتروجين المخدر. يتم محاربة كل هذا باستخدام خلطات تنفسية خاصة ، لكنها لا تعطي أي ضمانات ، بل تقلل من الاحتمالية فقط. عواقب غير سارة. بالطبع يمكنك ارتداء بدلات الغوص التي تحافظ على الضغط على جسم الغواص ومزيج تنفسه في جو واحد بالضبط ، لكنها بدورها كبيرة وضخمة تجعل الحركة صعبة ومكلفة للغاية.
التنفس السائليمكن أن يوفر حلاً ثالثًا لهذه المشكلة مع الحفاظ على حركة ملابس الغوص المرنة والمخاطر المنخفضة للبدلات الصلبة. على عكس خلائط التنفس باهظة الثمن ، فإن سوائل التنفس لا تشبع الجسم بالهيليوم أو النيتروجين ، لذلك ليست هناك حاجة أيضًا إلى تخفيف الضغط البطيء لتجنب مرض تخفيف الضغط. 
في الطب ، يمكن استخدام التنفس السائل في علاج الأطفال الخدج من أجل تجنب تلف القصبات الهوائية غير المتطورة في الرئتين بسبب الضغط والحجم وتركيز الأكسجين في هواء أجهزة التنفس الصناعي. اختر وجرب مخاليط مختلفةلضمان بقاء الجنين الخديج بدأ بالفعل في التسعينيات. من الممكن استخدام خليط سائل مع توقف كامل أو قصور تنفسي جزئي.
ترتبط رحلة الفضاء بأحمال زائدة كبيرة ، وتوزع السوائل الضغط بالتساوي. إذا كان الشخص مغمورًا في سائل ، فعند التحميل الزائد ، ينتقل الضغط إلى جسمه بالكامل ، وليس دعامات محددة (ظهور الكرسي وأحزمة المقاعد). تم استخدام هذا المبدأ لإنشاء بدلة Libelle g-suit ، وهي بدلة فضاء صلبة مملوءة بالماء ، مما يسمح للطيار بالبقاء واعيًا وفعالًا حتى عند قوى التسارع التي تزيد عن 10 جم.
هذه الطريقة محدودة باختلاف الكثافة بين أنسجة جسم الإنسان وسائل الغمر المستخدمة ، وبالتالي فإن الحد الأقصى هو 15-20 جرام. ولكن يمكنك الذهاب إلى أبعد من ذلك وملء الرئتين بسائل قريب من كثافة الماء. سيشعر رائد الفضاء الذي ينغمس تمامًا في السائل والسائل التنفسي بقليل نسبيًا من تأثير قوى التسارع العالية للغاية ، حيث يتم توزيع القوى في السائل بالتساوي في جميع الاتجاهات ، ولكن التأثير سيظل بسبب كثافة مختلفةأنسجة جسده. سيظل الحد باقياً ، لكنه سيكون عالياً.
أجريت التجارب الأولى على التنفس السائل في الستينيات من القرن الماضي على الفئران والجرذان المختبرية ، والتي أجبرت على استنشاق محلول ملحي يحتوي على نسبة عالية من الأكسجين الذائب. سمح هذا المزيج البدائي للحيوانات بالبقاء على قيد الحياة لفترة معينة من الوقت ، لكنه لم يتمكن من إزالة ثاني أكسيد الكربون ، لذلك تضررت رئة الحيوانات بشكل لا يمكن إصلاحه.
في وقت لاحق ، بدأ العمل بمركبات الكربون المشبعة بالفلور ، وكانت النتائج الأولى أفضل بكثير. نتائج افضلتجارب محلول الملح. المركبات الكربونية الفلورية المشبعة المواد العضوية، حيث يتم استبدال جميع ذرات الهيدروجين بذرات الفلور. تتمتع مركبات الكربون المشبع بالقدرة على إذابة كل من الأكسجين وثاني أكسيد الكربون ، فهي خاملة جدًا وعديمة اللون وشفافة ولا يمكنها إتلاف أنسجة الرئة ولا يمتصها الجسم.
منذ ذلك الحين ، تم تحسين سوائل التنفس ، وأصبح الحل الأكثر تقدمًا حتى الآن يسمى perflubron أو "Liquivent" (الاسم التجاري). هذا الزيت السائل واضحبكثافة ضعف كثافة الماء صفات مفيدة: يمكن أن تحمل ضعف كمية الأكسجين الموجودة في الهواء العادي درجة حرارة منخفضةلذلك ، بعد الاستخدام ، تتم إزالته النهائية من الرئتين عن طريق التبخر. تنفتح الحويصلات الهوائية تحت تأثير هذا السائل بشكل أفضل ، وتصل المادة إلى محتوياتها ، مما يحسن تبادل الغازات.
يمكن أن تمتلئ الرئتان تمامًا بالسائل ، الأمر الذي سيتطلب الأكسجين الغشائي وعنصر التسخين والتهوية القسرية. لكن في الممارسة السريرية ، غالبًا ما لا يفعلون ذلك ، لكنهم يستخدمون التنفس السائل جنبًا إلى جنب مع تهوية الغاز التقليدية ، وملء الرئتين بالبيرفلوبرون جزئيًا فقط ، حوالي 40 ٪ من الحجم الإجمالي.
إطار من فيلم The Abyss ، 1989
ما الذي يمنعنا من استخدام التنفس السائل؟ سائل التنفس لزج ويؤدي بشكل سيئ إلى إزالة ثاني أكسيد الكربون ، لذلك ستحتاج تهوية قسريةرئتين. لإزالة ثاني أكسيد الكربون من شخص عاديبوزن 70 كيلوجرامًا ، سيلزم تدفق 5 لترات في الدقيقة أو أكثر ، وهذا كثير ، نظرًا للزوجة العالية للسوائل. مع المجهود البدني ، سيزداد مقدار التدفق المطلوب فقط ، ومن غير المحتمل أن يتمكن الشخص من تحريك 10 لترات من السوائل في الدقيقة. ببساطة ، رئتانا ليست مصممة لاستنشاق السوائل وليست قادرة على ضخ مثل هذه الأحجام من تلقاء نفسها.
إستعمال الصفات الإيجابيةقد تظل سوائل التنفس في الطيران والملاحة الفضائية حلما إلى الأبد - يجب أن يكون السائل في الرئتين لبدلة G كثيفة الماء ، كما أن وزن البيرفلوبرون يكون ضعف وزنه.
نعم ، رئتانا قادرة تقنيًا على "تنفس" خليط غني بالأكسجين ، لكن لسوء الحظ لا يمكننا فعل ذلك إلا لبضع دقائق في الوقت الحالي ، لأن رئتينا ليستا قويتين بما يكفي لتدوير خليط التنفس. فترات ممتدةوقت. قد يتغير الوضع في المستقبل ، يبقى فقط أن نحول آمالنا إلى الباحثين في هذا المجال.
وافق المجلس العلمي والتقني لمؤسسة الدولة للدراسات المتقدمة مؤخرًا على "مشروع لإنشاء تقنية لإنقاذ الغواصين بالصعود الحر باستخدام طريقة التنفس السائل" ، والذي ينبغي تنفيذه بواسطة معهد موسكو للطب المهني (في ذلك الوقت من الكتابة ، لم تكن إدارة المعهد متاحة للتعليق). قررت "العلية" معرفة ما يخفي وراء العبارة الغامضة "النفس السائل".
يظهر التنفس السائل بشكل أكثر إثارة للإعجاب في فيلم جيمس كاميرون The Abyss.
صحيح ، في هذا الشكل ، لم يتم إجراء تجارب على البشر أبدًا. لكن بشكل عام ، العلماء ليسوا أدنى بكثير من كاميرون من حيث دراسة هذه المسألة.
الفئران مثل الأسماك
أول من أظهر أن الثدييات ، من حيث المبدأ ، يمكنها الحصول على الأكسجين ليس من خليط من الغازات ، ولكن من سائل ، كان يوهانس كيلسترا من المركز الطبي بجامعة ديوك (الولايات المتحدة الأمريكية). نشر مع زملائه في عام 1962 عمل "الفئران كالسمك" (من الفئران كالسمك) في المجلة. معاملات الجمعية الأمريكية للأعضاء الداخلية الاصطناعية.
غمر كيلسترا وزملاؤه الفئران في محلول ملحي. من أجل إذابة كمية كافية من الأكسجين لاستنشاقه ، "دفع" الباحثون الغاز إلى سائل تحت ضغط يصل إلى 160 ضغطًا جويًا - على عمق 1.5 كيلومتر. نجت الفئران في هذه التجارب ، ولكن ليس لفترة طويلة جدًا: كان هناك ما يكفي من الأكسجين في السائل ، لكن عملية التنفس وسحب السائل ودفعه خارج الرئتين تطلبت الكثير من الجهد.
"مادة جو"
أصبح من الواضح أنه كان من الضروري اختيار سائل يذوب فيه الأكسجين بشكل أفضل بكثير من الماء. هناك نوعان من السوائل لهما الخصائص المطلوبة: زيوت السيليكون ومركبات الكربون المشبعة بالفلور السائلة. بعد التجارب التي أجراها ليلاند كلارك ، عالم الكيمياء الحيوية في كلية الطب بجامعة ألاباما ، في منتصف الستينيات ، وجد أنه يمكن استخدام كلا النوعين من السوائل لتوصيل الأكسجين إلى الرئتين. في التجارب ، تم غمر الفئران والقطط تمامًا في كل من مركبات الكربون المشبعة بالفلور وزيوت السيليكون. ومع ذلك ، تبين أن الأخير سامة - ماتت حيوانات التجربة بعد فترة وجيزة من التجربة. لكن تبين أن مركبات الكربون المشبعة بالفلور مناسبة تمامًا للاستخدام.
تم تصنيع المركبات الكربونية المشبعة بالفلور لأول مرة خلال مشروع مانهاتن قنبلة ذرية: كان العلماء يبحثون عن مواد لا يمكن تدميرها عند تفاعلها مع مركبات اليورانيوم ، وقد مروا تحتها اسم الرمزأشياء جو. إنها مناسبة تمامًا للتنفس السائل: لا تتفاعل "مواد جو" مع الأنسجة الحية وتذيب الغازات تمامًا ، بما في ذلك الأكسجين وثاني أكسيد الكربون عند الضغط الجويو درجة الحرارة العاديةجسم الانسان.
كان كيلسترا وزملاؤه يبحثون عن تقنية التنفس السائل بحثًا عن تقنية تسمح للناس بالغطس والطفو على السطح دون خوف من حدوث الانحناءات. الصعود السريع من أعماق كبيرة مع إمداد بالغاز المضغوط أمر خطير للغاية: تذوب الغازات بشكل أفضل في السوائل تحت الضغط ، لذلك عندما يصعد الغواص ، تتحلل الغازات في الدم ، وخاصة النيتروجين ، وتشكل فقاعات تتلف الأوعية الدموية. يمكن أن تكون النتيجة حزينة ، بل قاتلة.
في عام 1977 ، قدم كيلسترا رأيًا إلى وزارة البحرية الأمريكية ، كتب فيه أنه وفقًا لحساباته ، رجل صحييمكن أن تتلقى الكمية المطلوبة من الأكسجين عند استخدام مركبات الكربون المشبعة بالفلور ، وبالتالي ، من الممكن استخدامها بدلاً من الغاز المضغوط. وأشار العالم إلى أن مثل هذه الفرصة تفتح آفاقًا جديدة لإنقاذ الغواصات من الغواصات الكبيرة.
تجارب على البشر
في الممارسة العملية ، تم تطبيق تقنية التنفس السائل ، التي كانت تسمى حينئذٍ بالتهوية السائلة للرئتين ، على البشر مرة واحدة فقط ، في عام 1989. ثم استخدم توماس شافر ، طبيب الأطفال في كلية الطب بجامعة تمبل بالولايات المتحدة الأمريكية ، وزملاؤه هذه الطريقة لإنقاذ الأطفال الخدج. تمتلئ رئتا الجنين في الرحم بالسوائل ، وعندما يولد الشخص ويبدأ في استنشاق الهواء ، فإن خليطًا من المواد يسمى الفاعل بالسطح الرئوي لا يسمح لأنسجة الرئتين بالالتصاق معًا لبقية حياتهم. في الأطفال الخدج ، ليس لديهم وقت للتراكم الكمية الصحيحة، والتنفس يتطلب مجهودًا كبيرًا للغاية ، وهو أمر محفوف بنتائج قاتلة. ومع ذلك ، في ذلك الوقت ، لم تنقذ التهوية السائلة للأطفال الرضع: سرعان ما مات المرضى الثلاثة ، لكن هذه الحقيقة المحزنة كانت تُعزى إلى أسباب أخرى ، وليس إلى النقص في الطريقة.
المزيد من التجارب على التهوية السائلة الكلية للرئتين ، كما تسمى هذه التقنية بطريقة علمية ، لم يتم إجراؤها على البشر. ومع ذلك ، في التسعينيات ، قام الباحثون بتعديل الطريقة وجربوا التهوية الجزئية للسوائل ، حيث لا تمتلئ الرئتان تمامًا بالسوائل ، على المرضى الذين يعانون من التهاب رئوي حاد. بدت النتائج الأولية واعدة ، لكن في النهاية التطبيق السريريلم ينجح الأمر - اتضح أن التهوية العادية للرئتين بالهواء تعمل أيضًا.
براءة اختراع
عاد الباحثون الآن إلى فكرة استخدام التهوية الكاملة للسوائل. ومع ذلك ، فإن الصورة الرائعة لبدلة الغوص التي يتنفس فيها الشخص سائلاً بدلاً من مزيج خاص من الغازات بعيدة كل البعد عن الواقع ، على الرغم من أنها تثير خيال الجمهور وعقول المخترعين.
لذلك ، في عام 2008 ، حصل الجراح الأمريكي المتقاعد أرنولد لاند على براءة اختراع لبدلة غوص باستخدام تقنية التهوية السائلة. بدلاً من الغاز المضغوط ، اقترح استخدام مركبات الكربون المشبعة بالفلور ، ويجب إزالة الفائض من ثاني أكسيد الكربون الذي قد يتشكل في الدم باستخدام خياشيم صناعية "عالقة" مباشرة في الوريد الفخذي للغواص. اكتسب الاختراع بعض السمعة السيئة بعد أن كتب منشور عنه. المستقل.
وفقًا لفيليب ميشو ، أخصائي التهوية السائلة بجامعة شيربروك في كندا ، يبدو مشروع Lande مريبًا. "في تجاربنا (أجرى ميتشوت وزملاؤه تجارب على الحملان والأرانب برئتين سليمتين ومتضررتين - تقريبًا. العلية) على التنفس السائل الكلي ، كانت الحيوانات تحت التخدير ولا تتحرك. لذلك ، يمكننا تنظيم تبادل الغاز الطبيعي: توصيل الأكسجين وإزالة ثاني أكسيد الكربون. للأشخاص في النشاط البدني، مثل السباحة والغطس ، وإيصال الأكسجين وإزالة ثاني أكسيد الكربون سيكون مشكلة ، لأن إنتاج ثاني أكسيد الكربون في مثل هذه الظروف أعلى من المعتاد ، "علق ميشود. كما أشار العالم إلى أن تقنية تثبيت "الخياشيم الاصطناعية" في الوريد الفخذي غير معروفة له.
المشكلة الرئيسية في "التنفس السائل"
علاوة على ذلك ، يرى ميشود أن فكرة "التنفس السائل" مشكوك فيها ، لأن عضلات الإنسان لا تتكيف مع "التنفس" مع السائل ، ولكن نظام فعاللم يتم تطوير المضخات التي من شأنها أن تساعد في ضخ السوائل إلى خارج رئتي الشخص عندما يتحرك ويقوم ببعض الأعمال.
"يجب أن أستنتج ذلك المرحلة الحاليةمن خلال تطوير التكنولوجيا ، من المستحيل تطوير بدلة غطس باستخدام طريقة التهوية السائلة "، كما يعتقد الباحث.
ومع ذلك ، يستمر استكشاف تطبيق هذه التكنولوجيا لأغراض أخرى أكثر واقعية. على سبيل المثال ، لمساعدة الغرق ، عند غسل الرئتين امراض عديدةأو انخفاض سريع في درجة حرارة الجسم (يستخدم في حالات الإنعاش أثناء السكتة القلبية لدى البالغين والأطفال حديثي الولادة المصابين بنقص التأكسج بتلف الدماغ الإقفاري).
