נוזל נשימה. נשימה עמוקה

"לא הכל פשוט כמו שהוצג היום. כלב מסכן." במילים אלה, מומחים מעירים על הניסוי שהדגים דמיטרי רוגוזין לנשיא סרביה כדוגמה להתפתחויות המדעיות האחרונות ברוסיה: הכלב היה מסוגל לנשום לא אוויר, אלא נוזל. מהי הטכנולוגיה הזו והאם היא יכולה לעזור לצבא הרוסי?

במהלך פגישה במוסקבה עם נשיא סרביה אלכסנדר ווצ'יץ' ביום שלישי, הציג סגן ראש הממשלה דמיטרי רוגוזין מספר מההתפתחויות האחרונות של הקרן הרוסית למחקר מתקדם (APF). רוגוזין ציין שאפשר לקחת את האורח הסרבי לאיזה מפעל תעשייתי ענק, אבל הרבה יותר מעניין "להראות למחר ממש לאן אנחנו שואפים". הפרויקט הייחודי הזה הפך לגולת הכותרת של התוכנית נשימה נוזלית, שהוצג בפומבי בפעם הראשונה.

כפי שהסביר מנהל הפרויקט, רופא הצי פיודור ארסנייב, המשימה של המצאה זו היא להציל את הצוות של צוללת טובעת. כידוע, מעומק מתחת ל-100 מטר אי אפשר לעלות במהירות לפני השטח בגלל מחלת הדקומפרסיה. כדי להימנע מכך, ניתן יהיה לשים על צוללת מכשיר עם "נוזל נטול חנקן", כפי שדווח על ידי TASS. במקרה זה, הריאות של אדם לא יידחסו, מה שיאפשר לו לעלות במהירות אל פני השטח ולברוח.

מול הנשיא הסרבי הונח כלב תחש במיכל מיוחד עם נוזל. תוך דקות ספורות היא חשה בנוח והחלה "לנשום" את הנוזל בעצמה. לאחר מכן, צוות המעבדה הוציא את הכלב מהמיכל, ייבש אותו במגבת, והנשיא הסרבי הצליח לוודא באופן אישי שהכלב בסדר. ווצ'יץ' ליטף את הכלב והודה שהוא התרשם מאוד.

חלומו של "אדם אמפיבי"

"נשימה נוזלית היא כמו טכנולוגיה רפואיתכולל אוורור של הריאות לא עם אוויר, אלא עם נוזל רווי חמצן. במסגרת הפרויקט נפתרת המשימה המדעית של חקר מאפייני ההשפעה של חומרים נושאי חמצן שונים על חילופי גזים ותפקודים נוספים של תאים, רקמות ואיברים של יונקים", מחלקת יחסי הציבור של הקרן למתקדמים. מחקר (APF) אמר לעיתון VZGLYAD.

אחד הכיוונים הוא היווצרות היסודות הרפואיים והביולוגיים של הטכנולוגיה לפינוי עצמי של צוללות מעומקים גדולים אל פני השטח, ציינה הקרן, אך בדרך כלל הטכנולוגיה יכולה לקדם משמעותית את החקר האנושי של מעמקי הים והאוקיינוסים שלא נחקרו בעבר. טוענים שפיתוח זה יהיה צורך גם ברפואה – למשל הוא יעזור לפגים או לאנשים שסבלו מכוויות. דרכי הנשימה, ימצא יישום בטיפול במחלות חסימת סימפונות, זיהומיות ומחלות קשות אחרות.

יש לציין שנשימת נוזלים במבט ראשון נראית כמו המצאה פנטסטית, אבל למעשה יש בסיס מדעי, ולרעיון הזה יש בסיס תיאורטי רציני. במקום חמצן, מדענים מציעים להשתמש מיוחד תרכובות כימיות, המסוגלים להמיס היטב חמצן ופחמן דו חמצני.

"נשימה נוזלית" היא מזמן קיבעון עבור מדענים ברחבי העולם. מכשיר "האדם האמפיבי" מסוגל לחלץ צוללנים וצוללים, ובעתיד הוא יהיה שימושי בטיסות ארוכות טווח בחלל. הפיתוח בוצע בשנות ה-70-1980 בברית המועצות ובארה"ב, בוצעו ניסויים בבעלי חיים, אך הצלחה גדולה לא הושגה.

חבר מקביל באקדמיה הרוסית למדעי הטבע, מועמד מדע רפואיאנדריי פיליפנקו, שעובד על פרויקט הנשימה הנוזלית במשך זמן רב, הודה בעבר לעיתון "סודי ביותר" כי כמעט דבר לא ניתן לומר על ההתפתחויות בשל סודיותם. אבל הטרגדיה של הצוללת קורסק הראתה שאמצעי החילוץ החירום של הצוותים מיושנים ללא תקנה וזקוקים למודרניזציה דחופה.

נזכיר כי קודם לכן דווח על פרויקטים נועזים אחרים של הקרן, בפרט, מדובר ב"קונסטרוקטור" ליצירת מטוס העתיד.

צריך להיות חדר מיון שיחכה למעלה

"הטכנולוגיה השתכללה במשך עשרות שנים, אבל זה דורש אנשים מאומנים היטב. כאשר הנוזל הזה נשפך לריאותיו של אדם, יצר השימור העצמי יופעל אוטומטית, עוויתות חוסמות את הגרון והגוף מתנגד בכל הכוח. זה נעשה בדרך כלל תחת פיקוח רפואי. בבני אדם, ניסויים כאלה בוצעו במקרים בודדים, אבל בעיקר הם נוסו על בעלי חיים", הסביר ראש הוועדה הממשלתית הרוסית לעבודה תת-ימית לעיתון VZGLYAD מטרה מיוחדתבשנים 1992–1994, דוקטור למדעים טכניים, פרופסור, סגן אדמירל טנגיז בוריסוב.

"ככלל, צינור מיוחד מוכנס לתוך הגרון, בעזרתו הריאות מתמלאות לאט בנוזל הזה", אמר בוריסוב והוסיף:

– יחד עם זאת, הגוף מתנגד בכל דרך אפשרית, אנחנו צריכים תרופות שחוסמות עוויתות, אנחנו צריכים חומרי הרדמה. לא הכל פשוט כפי שהוצג היום. כלב מסכן."

"אם אדם יוצא מצוללת, הוא אכן ימנע ממחלת דקומפרסיה, אבל בכל מקרה, צוללים לא יוכלו לחלץ את עצמם. אתה צריך: א) אנשים מוכשרים במיוחד על הצוללת, ב) בחלק העליון צריך להמתין, בגדול, צוות החייאה, שישאב את הנוזל הזה מאדם ויכריח אותו לנשום בדרך הרגילה", הוסיף המומחה.

"אני חושב שברפואה הטכנולוגיה הזו הרבה יותר קלה ליישם וליישם בבית חולים, כשיש מומחים בקרבת מקום מספר גדול שלציוד הכרחי. אבל חילוץ צוות של צוללת טבועה בשיטות כאלה בעתיד הנראה לעין הוא מאוד לא סביר", סיכם בוריסוב.

זו כנראה כבר קלישאה במדע בדיוני: חומר צמיג מסוים נכנס מהר מאוד לחליפה או לקפסולה, ו דמות ראשיתלפתע הוא מגלה באיזו מהירות הוא מאבד את האוויר שנותר מריאותיו שלו, והפנים שלו מתמלאים בנוזל יוצא דופן בגוון הנע בין לימפה לדם. בסופו של דבר הוא אפילו נכנס לפאניקה, אבל לוגם כמה לגימות אינסטינקטיביות, או יותר נכון נאנח, ומופתע לגלות שהוא יכול לנשום את התערובת האקזוטית הזו כאילו הוא נושם אוויר רגיל.

האם אנחנו כל כך רחוקים מלהגשים את הרעיון של נשימה נוזלית? האם ניתן לנשום תערובת נוזלית, והאם יש בכך צורך אמיתי? ישנן שלוש דרכים מבטיחות להשתמש בטכנולוגיה הזו: רפואה, צלילה לעומקים גדולים ואסטרונאוטיקה.

הלחץ על גופו של הצולל עולה עם כל עשרה מטרים לאטמוספירה. עקב ירידה חדה בלחץ, יכולה להתחיל מחלת דקומפרסיה, שבה ביטויים של גזים מומסים בדם מתחילים לרתוח בבועות. גם מתי לחץ דם גבוהחמצן וחומרים נרקוטיים אפשריים הרעלת חנקן. כל זה נלחם על ידי שימוש בתערובות נשימה מיוחדות, אך הן אינן מספקות ערבויות, אלא רק מפחיתות את הסבירות לתוצאות לא נעימות. כמובן שניתן להשתמש בחליפות צלילה ששומרות על לחץ על גופו של הצולל ועל תערובת הנשימה שלו באטמוספירה אחת בדיוק, אבל הן, בתורן, גדולות, מגושמות, מקשות על תנועה, וגם יקרות מאוד.

נשימה נוזלית יכולה לספק פתרון שלישי לבעיה זו תוך שמירה על הניידות של חליפות צלילה גמישות ועל הסיכונים הנמוכים של חליפות לחץ קשיחות. נוזל לנשימה, בניגוד לתערובות נשימה יקרות, אינו מרווה את הגוף בהליום או בחנקן, ולכן גם אין צורך בשחרור איטי כדי למנוע מחלת דקומפרסיה.

ברפואה, ניתן להשתמש בנשימה נוזלית בטיפול בפגים כדי למנוע נזק לסימפונות הריאות הלא מפותחים על ידי לחץ, נפח וריכוז חמצן של אוויר ממכשירי אוורור ריאות מלאכותיים. בחר ונסה תערובות שונותכדי להבטיח את הישרדותו של עובר פג החלה כבר בשנות ה-90. אפשר להשתמש בתערובת נוזלית לעצירות מוחלטות או קשיי נשימה חלקיים.

טיסה בחלל כרוכה בעומסי יתר גבוהים, והנוזלים מפזרים את הלחץ באופן שווה. אם אדם שקוע בנוזל, אז במהלך עומס יתר הלחץ יעבור לכל גופו, ולא לתומכים ספציפיים (משענות כיסא, חגורות בטיחות). עיקרון זה שימש ליצירת חליפת עומס היתר Libelle, שהיא חליפת חלל קשיחה מלאה במים, המאפשרת לטייס לשמור על תודעה וביצועים גם בעומסי יתר מעל 10 גרם.

שיטה זו מוגבלת על ידי ההבדל בצפיפות הרקמות של גוף האדם ונוזל הטבילה המשמש, כך שהמגבלה היא 15-20 גרם. אבל אתה יכול ללכת רחוק יותר ולמלא את הריאות בנוזל קרוב בצפיפות למים. אסטרונאוט שקוע לחלוטין בנוזל ונושם ירגיש מעט יחסית את ההשפעות של כוחות g גבוהים במיוחד, שכן הכוחות בנוזל מפוזרים באופן שווה לכל הכיוונים, אך ההשפעה עדיין תהיה עקב הצפיפויות השונות של הרקמות של הגוף שלו. הגבול עדיין יישאר, אבל הוא יהיה גבוה.

הניסויים הראשונים בנשימה נוזלים בוצעו בשנות ה-60 של המאה הקודמת על עכברי מעבדה וחולדות, שנאלצו לשאוף תמיסת מלחעם תוכן גבוהחמצן מומס. תערובת פרימיטיבית זו אפשרה לבעלי החיים לשרוד למשך זמן מסוים, אך היא לא יכלה להסיר פחמן דו חמצני, כך שריאותיהם של החיות נפגעו באופן בלתי הפיך.

מאוחר יותר, החלה העבודה עם פחמנים פרפלואוריים, והתוצאות הראשונות שלהם היו רחוקות תוצאות טובות יותרניסויים עם תמיסת מלח. Perfluorocarbons הם חומרים אורגניים שבהם כל אטומי המימן מוחלפים באטומי פלואור. לתרכובות פרפלואורו-פחמן יש את היכולת להמיס גם חמצן וגם פחמן דו חמצני, הן אינרטיות מאוד, חסרות צבע, שקופות, אינן יכולות לפגוע ברקמת הריאה ואינן נספגות בגוף.

מאז שופרו נוזלי הנשימה, המתקדמים ביותר הרגע הזההתמיסה נקראת perflubron או "Liquivent" (שם מסחרי). זה דמוי שמן נוזל שקוףעם צפיפות כפולה מזו של מים יש הרבה תכונות שימושיות: הוא יכול לשאת חמצן כפול מאוויר רגיל טמפרטורה נמוכהרתיחה, לכן, לאחר השימוש, הוצאתו הסופית מהריאות מתבצעת על ידי אידוי. האלואוולים, בהשפעת הנוזל הזה, נפתחים טוב יותר, והחומר מקבל גישה לתוכן שלהם, זה משפר את חילופי הגזים.

הריאות יכולות להתמלא לחלוטין בנוזל, זה ידרוש חמצן ממברנה, גוף חימום ואוורור מאולץ. אבל ב פרקטיקה קליניתלרוב הם לא עושים זאת, אלא משתמשים בנשימה נוזלית בשילוב עם אוורור גז קונבנציונלי, וממלאים את הריאות בפרפלוברון באופן חלקי בלבד, כ-40% מהנפח הכולל.

עדיין מתוך הסרט "התהום", 1989

מה מונע מאיתנו להשתמש בנשימה נוזלית? נוזל הנשימה הוא צמיג ואינו מסיר פחמן דו חמצני היטב, ולכן יידרש אוורור מאולץ. להסרה פחמן דו חמצנימ אדם רגילמשקל 70 קילוגרם ידרוש זרימה של 5 ליטר לדקה או יותר, וזה הרבה בהתחשב בצמיגות הגבוהה של נוזלים. בְּ פעילות גופניתכמות הזרימה הנדרשת רק תגדל, ואין זה סביר שאדם יוכל להעביר 10 ליטר נוזל בדקה. הריאות שלנו פשוט לא מתוכננות לנשום נוזל ואינן מסוגלות לשאוב נפחים כאלה בעצמן.

נוֹהָג תכונות חיוביותגם נוזלים לנשימה בתעופה ובאסטרונאוטיקה עלולים להישאר לנצח בגדר חלום - הנוזל שבריאות עבור חליפת הגנה מפני עומס יתר חייב להיות בעל צפיפות של מים, ופרפוברון כבד ממנו פי שניים.

כן, הריאות שלנו מסוגלות מבחינה טכנית "לנשום" תערובת מסוימת עשירה בחמצן, אבל, למרבה הצער, עד כה אנחנו יכולים לעשות זאת רק לכמה דקות, מכיוון שהריאות שלנו אינן חזקות מספיק כדי להזרים את תערובת הנשימה לתקופות ארוכות של זְמַן. המצב עשוי להשתנות בעתיד; כל שנותר הוא להפנות את תקוותינו לחוקרים בתחום זה.

הקרן הרוסית למחקר מתקדם החלה לבדוק טכנולוגיית נשימה נוזלית לצוללות על כלבים.

סגן המנהל הכללי של הקרן ויטלי דאווידוב דיבר על כך. לדבריו, מבחנים בקנה מידה מלא כבר בעיצומם.

באחת המעבדות שלו מתנהלת עבודה על נשימה נוזלית. לעת עתה, מתבצעים ניסויים בכלבים. בנוכחותנו, כלב תחש אדום טבול בבקבוק מים גדול, עם הפנים כלפי מטה. נראה, למה ללעוג לחיה, היא תיחנק עכשיו. אבל לא. היא ישבה מתחת למים במשך 15 דקות. והשיא הוא 30 דקות. מדהים. מסתבר שריאותיה של הכלבה התמלאו בנוזל מחומצן, מה שנתן לה את היכולת לנשום מתחת למים. כשהם שלפו אותה, היא הייתה קצת רדומה - אומרים שזה בגלל היפותרמיה (ואני חושב שמי היה רוצה להסתובב מתחת למים בצנצנת מול כולם), אבל אחרי כמה דקות היא הפכה לעצמה לגמרי. בקרוב יבוצעו ניסויים באנשים, אומר העיתונאי". עיתון רוסי"איגור צ'רניאק, שהיה עד לבדיקות חריגות.

כל זה היה דומה לעלילה הפנטסטית של הסרט המפורסם "התהום", שבו אדם יכול לרדת לעומקים גדולים בחליפת חלל, שהקסדה שלה הייתה מלאה בנוזל. הצוללת נשם את זה. עכשיו זה כבר לא פנטזיה.

טכנולוגיית נשימה נוזלית כוללת מילוי הריאות בנוזל מיוחד רווי חמצן, החודר לדם. הקרן למחקר מתקדם אישרה ביצוע פרויקט ייחודי, העבודה מתבצעת על ידי מכון המחקר לרפואה תעסוקתית. מתוכנן ליצור חליפת חלל מיוחדת שתהיה שימושית לא רק לצוללות, אלא גם לטייסים ואסטרונאוטים.

כפי שסיפר ויטלי דוידוב לכתב TASS, נוצרה לכלבים קפסולה מיוחדת שהוטבעה בתא הידרוקאמבר עם לחץ דם גבוה. נכון לעכשיו, כלבים יכולים לנשום יותר מחצי שעה בעומק של עד 500 מטר ללא השלכות בריאותיות. "כל כלבי המבחן שרדו ומרגישים טוב לאחר נשימה ממושכת של נוזלים", הבטיח סגן ראש ה-FPI.

מעטים יודעים שכבר בוצעו בארצנו ניסויים בנשימות נוזלים בבני אדם. הם נתנו תוצאות מדהימות. אקוונאוטים נשמו נוזל בעומק של חצי קילומטר או יותר. אבל האנשים מעולם לא למדו על הגיבורים שלהם.

בשנות ה-80 התפתחה ברית המועצות והחלה ליישם תוכנית רצינית להצלת אנשים לעומק.

צוללות חילוץ מיוחדות תוכננו ואף הופעלו. נחקרו אפשרויות ההסתגלות האנושית לעומקים של מאות מטרים. יתר על כן, האקוונאוט היה צריך להיות בעומק כזה לא בחליפת צלילה כבדה, אלא בחליפת צלילה קלה ומבודדת עם ציוד צלילה מאחורי גבו; תנועותיו לא היו מוגבלות על ידי דבר.

בגלל ה גוף האדםמורכב כמעט כולו ממים, אז הלחץ הנורא בעומק כשלעצמו אינו מסוכן עבורו. הגוף רק צריך להיות מוכן לכך על ידי הגדלת הלחץ בתא הלחץ לערך הנדרש. הבעיה העיקרית היא אחרת. איך לנשום בלחץ של עשרות אטמוספרות? אוויר צחהופך לרעל לגוף. יש לדלל אותו בתערובות גזים שהוכנו במיוחד, בדרך כלל חנקן-הליום-חמצן.

המתכון שלהם - הפרופורציות של גזים שונים - הוא הסוד הגדול ביותר בכל המדינות שבהן מתבצע מחקר דומה. אבל בעומקים גדולים מאוד, תערובות הליום לא עוזרות. יש למלא את הריאות בנוזל כדי למנוע מהן להיקרע. מהו הנוזל שברגע שנכנס לריאות אינו מוביל לחנק, אלא מעביר חמצן לגוף דרך המכתשים - תעלומה של סודות.

זו הסיבה שכל העבודה עם אקוונאוטים בברית המועצות, ולאחר מכן ברוסיה, בוצעה תחת הכותרת "סודי ביותר".

למרות זאת, יש מידע אמין למדי שבסוף שנות ה-80 הייתה בים השחור התקדמות מים עמוקים, שבה חיו ועבדו צוללות ניסוי. הם יצאו לים, לבושים רק בחליפות צלילה, עם ציוד צלילה על הגב, ועבדו בעומקים של 300 עד 500 מטר. תערובת גז מיוחדת סופקה בלחץ לריאותיהם.

ההנחה הייתה שאם צוללת הייתה במצוקה ומונחת על הקרקעית, אזי תישלח אליה צוללת חילוץ. אקוונאוטים יוכנו מראש לעבודה בעומק המתאים.

הדבר הקשה ביותר הוא להיות מסוגל לעמוד במילוי הריאות בנוזל ופשוט לא למות מפחד

וכאשר צוללת החילוץ תתקרב לאתר האסון, צוללנים בציוד קל ייצאו לים, יבחנו את סירת החירום ויסייעו בפינוי הצוות באמצעות כלי רכב מיוחדים בעומק הים.

לא ניתן היה להשלים את העבודות הללו עקב קריסת ברית המועצות. עם זאת, אלה שעבדו לעומק עדיין זכו לכוכבי גיבורי ברית המועצות.

כנראה, מחקר מעניין עוד יותר נמשך בזמננו ליד סנט פטרסבורג על בסיס אחד ממכוני המחקר של חיל הים.

גם שם נערכו ניסויים בתערובות גזים למחקר בעומק הים. אבל, הכי חשוב, אולי בפעם הראשונה בעולם, אנשים שם למדו לנשום נוזלים.

מבחינת הייחודיות שלהן, העבודות הללו היו הרבה יותר מורכבות מאשר, למשל, הכנת אסטרונאוטים לטיסות לירח. הבודקים היו נתונים ללחץ פיזי ופסיכולוגי עצום.

ראשית, גוף האקוונאוטים בתא לחץ האוויר הותאם לעומק של כמה מאות מטרים. לאחר מכן הם עברו לתא מלא בנוזל, שם הצלילה המשיכה לעומקים שנאמרו כמעט קילומטר.

הדבר הקשה ביותר, כפי שאמרו אלו שכן הזדמן לתקשר עם האקוונאוטים, היה לעמוד בפני מילוי הריאות בנוזל ופשוט לא למות מפחד. זה לא אומר פחדנות. פחד מחנק הוא תגובה טבעית של הגוף. הכל יכול לקרות. עווית של הריאות או כלי המוח, אפילו התקף לב.

כשאדם הבין שהנוזל שבריאות אינו מביא למוות, אלא נותן חיים בעומקים גדולים, התעוררו תחושות מיוחדות לחלוטין, באמת פנטסטיות. אבל רק מי שחווה צלילה כזו יודע עליהם.

אבוי, העבודה, המדהימה במשמעותה, הופסקה מסיבה פשוטה - מחוסר מימון. גיבורי האקוונאוט קיבלו את התואר גיבורי רוסיה ונשלחו לפנסיה. שמות הצוללות מסווגים עד היום.

למרות שיש לכבד אותם בתור הקוסמונאוטים הראשונים, כי הם סללו את הדרך אל ההידרו-ספייס העמוק של כדור הארץ.

כעת חודשו ניסויים בנשימה נוזלית; הם מבוצעים על כלבים, בעיקר תחש. הם גם חווים מתח.

אבל החוקרים מרחמים עליהם. ככלל, לאחר ניסויים מתחת למים הם נלקחים לגור בביתם, שם הם ניזונים מאוכל טעים ומוקפים בחיבה ואכפתיות.

המחקר המדעי לא עוצר אפילו ליום אחד, ההתקדמות נמשכת, ומעניקה לאנושות עוד ועוד תגליות חדשות. מאות מדענים ועוזריהם עובדים בתחום של חקר יצורים חיים וסינתזה של חומרים חריגים. מחלקות שלמות עורכות ניסויים, בודקות תיאוריות שונות, ולפעמים גילויים מדהימים את הדמיון - הרי מה שאפשר רק לחלום עליו יכול להפוך למציאות. הם מפתחים רעיונות, ושאלות על הקפאת אדם בתא קריו ואז הפשרתו לאחר מאה שנה, או על האפשרות לנשום נוזל, הן לא רק עלילה פנטסטית עבורם. העבודה הקשה שלהם יכולה להפוך את הפנטזיות הללו למציאות.

מדענים עסקו זה מכבר בשאלה: האם אדם יכול לנשום נוזל?

האם אדם זקוק לנשימה נוזלית?

הם לא חוסכים במאמץ, לא בזמן, לא כסף מזומןלמחקר כזה. ואחת השאלות הללו שהדאיגה את המוחות הנאורים ביותר במשך עשרות שנים היא כדלקמן - האם נשימה נוזלית אפשרית לבני אדם? האם הריאות יצליחו לספוג חמצן שלא מנוזל מיוחד? למי שמפקפק בצורך האמיתי בסוג זה של נשימה, נוכל לצטט לפחות 3 אזורים מבטיחים שבהם זה ישרת אדם היטב. אם, כמובן, הם יכולים ליישם את זה.

• הכיוון הראשון הוא צלילה לעומקים גדולים. כידוע, בצלילה, צולל חווה את הלחץ של סביבה מימית, שצפופה פי 800 מהאוויר. והוא גדל ב-1 אטמוספירה כל 10 מטרים של עומק. עלייה חדה כזו בלחץ טומנת בחובה מאוד השפעה לא נעימה- גזים מומסים בדם מתחילים לרתוח בצורה של בועות. תופעה זו נקראת "מחלת קיסון"; היא פוגעת לעתים קרובות באלה העוסקים באופן פעיל בספורט. כמו כן, במהלך שחייה בים עמוק קיים סיכון להרעלת חמצן או חנקן, שכן בתנאים כאלה גזים חיוניים אלו הופכים לרעילים מאוד. כדי להילחם בזה איכשהו, הם משתמשים בתערובות נשימה מיוחדות או בחליפות חלל קשות ששומרות על לחץ של 1 אטמוספירה בפנים. אבל אם נשימה נוזלית הייתה אפשרית, זה היה הפתרון השלישי והקל ביותר לבעיה, כי נוזל לנשימה אינו מרווה את הגוף בחנקן ובגזים אינרטיים, ואין צורך בפירוק ארוך.
• דרך היישום השנייה היא רפואה. השימוש בנוזלי נשימה בו עלול להציל את חייהם של פגים, מכיוון שהסמפונות שלהם לא מפותחים ומכשירי אוורור ריאות מלאכותיים עלולים להזיק להם בקלות. כידוע, ברחם ריאות העובר מתמלאות בנוזל ועד הלידה הוא צובר חומר פעיל ריאתי - תערובת של חומרים המונעת הדבקות של רקמות זו לזו בעת נשימת אוויר. אבל עם לידה מוקדמת, הנשימה דורשת יותר מדי מאמץ מהתינוק וזה עלול לגרום למוות.

קיים תקדים היסטורי לשימוש בשיטה של ​​אוורור נוזלי מוחלט של הריאות, והוא מתוארך לשנת 1989. הוא שימש את טי שפר, שעבד כרופא ילדים באוניברסיטת טמפל (ארה"ב), והציל פגים ממוות. למרבה הצער, הניסיון לא צלח, שלושה חולים קטנים לא שרדו, אך ראוי להזכיר כי מקרי המוות נגרמו מסיבות אחרות מלבד שיטת הנשימה הנוזלית עצמה.

מאז, הם לא העזו לאוורר לחלוטין את הריאות של אדם, אבל בשנות ה-90, חולים עם צורה חמורהדלקות היו נתונים לאוורור נוזלי חלקי. במקרה זה, הריאות מתמלאות באופן חלקי בלבד. למרבה הצער, יעילות השיטה הייתה שנויה במחלוקת, שכן אוורור אוויר קונבנציונלי לא עבד גרוע יותר.

• יישום באסטרונאוטיקה. עם רמת הטכנולוגיה הנוכחית, אסטרונאוט במהלך טיסה חווה עומסי יתר המגיעים ל-10 גרם. לאחר סף זה, אי אפשר לשמור לא רק על כושר העבודה, אלא גם על התודעה. והעומס על הגוף אינו אחיד, ובנקודות התמיכה, שניתן להעלים בטבילה בנוזל, הלחץ יתחלק באופן שווה לכל נקודות הגוף. עקרון זה הוא הבסיס לעיצוב חליפת החלל הקשיחה של Libelle, המלאה במים ומאפשרת להגדיל את הגבול ל-15-20 גרם, וגם אז בשל הצפיפות המוגבלת של הרקמה האנושית. ואם לא רק תטבול את האסטרונאוט בנוזל, אלא גם תמלא בו את ריאותיו, אז הוא יוכל לסבול בקלות עומסים קיצוניים הרבה מעבר לרף 20 גרם. לא אינסופי כמובן, אבל הסף יהיה גבוה מאוד אם יתקיים תנאי אחד – הנוזל בריאות ומסביב לגוף חייב להיות שווה בצפיפות למים.

המקור וההתפתחות של נשימה נוזלית

הניסויים הראשונים כבר בשנות ה-60 של המאה הקודמת. הראשונים שבדקו את הטכנולוגיה המתפתחת של נשימה נוזלית היו עכברי מעבדה וחולדות, שנאלצו לנשום לא אוויר, אלא תמיסת מלח, שהיה בלחץ של 160 אטמוספרות. והם נשמו! אבל הייתה בעיה שלא אפשרה להם לשרוד בסביבה כזו לאורך זמן - הנוזל לא אפשר להוציא פחמן דו חמצני.

אבל הניסויים לא נעצרו שם. לאחר מכן, הם החלו לערוך מחקר על חומרים אורגניים שאטומי המימן שלהם הוחלפו באטומי פלואור - מה שנקרא פרפלואורו-פחמנים. התוצאות היו טובות בהרבה מאלו של הנוזל העתיק והפרימיטיבי, מכיוון שהפרפלואורופחמן אינרטי, אינו נספג בגוף וממיס בצורה מושלמת חמצן ומימן. אבל זה היה רחוק מלהיות שלמות והמחקר בכיוון הזה נמשך.

עכשיו הכי הרבה ההישג הטוב ביותרבאזור זה פרפלוברון (שם מסחרי - "Liquivent"). התכונות של הנוזל הזה מדהימות:

1. המכתשות נפתחות טוב יותר כאשר הנוזל הזה חודר לריאות וחילופי הגזים משתפרים.
2. נוזל זה יכול לשאת פי 2 יותר חמצן בהשוואה לאוויר.
3. נקודת הרתיחה הנמוכה מאפשרת להוציאו מהריאות על ידי אידוי.

אבל הריאות שלנו אינן מיועדות לנשימה נוזלית לחלוטין. אם אתה ממלא אותם לחלוטין עם perflubron, תצטרך חמצן ממברנה, גוף חימום ואוורור אוויר. ואל תשכח שהתערובת הזו עבה פי 2 ממים. לכן, נעשה שימוש באוורור מעורב, שבו הריאות מתמלאות בנוזל ב-40% בלבד.

אבל למה אנחנו לא יכולים לנשום נוזל? זה הכל בגלל פחמן דו חמצני, אשר מוסר בצורה גרועה מאוד בסביבה נוזלית. אדם השוקל 70 ק"ג חייב להעביר לעצמו 5 ליטר תערובת בכל דקה, וזה עם מצב רגוע. לכן, למרות שהריאות שלנו מסוגלות מבחינה טכנית להפיק חמצן מנוזלים, הן חלשות מדי. אז אנחנו יכולים רק לקוות למחקר עתידי.

מים הם כמו אוויר

כדי לבסוף להכריז בגאווה לעולם - "עכשיו אדם יכול לנשום מתחת למים!" - מדענים פיתחו לפעמים מכשירים מדהימים. אז, בשנת 1976, ביוכימאים מאמריקה יצרו מכשיר פלא המסוגל לחדש חמצן ממים ולספק אותו לצולל. עם קיבולת סוללה מספקת, הצולל יכול להישאר ולנשום בעומק כמעט ללא הגבלת זמן.

הכל התחיל כאשר מדענים החלו במחקר המבוסס על העובדה שהמוגלובין מספק אוויר באותה מידה הן מהזימים והן מהריאות. הם השתמשו בעצמם דם נטול חמצן, מעורבב עם פוליאוריטן - הוא היה טבול במים והנוזל הזה ספג חמצן, שהומס בנדיבות במים. לאחר מכן, הדם הוחלף בחומר מיוחד והתוצאה הייתה מכשיר שפעל כמו הזימים הרגילים של כל דג. גורל ההמצאה הוא זה: חברה מסוימת רכשה אותה, הוציאה עליה מיליון דולר, ומאז לא נשמע דבר על המכשיר. וכמובן, זה לא יצא למכירה.

אבל זו לא המטרה העיקרית של מדענים. החלום שלהם הוא לא מכשיר נשימה, הם רוצים ללמד את האדם עצמו לנשום נוזל. והניסיונות להגשים את החלום הזה עדיין לא נזנחו. כך, אחד ממכוני המחקר הרוסיים, למשל, ערך בדיקות לנשימה נוזלית למתנדב שהיה לו פתולוגיה מולדת- היעדר גרון. וזה אומר שפשוט לא הייתה לו תגובת הגוף לנוזל, שבו טיפת מים קטנה על הסמפונות מלווה בדחיסה של טבעת הלוע ובחנק. מכיוון שפשוט לא היה לו את השריר הזה, הניסוי הצליח. לריאותיו נשפך נוזל שאותו הוא ערבב לאורך כל הניסוי באמצעות תנועות בטן, ולאחר מכן נשאב החוצה בצורה רגועה ובטוחה. אופייני שהרכב המלח של הנוזל התאים להרכב המלח של הדם. זה יכול להיחשב כהצלחה, ומדענים טוענים שבקרוב ימצאו שיטה לנשימה נוזלית שנגישה לאנשים ללא פתולוגיות.

אז מיתוס או מציאות?

למרות ההתמדה של האדם, שרוצה בלהט לכבוש את כל בתי הגידול האפשריים, הטבע עצמו עדיין מחליט היכן לחיות. אבוי, לא משנה כמה זמן מושקע במחקר, לא משנה כמה מיליונים מושקעים, אין זה סביר שאדם נועד לנשום מתחת למים כמו גם ביבשה. אנשים ו חיים ימייםכמובן, יש הרבה במשותף, אבל עדיין יש הרבה יותר הבדלים. אדם דו-חי לא היה סובל את תנאי האוקיינוס, ולו היה מצליח להסתגל, הדרך חזרה ליבשה הייתה נסגרת בפניו. ובדיוק כמו צוללנים עם ציוד צלילה, אנשים אמפיביים היו יוצאים לחוף בחליפות מים. ולפיכך, לא משנה מה אומרים חובבים, פסק הדין של המדענים עדיין נחרץ ומאכזב - חיי אדם ארוכי טווח מתחת למים הם בלתי אפשריים, יציאה נגד אמא טבע בהקשר זה היא בלתי סבירה, וכל הניסיונות לנשימה נוזלית נידונים לכישלון.

אבל אל תתייאש. למרות שקרקעית הים לעולם לא תהפוך לביתנו, יש לנו את כל המנגנונים של הגוף ו יכולות טכניות, על מנת להיות אורחים תכופים שם. אז האם זה שווה להיות עצוב בגלל זה? אחרי הכל, הסביבות הללו, במידה מסוימת, כבר נכבשו על ידי האדם, ועכשיו תהומות החלל החיצון מונחות לפניו.

ולעת עתה אנו יכולים לומר בביטחון כי מעמקי האוקיינוס ​​יהפכו עבורנו למקום עבודה נפלא. אבל התמדה יכולה להוביל לקו דק מאוד של נשימה מתחת למים, אם רק תעבוד על פתרון הבעיה הזו. ומה תהיה התשובה לשאלה האם לשנות את הציוויליזציה הארצית לתת-מימי תלויה רק ​​באדם עצמו.

מערכת הנשימה הנוזלית המפותחת על ידי הקרן למחקר מתקדם (APF) תסייע לצוללות לעלות במהירות אל פני השטח ללא מחלת דקומפרסיה. הרובוט האנתרופומורפי פדור ישתתף בניסוי חללית רוסית חדשה ועשוי לסייע לרוסאטום בסילוק פסולת גרעינית. צוללת בעומק קיצוני תיבדק בתחתית תעלת מריאנה. ויטלי דוידוב, יו"ר המועצה המדעית והטכנית של הקרן, סיפר לאיזבסטיה על הפרויקטים של הקרן.

- כמה פרויקטים ביצעה הקרן ואילו מהם היית מדגיש במיוחד?

IN שלבים שוניםיש לנו כ-50 פרויקטים בתהליך. עוד 25 הושלמו. התוצאות המתקבלות מועברות או מועברות ללקוחות. נוצרו מדגמי טכנולוגיה, התקבלו כ-400 תוצאות של פעילות אינטלקטואלית. מגוון הנושאים נע בין צלילה לתחתית תעלת מריאנה לחלל.

בין הפרויקטים המבוצעים ניתן לציין, למשל, את הבדיקות של מנוע פיצוץ רקטי שבוצעו בהצלחה בשנה שעברה יחד עם מפעל ייצור מנועי הרקטות המוביל NPO Energomash. במקביל, לראשונה בעולם, הקרן קיבלה מצב הפעלה יציב עבור מדגימה של מנוע נושם אוויר בפיצוץ. אם הראשון מיועד לטכנולוגיית חלל, אז השני מיועד לתעופה. היפרסוני מטוסים,שימוש במערכות כאלה יתמודד עם בעיות רבות. למשל, עם טמפרטורה גבוהה. הקרן מצאה פתרון לבעיות אלו על ידי שימוש בהשפעת הפליטה התרמית - הפיכת אנרגיה תרמית לאנרגיה חשמלית. למעשה, אנו מקבלים חשמל להנעת מערכות המכשיר ובמקביל לקרר את אלמנטי מסגרת האוויר והמנוע.

- אחד הפרויקטים המפורסמים ביותר של הקרן הוא הרובוט פדור. האם יצירתו הושלמה?

– כן, העבודה על פדור הושלמה. התוצאות מועברות כעת למשרד מצבי חירום. יתרה מכך, התברר שהם עניינו לא רק את המשרד למצבי חירום, אלא גם משרדים אחרים, וכן תאגידים ממלכתיים. רבים בוודאי שמעו שהטכנולוגיות של פדור ישמשו את Roscosmosליצור רובוט ניסוי שיטוס על רוסי מאויש חדש חללית"פֵדֵרַצִיָה". רוסתום גילתה עניין רב ברובוט. הוא זקוק לטכנולוגיות המספקות את היכולת לעבוד בתנאים מסוכנים לבני אדם. למשל, בעת פינוי פסולת גרעינית.

- האם ניתן להשתמש בפדור לחילוץ צוותי צוללות ולבחון ספינות טבועות?

ניתן להשתמש בטכנולוגיות שהושגו במהלך יצירת פדור למטרות שונות. הקרן מבצעת מספר פרויקטים הקשורים לכלי רכב תת-מימיים בלתי מיושבים. ובאופן עקרוני, ניתן לשלב בהם טכנולוגיות רובוטים אנתרופומורפיים. באופן מיוחד, מתוכנן ליצור רכב תת ימי שיפעל בעומקים קיצוניים. אנחנו מתכוונים לבדוק את זה בתעלת מריאנה. יחד עם זאת, לא רק לשקוע לתחתית, כמו קודמינו, אלא לספק את היכולת לנוע באזור הקרוב לתחתית ולהתנהל מחקר מדעי. אף אחד לא עשה זאת מעולם.

בארה"ב מפתחים רובוט בעל ארבע רגליים להובלת מטען, BigDog. האם התפתחויות דומות בקרן?

באשר למשטחי הליכה לנשיאת מטענים או תחמושת, הקרן אינה מבצעת עבודות כאלה. אבל כמה ארגונים איתם אנו משתפים פעולה פעלו באופן יזום בפיתוחים דומים. השאלה אם יש צורך ברובוט כזה בשדה הקרב נותרה פתוחה. ברוב המקרים משתלם יותר להשתמש בכלי רכב גלגלים או נגררים.

- אילו פלטפורמות רובוטיות נוצרות ב-FPI, מלבד פדור?

אנו מפתחים מגוון שלם של פלטפורמות למטרות שונות. אלה רובוטים קרקעיים, אוויריים וימיים. ביצוע משימות סיור, הובלת מטענים, וגם מסוגל לבצע פעולות לחימה. אחד מתחומי העבודה בתחום זה הוא קביעת המראה ושיטות הבדיקה של שימוש ברחפנים, כולל קבוצתיים. אני חושב שאם הכל ימשיך באותו קצב, בעתיד הקרוב תהיה הרחבה משמעותית בשימוש ברחפנים, כולל למשימות לחימה.

- FPI מפתחת לוויין אטמוספרי "סובה" - מטוס חשמלי גדול. איך מתנהלים המשפטים שלו?

-הבדיקה של מדגמת כלי הטיס הבלתי מאוישים של סובה הסתיימה. טיסה ארוכה התקיימה בגובה של כ-20 אלף מ', לרוע המזל, המכשיר נפל לאזור של מערבולות קשות וקיבל נזק רציני. אבל בשלב זה כבר קיבלנו את כל הנתונים הדרושים, היינו משוכנעים הן באופי המבטיח של כיוון המחקר עצמו והן בנכונות פתרונות התכנון שנבחרו. הניסיון שנצבר ישמש ליצירה ובדיקה של מכשיר בגודל מלא.

עמותת מפעל "רוסקוסמוס" על שם. Lavochkina מבצעת פיתוח דומה - יצירת לוויין אטמוספרי "Aist". האם אתה עוקב אחר ההתפתחויות של המתחרים שלך?

אנו מודעים לעבודות אלו ושומרים על קשר עם מפתחי Aist. לא מדובר בתחרות, אלא בהשלמה הדדית.

האם ניתן להשתמש במכשירים כאלה באזור הארקטי, שבו אין תקשורת ותשתית להמראות ונחיתות תכופות?

יש לקחת בחשבון שבאביב ובסתיו, וביתר שאת במהלך ליל הקוטב, ייתכן ש"הלוויין האטמוספרי" פשוט לא יקבל את האנרגיה הדרושה לטעינת הסוללות. זה מגביל את השימוש בו.

לאחרונה הוצגו לציבור טכנולוגיות לנשימה נוזלית - טבילת כלב תחש בנוזל מיוחד רווי חמצן. הפגנת ה"טביעה" עוררה גל הפגנות. האם העבודה בכיוון הזה תימשך לאחר מכן?

-העבודה על נשימה נוזלית נמשכת. בהתבסס על הפיתוח שלנו, ניתן להציל אלפי חיים. ואנחנו מדברים לא רק על צוללים, שבזכות נשימה נוזלית, יוכלו לעלות במהירות אל פני השטח ללא השלכות בצורת מחלת דקומפרסיה. ישנן מספר מחלות ריאה ופציעות שניתן לטפל בהן בהצלחה בנשימה נוזלית. סיכויים מעניינים לשימוש בטכנולוגיית נשימה נוזלית עבור קירור מהירהגוף כאשר יש צורך להאט את התהליכים המתרחשים בו.כעת זה נעשה באמצעות קירור חיצוני או הזרקת תמיסה מיוחדת לדם. אתה יכול לעשות את אותו הדבר, אבל בצורה יעילה יותר, על ידי מילוי הריאות שלך בתערובת נשימה מקוררת.

ראש מעבדת FPI ליצירת נשימה נוזלית, אנטון טונשין, עם תחש בשם ניקולס, שבעזרתו חקרו מדענים מהקרן למחקר מתקדם (FPI) את האפשרויות של נשימה נוזלית

יש לציין כי אין כל פגיעה בבריאותם של בעלי החיים המשתתפים בניסויים אלו. כל "הנסיינים" חיים.חלקם מוחזקים במעבדה בה מעקב אחר מצבם. רבים הפכו לחיות מחמד עבור עובדים, אך מצבם גם נבדק מעת לעת על ידי המומחים שלנו. תוצאות התצפית מצביעות על היעדר השלכות שליליותנשימה נוזלית. הטכנולוגיה הוכחה, ועברנו ליצירת מכשירים מיוחדים ליישום המעשי שלה.

- מתי תעברו לחקר נשימת נוזלים בבני אדם?

תיאורטית, אנחנו מוכנים לניסויים כאלה, אבל כדי להתחיל אותם יש צורך לפחותליצור ולבדוק ציוד מתאים.

בעבר פיתחה FPI פלטפורמת תוכנה לתכנון ציוד שונים, שנועדה להחליף תוכנות זרות. האם משתמשים בו איפשהו?

העבודה על יצירת סביבה מאוחדת עבור תוכנת ההנדסה הרוסית "Herbarium" אכן הושלמה. שאלת השימוש בו ברוסתום וברוסקוסמוס נשקלת כעת - לעיצוב דוגמאות מוצרים מבטיחות תעשייה גרעינית, כמו גם טכנולוגיית רקטות וחלל.

- האם הקרן פועלת בתחום טכנולוגיות המציאות הרבודה?

-כן, הקרן מבצעת עבודה כזו - בפרט, יחד עם KamAZ. אחת המעבדות שלנו יצרה אב טיפוס של משקפי מציאות רבודה המספקים שליטה על הרכבת הרכיבים לרכב. התוכנית אומרת לך איזה חלק אתה צריך לקחת והיכן להתקין אותו. אם המפעיל מבצע פעולות לא נכונות, למשל, חורג מסדר הרכבת המוצר או מתקין לא נכון את האלמנטים שלו, נשמעת התראה קולית על הצעד השגוי ומידע על השגיאה מוצג על המשקפיים.יתר על כן, זו עובדה פעולות לא נכונותאו אפילו הניסיון שלהם מתועד ביומן אלקטרוני. כתוצאה מכך יש ליצור מערכת המבטלת אפשרות של הרכבה לא נכונה. בעתיד אנו מתכוונים לפתח את המערכת הזו לכיוון של מזעור ולהחליף את המשקפיים במכשירים מתקדמים יותר.

לקוחות פוטנציאליים טכנולוגיית מחשבקשור כעת לפיתוח מחשבים קוונטיים, ואבטחת מידע עם הצפנה קוונטית. האם FPI מפתחת את התחומים האלה?

הקרן עוסקת בנושאים הקשורים למחשוב קוונטי וליצירת בסיס האלמנטים המקביל. באשר לתקשורת קוונטית, כולם שומעים על חוויותיהם של עמיתיהם הסינים. אבל אנחנו לא עומדים במקום.

עוד בסתיו 2016, FPI ו-Rostelecom סיפקו העברה קוונטית של מידע באמצעות כבל סיבים אופטיים בין נוגינסק לפבלובסקי פוסאד. הניסוי הצליח. היום כבר אפשר לדבר בטלפון קוונטי. תכונה חשובהשידור קוונטי של מידע הוא חוסר האפשרות ליירוטו.

במהלך הניסוי הנזכר, ניתנה תקשורת קוונטית במרחק של כ-30 ק"מ. מבחינה טכנית, אין בעיות ביישום זה בטווח גדול יותר. אנו מתכוננים לקיים מפגש תקשורת בערוץ אטמוספרי. אנו בוחנים אפשרות של ניסוי על תקשורת קוונטית מהחלל תוך שימוש בפוטנציאל של תחנת החלל הבינלאומית.