Ученые НИИ медицины труда научили собак дышать под водой

Способность человека дышать под водой без громоздких приспособлений и аппаратов, подобно рыбам, давно будоражит умы фантастов. Интересуются этим и ученые, ведь подводное дыхание открывает человечеству невиданные ранее возможности. Люди смогут быстро погружаться и всплывать на поверхность, не опасаясь развития кессонной болезни, когда растворенные под давлением газы в крови, в частности азот, образуют пузырьки, повреждающие кровеносные сосуды.

Вода вместо воздуха

Для того чтобы человек мог дышать жидкостью, она должна выполнять две главные функции: обеспечивать легкие кислородом и выводить углекислый газ. Этим свойством обладает кислород, которым мы дышим, и еще несколько газовых смесей, которыми пользуются дайверы. Ученые предположили, что некоторые жидкости тоже могут выполнять эти функции. А значит, млекопитающие, а в перспективе и люди, могут получать кислород не из газа, а из жидкости.

Первые опыты, связанные с разработкой жидкостного дыхания, провел в 1960-е годы американский ученый Йоханнес Килстра. Он погружал мышей в физраствор, куда вводил газ под давлением до 160 атмосфер – как на глубине полутора километров. Какое-то время мыши могли дышать жидкостью, так как кислорода в ней было достаточно. Но сам процесс дыхания – втягивания и выталкивания жидкости из легких – требовал слишком больших усилий, и грызуны погибали.

Ученые решили подобрать такую жидкость, в которой кислород растворится намного лучше, чем в воде. Для этого подошли силиконовые масла и жидкие перфторуглероды (углеводороды, в которых все атомы водорода замещены на атомы фтора). Эксперименты показали, что первые токсичны и приводят к гибели подопытных животных. А вторые пригодны для использования. Перфторуглероды не взаимодействуют с живыми тканями и прекрасно растворяют газы, в том числе кислород и углекислый газ, при атмосферном давлении и нормальной температуре человеческого тела.

Не забытое старое

Эксперименты по разработке технологии жидкостного дыхания проводились и в СССР. В 70-х годах на базе Севастопольского госуниверситета состоялись первые лабораторные эксперименты по дыханию жидкостью. Затем экономическая и политическая ситуация в стране поставила научную работу на паузу. Возобновлена она была в 2017 году, когда на базе Научно-исследовательского института медицины труда открылась лаборатория по разработке технологии жидкостного дыхания.

За основу сотрудники лаборатории взяли научно-технические разработки, которые велись в нашей стране в 80-90-х годах прошлого века. Тогда они проходили в рамках программы по созданию и выпуску нового класса газопереносящих сред для получения искусственной крови. В 1997 году эти технологии дали жизнь отечественному кровезаменителю «Перфторан», также известному как «голубая кровь» из-за бело-голубого цвета. Сегодня этот препарат применяется в качестве противоишемического (уменьшают потребность сердца в кислороде и увеличивают приток крови к сердцу), противогипоксического (оказывают положительное действие при наступлении кислородной недостаточности) и противоожогового лекарственного средства. Некоторые химически инертные вещества, обладающие высокой кислородтранспортной функцией, то есть переносящие поглощаемый в легких кислород к органам и тканям, сегодня используются в микрохирургии глаза, косметологии, трансплантологии и других областях медицины.

Ученые научно-исследовательского института медицины труда пойдут дальше и станут углубленно исследовать и совершенствовать именно технологию жидкостного дыхания. Специалисты лаборатории уже проводили испытания на мышах и других мелких животных, а сейчас в экспериментах участвуют собаки. Выглядит это так: легкие собаки заполняют специальной насыщенной кислородом жидкостью и помещают животное в резервуар с водой. Фактически собака дышит водой, а специальный аппарат отводит углекислый газ и подает жидкость с воздухом. Пока животные могут безопасно дышать жидкостью более 30 минут на глубине до 500 метров. Специалисты осматривают подопытных непосредственно после эксперимента, а затем наблюдают за их состоянием в течение длительного времени. Все собаки-испытатели выжили и прекрасно чувствуют себя до сих пор. Если испытания на животных и дальше будут проходить успешно, технология жидкостного дыхания может быть применена на людях.

Выигрывает медицина

Широкое применение результаты исследований найдут в медицине, например, в лечении термических и химических ожогов, недоразвития легких у недоношенных детей, бронхообструктивных (хронических неспецифических заболеваний легких), инфекционных и других тяжелых заболеваний. Новая технология способна стать вспомогательной для сопровождения сложных хирургических вмешательств.

Важное направление работы лаборатории – разработка технологии самостоятельной аварийной эвакуации подводников с больших глубин на поверхность моря, летчиков или космонавтов – всех, кто по долгу службы сталкивается с резким изменением высоты и атмосферного давления. Если создать специальный скафандр, в котором получится заполнить легкие подводника жидкостью, насыщенной растворенным кислородом, он может самостоятельно эвакуироваться с терпящей бедствие подлодки.

Но до водолазного костюма, в котором человек будет дышать жидкостью вместо специальной смеси газов, далеко. Для водного дыхания человеческая мускулатура не приспособлена, и ученым еще предстоит разработать технологии, которые помогут закачивать и выкачивать жидкость из легких человека, когда он двигается и выполняет какую-то работу. Пока таких систем не создано.