Андрей Филиппенко из РАЕН изобрёл технологию дыхания в жидкости из фторуглерода
Вчера по российским телеканалам показали очередное изобретение российских учёных — технологию жидкостного дыхания, которая якобы позволяет дышать под водой. Вместо воды в данном случае используется специальная жидкость. Как сообщили телеканалы, это «секретная российская разработка».
Автор изобретения — член-корреспондент РАЕН (Российская академия естественных наук), кмн, лауреат премии общества кораблестроителей Великобритании Андрей Филиппенко. Он занимается этим проектом ещё со времён СССР, и вот наконец-то добился демонстрации на самом высоком уровне.
На специальной демонстрации эксперимент с затоплением собаки породы такса двое учёных провели для президента Сербии Александра Вучича. Это была лишь одна из инновационных российских разработок, которые показал Вучичу вице-премьер РФ Дмитрий Рогозин.
Во время эксперимента таксу поместили в колбу со специальной жидкостью, насыщенной кислородом. Для этого учёным пришлось немало постараться, потому что собака активно сопротивлялась.
Двое учёных пытаются запихать таксу в колбу с жидкостью из фторуглерода
Примерно через 10 секунд её попытались извлечь, что тоже оказалось непросто — в итоге таксу достали за задние лапы. В целом голова собаки провела в жидкости около 20 секунд. Достав практически неподвижную таксу, её опустили вниз головой над ванной — и слили жидкость, попавшую в лёгкие. Затем вытерли полотенцем. Когда собака полностью пришла в себя, её показали журналистам и официальным лицам как доказательство того, что она действительно «дышала» под водой. Вучич погладил собаку и отметил, что впечатлился увиденным.
В интервью каналу РенТВ Андрей Филиппенко объяснил, что жидкость «похожа на воду, она прозрачная и бесцветная, но состоит из углерода и фтора».
Первой мыслью может быть, что Андрей Филиппенко имеет в виду тетрафторметан (химическая формула CF4) — один из самых простых фторуглеродов. В частности, это вещество используется как компонент дыхательных смесей при глубоководных погружениях. При контакте тетрафторметана с пламенем в избытке кислорода получаются токсичные газы; в присутствии воды получается фтороводород (в димере H2F2) — бесцветная подвижная летучая жидкость, которая смешивается с водой в любом отношении с образованием фтороводородной (плавиковой) кислоты. Согласно энциклопедии, фотороводород образует с водой азеотропную смесь с концентрацией 35,4% HF.
Кроме тетрафторметана есть и другие фторуглероды. Их формулы аналогичны углеводородам, только все атомы водорода замещены атомами фтора, как в случае с тетрафторметаном (аналог метана CH4, только с фтором вместо водорода).
Высшие и особенно полициклические фторуглероды обладают аномально высокой способностью растворять газы, в том числе кислород. Собственно, именно это химическое свойство полициклических фторуглеродов мог попытаться использовать учёный из Российской академии естественных наук. Но если учесть, что он ведёт эксперименты со времён СССР, то есть около 30 лет, можно предположить, что эти эксперименты были в основном неудачными.
Что именно изобрёл Филиппенко — сейчас сказать трудно, потому что подробности о своём изобретении он не рассказал, а научных работ на эту тему его авторства найти не удалось.
По словам представителей проекта из Фонда перспективных исследований, применение подобной жидкости может спасти жизнь экипажам затонувших подводных лодок. С глубины выше 100 м невозможно быстро подняться на поверхность из-за кессонной болезни, но «если наполнить лёгкие человека этой жидкостью, то они не будут сжиматься, что позволит быстро подняться на поверхность».
«Технология здесь очень интересная, — сказал Андрей Филиппенко. — Действительно, она имеет очень большое значение для подводных дел. И здесь я могу сказать, что мы впереди планеты всей».
Финансирование разработок осуществляет Фонд перспективных исследований из российского бюджета. Представители Фонда говорят, что у технологии очень много других применений: это спасение недоношенных людей, помощь людям с ожогами лёгких. А если у аквалангиста будет такая жидкость в баллонах вместо кислорода, это существенно увеличит время его нахождения под водой и «позволит погрузиться на доселе невиданные глубины». Руководит проектом Фёдор Арсеньев.
Представители ФПИ также пояснили, что в жидкостном дыхании главная проблема — психологическая. Для такого «дыхания» первым делом нужно захлебнуться, то есть набрать в лёгкие жидкость.
Рогозин подчеркнул, что это лишь один из проектов ФПИ. Есть и другие: «(Это) тот самый завтрашний день, куда мы стремимся», — отметил зампред правительства.
Источник
Жидкостное дыхание
Это уже, наверное, клише в научной фантастике: в костюм или капсулу очень быстро поступает некое вязкое вещество, и главный герой внезапно для себя обнаруживает, как быстро он теряет остатки воздуха из собственных лёгких, а его внутренности заполняются необычной жидкостью оттенка от лимфы до крови. В конце концов он даже паникует, но делает несколько инстинктивных глотков или, скорее, вздохов и с удивлением обнаруживает — он может дышать этой экзотической смесью так, словно он дышит обычным воздухом.
Так ли мы далеки от реализации идеи жидкостного дыхания? Возможно ли дышать жидкой смесью, и есть ли в этом реальная необходимость?
Существует три перспективных пути использования этой технологии: это медицина, ныряние на большие глубины и космонавтика.
Давление на тело ныряльщика растёт с каждыми десятью метрами на одну атмосферу. Из-за резкого понижения давления может начаться кессонная болезнь, при проявлениях которой растворённые в крови газы начинают закипать пузырьками. Также при высоком давлении возможны кислородное и наркотическое азотное отравление. Со всем этим борются применением специальных дыхательных смесей, но и они не дают никаких гарантий, а лишь снижают вероятность неприятных последствий. Конечно, можно использовать водолазные скафандры, которые поддерживают давление на тело ныряльщика и его дыхательной смеси ровно в одну атмосферу, но они в свою очередь крупногабаритны, громоздки, затрудняют движение, а также очень дороги.
Жидкостное дыхание могло бы предоставить третье решение этой проблемы с сохранением мобильности эластичных гидрокомбинезонов и низких рисков жёстких скафандров. Дыхательная жидкость в отличие от дорогих дыхательных смесей не насыщает тело гелием или азотом, поэтому также отпадает необходимость в медленной декомпрессии для избежания кессонной болезни.
В медицине жидкостное дыхание можно использовать при лечении недоношенных детей, чтобы избежать повреждения недоразвитых бронхов лёгких давлением, объёмом и концентрацией кислорода воздуха аппаратов искусственной вентиляции лёгких. Подбирать и пробовать различные смеси для обеспечения выживания недоношенного плода начали уже в 90-х. Возможно использование жидкой смеси при полных остановках или частичных недостаточностях дыхания.
Космический полёт сопряжён с большими перегрузками, а жидкости распространяют давление равномерно. Если человека погрузить в жидкость, то при перегрузках давление будет идти на всё его тело, а не конкретные опоры (спинки кресла, ремни безопасности). Такой принцип использовался при создании костюма для перегрузок Libelle, который представляет из себя жёсткий скафандр, наполненный водой, что позволяет пилоту сохранять сознание и работоспособность даже при перегрузках выше 10 g.
Этот метод ограничен разницей плотностей тканей тела человека и используемой жидкостью для погружения, поэтому предел составляет 15—20 g. Но можно пойти дальше и заполнить лёгкие жидкостью, близкой по плотности к воде. Полностью погруженный в жидкость и дышащий жидкостью космонавт будет относительно слабо ощущать эффект экстремально высоких перегрузок, поскольку силы в жидкости распределяются равномерно во всех направлениях, но эффект всё равно будет из-за различной плотности тканей его тела. Предел всё равно останется, но он будет высок.
Первые эксперименты по жидкостному дыханию проводились в 60-х годах прошлого века на лабораторных мышах и крысах, которых заставили вдыхать солевой раствор с высоким содержанием растворённого кислорода. Эта примитивная смесь давала животным возможность выжить некоторое количество времени, но она не могла удалять углекислый газ, поэтому лёгким животных наносился непоправимый вред.
Позже начались работы с перфторуглеродами, и их первые результаты были куда лучше результатов экспериментов с соляным раствором. Перфторуглероды — это органические вещества, в которых все атомы водорода замещены на атомы фтора. Перфторуглеродные соединения обладают способностью растворять как кислород, так и углекислый газ, они очень инертны, бесцветны, прозрачны, не могут нанести повреждения ткани лёгких и не усваиваются организмом.
С того момента жидкости для дыхания были улучшены, самое совершенное на данный момент решение называется перфлуброн или «Ликвивент» (коммерческое название). Эта маслоподобная прозрачная жидкость с плотностью в два раза выше плотности воды обладает множеством полезных качеств: она может нести в два раза больше кислорода, чем обычный воздух, имеет низкую температуру кипения, поэтому после использования окончательное её удаление из лёгких производится испарением. Альвеолы под воздействием этой жидкости лучше открываются, и вещество получает доступ к их содержимому, это улучшает обмен газами.
Лёгкие могут заполняться жидкостью полностью, это потребует мембранного оксигенатора, нагревающего элемента и принудительной вентиляции. Но в клинической практике чаще всего так не делают, а используют жидкостное дыхание в комбинации с обычной газовой вентиляцией, заполняя лёгкие перфлуброном лишь частично, примерно на 40% от всего объёма.
Кадр из фильма Бездна (The Abyss), 1989 год
Что же мешает нам использовать жидкостное дыхание? Жидкость для дыхания вязка и плохо выводит углекислый газ, поэтому понадобится принудительная вентиляция лёгких. Для удаления углекислого газа от обычного человека массой 70 килограммов потребуется поток 5 литров в минуту и выше, и это очень много с учётом высокой вязкости жидкостей. При физических нагрузках величина необходимого потока будет только расти, и вряд ли человек сможет двигать 10 литров жидкости в минуту. Наши лёгкие просто не созданы для дыхания жидкостью и сами прокачивать такие объёмы не в состоянии.
Использование положительных черт жидкости для дыхания в авиации и космонавтике тоже может навсегда остаться мечтой — жидкость в лёгких для костюма защиты от перегрузок должна обладать плотностью воды, а перфлуброн в два раза её тяжелей.
Да, наши лёгкие технически способны «дышать» определённой богатой кислородом смесью, но, к сожалению, пока мы можем это делать только на протяжении нескольких минут, поскольку наши лёгкие не настолько сильны, чтобы обеспечивать циркуляцию дыхательной смеси продолжительные периоды времени. Ситуация может измениться в будущем, остаётся лишь обратить наши надежды на исследователей в этой области.
Источник
Подводное дыхание фторуглеродами
Вододышащие мыши
Оказывается, ещё в первой половине прошлого века биологи, химики и физиологи занимались решением этой проблемы. «Социальным заказом» исследований послужило лечение людей, пострадавших от отравляющих газов во время Первой мировой войны. Хлор, синильная кислота, иприт, хлорпикрин, фосген и дифосген не оставляли шансов на выживание попавшим под их прямое воздействие; однако на периферии газовой атаки было немало солдат, «отделавшихся» более или менее серьёзным поражением лёгких.
Тогда, возможно, и возникла идея ингаляции повреждённых лёгких особой жидкостью — не водой, конечно, а соляным раствором, обогащённым кислородом. О первых опытах на животных, проводившихся в то время, не сохранилось практически никакой информации; скорее всего, они не дали положительных результатов.
Тем не менее в 60-х годах прошлого века опыты были возобновлены. Они проводились независимо в СССР и США, и их объектами стали обычные лабораторные мыши. Есть информация о том, что мышь, полностью погружённая в сильно обогащённый кислородом соляной раствор (на вид ничем не отличающийся от воды), не захлёбывалась, а вполне нормально себя чувствовала и даже совершала плавательные движения. Впрочем, такое продолжалось недолго.
Дело в том, что при таком «жидкостном дыхании» организм мыши получал кислород, но не мог избавляться от углекислого газа. Что и приводило, в конце концов, к гибели животного. Казалось бы, на этом следовало поставить точку и не мучить больше бедных грызунов. Однако…
Вместо водорода — фтор
Некоторое время спустя в чью-то гениальную голову пришла мысль использовать в качестве раствора жидкие фторуглероды. Мы говорим — в чью-то, потому что не знаем, чья это была голова: большинство результатов экспериментов с жидкостным дыханием по сей день остаётся засекреченным. В открытом доступе есть лишь крохи информации по этой теме, но и эти крохи поражают воображение.
Что такое фторуглероды? Это сложные органические (то есть на основе углерода) соединения, в которых атомы водорода заменены атомами фтора. В природе таких соединений не найдено, но они без особых трудов могут быть синтезированы в лаборатории.
Выбор жидких фторуглеродов был обусловлен в первую очередь их аномально высокой способностью растворять и кислород, и углекислый газ.
К тому же они инертны, прозрачны, без вкуса, цвета и запаха и не наносят вреда тканям лёгких. Вдобавок фторуглероды не метаболизируются в организме (не участвуют в обмене веществ).
В середине 70-х годов были получены и первые обнадёживающие результаты. Имеется информация о том, что в 1975 году в советском Институте сердечно-сосудистой хирургии им. А.Н. Бакулева была успешно осуществлена полная жидкостная вентиляция лёгких (ПЖВ). Попросту говоря, газовая среда в лёгких подопытного животного (на сей раз это была собака) полностью заменялась жидким фторуглеродом, которым животное могло дышать в течение определённого времени.
Но прежде чем продолжить рассказ об экспериментах с жидкостным дыханием, давайте остановимся на вопросе «зачем?». Для чего нужно дышать жидкостью тому, кто привык дышать воздухом?
На земле и в космосе
Есть три ответа на этот вопрос. Жидкостное дыхание нужно тем, кто летит в космос, погружается в морские глубины или страдает лёгочной недостаточностью на земле.
Начнём с последнего — с лёгочной недостаточности.
Особенно актуальным жидкостное дыхание может стать при выхаживании недоношенных младенцев. Дело в том, что эмбрион все время своего развития «в утробе матери находится в жидкой среде. Он получает кислород и выделяет углекислый газ не с помощью лёгких, а через пуповину. Это не дыхание в привычном для нас смысле, по системе «вдох-выдох».
К тому же лёгочная ткань у эмбриона развивается постепенно и созревает лишь к 35-й — 36-й неделе беременности. А это значит, что недоношенные дети, чтобы выжить, нуждаются в аппарате искусственного дыхания. Но что, если поместить недоношенного младенца целиком в жидкость? По возможности смоделировать условия развития в материнской утробе? Его лёгочная ткань продолжала бы развиваться естественным путём, а замена аппарата ИВЛ «жидкостным дыханием» позволила бы избежать множества дальнейших осложнений.
Для космонавтов жидкостное дыхание могло бы значительно увеличить работоспособность в условиях больших перегрузок. Если скафандр космонавта целиком заполнен жидкостью, нагрузка на его тело при ускорении, торможении и других необходимых манёврах космического корабля распределяется равномерно. Даже при 15-кратных перегрузках такой космонавт может находиться в сознании и сохранять работоспособность; в то время как сейчас при взлёте стараются ограничиваться 4-кратной перегрузкой, а пределом человеческих возможностей считается кратковременная (при аварийной посадке) 12-кратная перегрузка.
Жидкостное дыхание могло бы стать незаменимым и для погружения на большие глубины. Сегодня водолазам приходится не только использовать громоздкие и неудобные глубоководные скафандры, но они ещё при быстром подъёме страдают от кессонной болезни, когда растворённые в крови газы как бы «закипают» пузырьками.
Герой фантастического фильма «Бездна» (1989 г., режиссёр Дж. Кэмерон) как раз и пользуется жидкостным дыханием, чтобы в обычном скафандре опуститься на большую глубину, обезвредить ядерную бомбу и тем самым спасти человечество. На экране хорошо видно, как прозрачный шлем персонажа Эда Харриса целиком заполняется прозрачной жидкостью, а герой при этом не меняет стоического выражения лица.
И вот, говоря о глубоководном погружении, мы переходим из области фантастики к событиям, которые, возможно, действительно происходили в 80-х годах прошлого века.
Чёрное море. Акванавты
Хотя с тех пор прошло около 40 лет, истории о черноморской подводной базе спасателей всё ещё передаются из уст в уста и из гаджета в гаджет. Сразу хотим предупредить читателя: истории эти из серии «один хороший знакомый родственника друга рассказал». Однако их долговечность и сходство в некоторых важных деталях заставляют предположить — что-то подобное действительно происходило.
Суть историй заключается в следующем. В начале 80-х годов прошлого века в СССР разработали целую программу спасения людей на большой глубине. С этой целью на Чёрном море построили подводную базу для подготовки акванавтов-спасателей. Акванавты с лёгкими, заполненными фторуглеродной жидкостью, могли даже не в скафандрах — в обычных гидрокостюмах опускаться на глубину до 500 метров и несколько часов находиться там, выполняя необходимые действия.
База прекратила своё существование в начале 90-х годов по совершенно банальной причине — отсутствие финансирования. Не до морских глубин стало тогда стране… Акванавтов, впрочем, наградили правительственными наградами и отпустили на все четыре стороны, взяв строгую подписку о неразглашении.
Некоторые «знакомые родственников друзей» рассказывают, впрочем, что кое-кто из бывших глубоководников на старости лет всё-таки нарушил подписку и рассказал — каково оно, дышать жидкостью.
По их словам, совсем нетрудно. Очень трудно преодолеть психологический барьер — страх захлебнуться, когда надо «вдохнуть» жидкость и позволить ей заполнить свои лёгкие. Так что невозмутимая физиономия Эда Харриса в заполняемом жидкостью шлеме — не что иное, как выдумка. В отличие от самого жидкостного дыхания…
Были или не были в действительности люди, дышащие жидкостью на глубине 500 метров, — вопрос, мягко говоря, спорный. Но что касается экспериментов с животными, то они, похоже, проводились и проводятся на самом деле.
Во всяком случае четыре года назад российский Фонд перспективных исследований — Фпи — анонсировал продолжение опытов с жидкостным дыханием. Есть информация о том, что к 2020 году исследователи добились впечатляющего результата в опытах на собаках. По каким-то соображениям была выбрана одна порода — такса. Так вот, такса оказалась способна без вреда для здоровья выдержать 30 минут жидкого дыхания в условиях, имитирующих погружение на 500-метровую глубину. После чего из её лёгких откачали фторуглеродную жидкость, и животное вернулось к привычному (воздушному) способу дыхания.
Журнал: Тайны 20-го века №32, август 2020 года
Рубрика: Под грифом «Секретно»
Автор: Ольга Арсентьева
Источник
