Господин Свещаров
Биологичен калейдоскоп (11)

Дишане с… вода! Човекът амфибия — една реалност на нашия век. Завръщане към лоното на живота

„Мъжете обичат приключенията. Винаги ще се намерят доброволци, които искат да проникнат в морските дълбини.“

Жак-Ив Кусто

Океанът!…

От незапомнени времена той е привличал с магическата си сила хиляди безстрашни мъже, които са се впускали в смели и романтични приключения сред бурните му вълни. Колко ли смелчаци са намерили смъртта си сред разпенените му води? Но нищо не е било в състояние да намали притегателната му сила. От най-дълбока древност той представлява единствено средство за препитание на много народи и затова се казва, че риболовът и корабоплаването са стари колкото човешкия род.

Днес човечеството навлиза все по-дълбоко сред вечния мрак на океанските дълбини. Когато в началото на 50-те години от нашия век момчетата на Жак-Ив Кусто — бащата на съвременните подводни изследвания — започнаха да извършват подводни плувания с помощта на специално конструирания от Кусто леководолазен апарат, за мнозина стана ясно, че човекът навлезе в нова ера на овладяване океанските дълбини.

Но чувствуваме ли се напълно като „риби“ с леководолазните апарати?

В последните няколко години армията на леководолазите се увеличи неимоверно много. Десетки хиляди хора по цял свят се отдават с неизказано удоволствие на леководолазния спорт и той печели все повече и повече привърженици. Това е лесно обяснимо: кой ли не би желал да се почувствува като „риба“, да се гмурне в прохладните води на морето или океана и да се наслаждава на приказно красивата и необичайна гледка, която ще му разкрие тайнственият свят на мълчанието? Затова е разбираемо неудовлетворението на спортистите-леководолази, които след известен престой под водата трябва да изплуват отново на повърхността на водата и да излязат на брега, защото в балоните се е свършил вече въздухът…

Очите на учените от всички страни все по-често се обръщат към Световния океан. Една от най-важните причини за това е демографският „бум“, който поставя сериозни задачи на много правителства по прехранването на все повече нарастващото население на Земята. А океанът в това отношение има почти неизчерпаеми възможности — неговото богатство на храни от растителен и животински произход е наистина фантастично. Освен това в морската вода има разтворени милиони тонове редки и скъпоценни метали, а на дъното му се намират други огромни запаси от полезни изкопаеми. А според последните прогнози само след някое и друго десетилетие човечеството ще бъде заплашено и от суровинен глад. И накрая, океанът може да представлява за бъдещите поколения едно добро място за построяване на цели градове. Такива оригинални проекти вече има изработени от японски и американски архитекти.

Съвременните леководолазни дихателни апарати безспорно са доста усъвършенствувани и достатъчно сигурни при употреба, но с тяхна помощ човек за съжаление не може да достигне голяма дълбочина. Максималната дълбочина, която обикновено се постига от професионални гмуркачи, е 90 метра. Но известно е, че още на 30-ия метър азотът, попадащ в кръвта на водолаза, предизвиква интоксикация, като въздействува върху нервната система. Човек става весел, също като че ли си е пийнал. По време на един опит в една подводна камера за декомпресия, в която налягането отговаряло на 60 метра дълбочина под водата, група начинаещи леководолази заприличали на „весела новогодишна компания“. Някои от тях не контролирали думите си и, общо взето, всички били много възбудени. Лесно можем да си представим какви опасности крие едно такова състояние под водата.

Опитният водолаз може да запази самообладание и до 90 метра дълбочина, но не е в състояние да избегне едно чувствително намаляване на способностите си. Той става несръчен, не разбира добре даваните му съвети и се обърква от тях, не си спомня какво трябва да прави, а след завършване на опита въобще не си спомня какво е ставало под водата. След потапяне на дълбочина повече от 90 метра вече се губи съзнание поради настъпващата азотна наркоза.

Азотът причинява също и така наречената кесонна болест. Тя може да се сравни с отварянето на бутилка газирана вода. От силното налягане на водата азотът се разтваря в кръвта и се разнася по цялото тяло. Когато налягането спадне рязко (при бързо излизане от водата), тъканите започват да отделят газа. Всичко започва с една лека болка в колената, преминава в прогресивна парализа и ако газовите мехурчета стигнат до мозъка, настъпва смърт. При бавното излизане се дава възможност азотът да бъде издишан през белите дробове, без да образува мехурчета. В такъв случай обаче леководолазът е принуден да прекара по-голямата част от работното си време в така наречената „бавна декомпресия“.

Неудобството, което създава азотът, принуди физиолозите да го заместят с хелий. Този благороден газ е близо 8 пъти по-слабо опияняващ от азота, което означава, че с него може да се слиза на 8 пъти по-голяма дълбочина. За да се предпазят от конвулсии, които предизвиква кислородът при голяма дълбочина, леководолазите са били принудени да намалят процента на съдържащия се в сместа кислород до степен, при която налягането не надвишава два и половина пъти това, което е на повърхността на морето. При едно подобно спускане от 140 метра, извършено в рамките на програмата „Човек под водата“, Едуин Линк вдишвал смес с 3,8 на сто кислород (на повърхността на морето кислородът достига до 20 на сто). След това гмуркане са му били необходими близо 4 дни, за да възстанови нормалното налягане на газовете в кръвта си.

Ясно е, че ако леководолаз не може да престои няколко дни или даже седмици под водата, просто не си струва труда да слиза толкова надълбоко. Ето защо много известни изследователи, между които и Жак-Ив Кусто и редица компании за изследване на океана, се заеха с извършването на сериозни и задълбочени изследвания, които имат за цел да позволят на хората в бъдеще да живеят и работят на големи дълбочини.

Благодарение на разработените (но пазени в дълбока тайна по обясними причини) специални газови дихателни „коктейли“ дълбочинната граница, овладявана от най-различни акванавти, бавно, но сигурно започва да се отдръпва все по-надолу към океанските бездни. През последните две десетилетия в гмуркането бяха спечелени няколкостотин метра и днес водолазите са близо до 800-метровата дълбочина. Тук трябва да направим обаче едно разграничаване — когато споменаваме дълбочината 800 метра, тя се отнася до границите на човешките възможности за гмуркане, достигнати към края на 80-те години на нашия век. Същевременно искаме да подчертаем, че средната работна дълбочина на водолазите е едва 100 метра! Съвсем наскоро се появи едно заинтригуващо съобщение, че в нефтодобивния район на Мексиканския залив един водолаз е работил на дълбочина 540 метра. Водолазният му костюм бил със специална конструкция и в него се поддържало нормално атмосферно налягане. При влизането и излизането от водата водолаз с такъв костюм не е необходимо да прибягва до компресия и декомпресия. Костюмът е направил излишни и скъпоструващите дихателни газови смеси, необходими при обикновени условия за работа под водата.

Едновременно с работата по усъвършенствуването на леководолазните апарати и дихателните смеси в много страни се работи и по създаването на изкуствени хриле. Целта е да се конструира такъв апарат, който да позволява получаването на кислород направо от заобикалящата човека водна среда, така както дишат много морски животни.

През 1968 година американското списание „Попюлър меканикс“ съобщи, че двама американски изобретатели са патентовали изкуствени хриле, които позволяват на леководолазите да вдишват в дробовете си разтворения във водата кислород и да издишват навън въглеродния двуокис. Тези хрилни системи били многообещаващи, тъй като те щели да елиминират или омаловажат редица проблеми, свързани с живота и работата на човека под водата, а именно: спазмите, азотното „опияняване“ и кислородното отравяне. При това положение леководолазите щели да могат да се движат свободно като риби надолу и нагоре в океана, без да е необходимо да спазват праговете за декомпресия.

Според списанието учените напълно сериозно обсъждали въпроса за отклоняване кръвообръщението на леководолазите през една изкуствена „хрилна система“ така, че кръвта да не минава през белите дробове. Двама леководолази от една фирма, занимаваща се с подводни строежи и инсталации, са дали съгласието си да бъдат подложени на необходимата операция за присаждане в тялото им на такава „хрилна система“. Става дума за операция, при която ще се направят отклонения от белодробната артерия, като кръвта ще минава през системата от мембрани, чиито външни стени се мият от морската вода. Изглежда, първоначалният ентусиазъм на ръководството на фирмата е бил впоследствие заменен от по-трезво разбиране по отношение на безразсъдното боравене с живи хора, защото повече нищо не се чу за въпросния проект и планираната оперативна намеса.

Във водната среда, имаща допир с въздуха, газовете са разтворени в същата пропорция, както и във въздуха — 78 на сто азот и около 21 на сто кислород. Само концентрацията на разтворените газове е по-малка — около 1/30 в сравнение с еднакъв обем въздух. Техните парциални налягания обаче са съвършено същите, както във въздуха, с много малки колебания, предизвиквани от температурата на водата. Особено съществено е, че това положение не се изменя от дълбочината на водната среда.

Ако парциалното налягане на един газ в дадена среда, била тя въздух или вода, се окаже по-високо от това на друга, то този газ се стреми да дифузира в средата, където неговото парциално налягане е по-ниско, докато се постигне равновесие. Кръвта, която прониква в капилярите на белите дробове, е претоварена с въглероден двуокис и бедна на кислород. Тя е отделена от въздуха, който вдишваме само от тънката мембрана на белите дробове, която пропуска само газовете. Тъй като парциалното налягане на кислорода от въздуха е по-голямо, отколкото това в кръвта, кислородните молекули лесно и бързо дифундират през мембраната в кръвта. Същото става и с въглеродния двуокис, който дифундира от кръвта във въздушната среда. Абсолютно същият процес се извършва между кръвта и водата по подобие на този между кръвта и въздуха.

Валдемар Еърс, изобретател на изкуствени хриле, добавил към тях и едно моторче с витло, чиято задача била да придвижва водата през тях. Еърс твърди, че след усъвършенствуването им гмуркането с тези хриле щяло да бъде много по-безопасно и сигурно, отколкото това става с леководолазния аквалангов апарат. Защото при употребата на хриле разтворените във водата газове се стремят да достигнат равновесие с парциалните налягания на същите газове, намиращи се във водата.

Еърс е един от малкото експериментатори, който е изпитал успешно изкуствени хриле от типа „вода — въздух — кръв“ и смята, че след време хората ще могат да дишат с хриле като „риби“. Що се отнася до другата, система хриле от типа „вода — кръв“, за която стана дума преди малко (чиято употреба става възможна само след хирургическа намеса), трябва да се отбележи, че съществуват още доста нерешени въпроси около нея. На първо място стои рискът от образуването на кръвни съсиреци. Друг проблем е осмозата, тъй като мембраните за обмяната на газове са до известна степен промокаеми и за течностите. Водните молекули биха могли да преминат от кръвта във водата и да обезводнят леководолаза. От друга страна, разтворените във водата химически съединения могат да преминат по обратния път в кръвта и да я отровят. Опасенията около промокаемостта на мембраната все още съществуват, независимо от съобщенията, че са създадени мембрани, които са „селективно-промокаеми“, т.е. те пропускат само желаните от конструктора вещества.

На трето място, съществува опасност кислородните мехурчета да увредят кръвните клетки, когато преминават през стените на изкуствените хриле. Затова сега конструкторите усилено работят по усъвършенствуването на един окислител на кръвта от мембранен тип, който се използва в машините „сърце — бял дроб“. Опитните модели са дали насърчителни резултати.

Изкуствените хриле са предмет на голям интерес сред професионалните водолази. Лекарите-физиолози, работещи към големите фирми за изследване и използване на богатствата на океана, гледат също сериозно на този тип хриле, макар да смятат, че има още много да се работи по тяхното усъвършенствуване. Към края на 1965 година д-р Брюс Бодел е изнесъл доклад пред конгреса на американските хирурзи, в който описал механизма на действие на изработените от него изкуствени хриле. Това бил един малък опитен модел хриле, които позволили на една мишка да живее шест дни в стъклена вана, потопена в цистерна с вода. Според него мишката би могла да живее напълно нормално още цяла седмица, ако не се била свършила храната й.

Изкуствените хриле, които били съединени с ваната, се състояли от 2000 фута тънки стъклени тръбички, свързани една с друга като връзка макарони. Те позволявали свободен обмен чрез дифузия на газовете от морската вода. Според д-р Бодел подобни опити дават възможност да се направи заключение за техническите възможности около строежа на съдове, приличащи на подводници и съоръжени с такива „хриле“ за снабдяване с въздух на живеещите в тях до 120 души.

А сега си представете един прозрачен цилиндричен съд, пълен с вода. Една мишка лежи на дъното на съда вече повече от 1 час и въпреки това тя не се удавя. Тя вдишва и издишва течността. Това никак не е лесно — мишката диша тежко, гълта трудно, за да може да прекара течността през дихателните пътища в дробовете си. Извадена от съда след опита, тя отново поема въздух, като че ли нищо не се е случило. Каква е тайната на този опит? Просто течността, която вдишва мишката, съдържа 30 пъти повече кислород от обикновената среда. Именно заради това животното остава живо.

Извършеният „неприятен“ експеримент с бялата мишка има голяма научна и практическа стойност. Ако специално подготвен човек би могъл да диша направо водната среда, в която е потопен, то това би облекчило извънредно много усвояването на океанските дълбини и пътешествията към далечните планети. Всичко това е дало основание за провеждане в СССР, Холандия и САЩ на редица опити сухоземни бозайници да бъдат приучени за дишане във вода.

Дишането с вода е свързано с два основни проблема. Първият е сравнително малкото количество кислород, разтворен във водата. Вторият — че водата и кръвта са течности с твърде различни физиологични свойства. При вдишване водата може да повреди тъканите на дробовете и да предизвика фатални изменения на намиращите се в организма течности.

Освен с бели мишки опити са били извършени и с кучета, които са дишали специално приготвен разтвор, близък по концентрация до кръвта и наситен с кислород колкото външната атмосфера. Животните са преживявали в тази водна среда в продължение на много часове, но впоследствие повечето от тях умирали. Както било установено, смъртта настъпвала поради невъзможността да се отдели напълно въглеродния двуокис от организма им. Освен това животните изразходвали 36 пъти повече енергия при дишането с вода, тъй като нейната плътност е 36 пъти по-голяма от тази на въздуха.

Тези изследвания доведоха до реалните предположения, че човек би могъл в бъдеще без всякакви вредни последици да диша ограничено време течност. Това ще позволи на леководолазите да се спускат на значително по-големи дълбочини, за които до днес все още може само да се мечтае. Защото главната опасност на дълбоководното потапяне е свързана с голямото налягане на водата върху гръдния кош и белите дробове, токсичността на газовете при това налягане и опасността от кесонна болест при бърза декомпресия. Всички тези опасности биха могли да се избягнат, ако водолазът диша не въздух, а обогатена на кислород течност.

По своя химичен състав човешката кръв се доближава много повече до солената морска вода, отколкото до сладката. Този факт обяснява един друг резултат от проучванията. Лице, удавило се в солена вода, след своевременно оказана помощ има много по-големи шансове да остане живо, отколкото друго, удавило се в сладка вода. При опити с животни, вдишвали обогатена на кислород сладка вода, е било установено, че те получават тежки увреждания на дробовете. Тъй като сладката вода съдържа много по-малко соли, отколкото кръвта, тя без затруднения преминава през мембраната на дробовете, навлиза в нежните клетки и ги раздува до спукване. Морската вода обаче, която съдържа повече соли от кръвта, извлича водата от дробовете.

Ясно е, че навлезе ли сладка вода в дробовете на удавник, за него вече няма спасение. Ето защо някои експериментатори предлагат в плувните басейни към водата да се добавя солен разтвор, за да се постигне същата концентрация, каквато притежава кръвта. По такъв начин шансовете на удавилите се да останат живи след своевременна медицинска помощ значително се увеличават.

Разбира се, преди водолазите да преминат към дишане с течност, предстои да се решат още много проблеми. Преди всичко техните организми ще бъдат особено затруднени да се освободят от вредния въглероден двуокис. Затова в момента много учени търсят начини за нормалното отделяне на този газ при дишането с вода. Това ще наложи по всяка вероятност водолазите, които вдишват течност, да бъдат принудени да вземат със себе си в дълбочините сложни съоръжения. Експериментаторите си представят, че водолазът ще бъде носен от уред, подобен на торпедна лодка, чийто резервоар ще бъде пълен с течност. Механични дихателни уреди ще намаляват усилията на мускулатурата на гръдния кош, които са необходими да може течността да влиза и се изтласква от дробовете. Смята се, че по този начин би било възможно да се извърши на 600 метра дълбочина същата трудна и опасна работа, която се извършва днес на 150 метра под водата. В такива крайни случаи обаче човешките възможности за нагаждане биха били твърде пренатоварени. Учените се надяват, че след няколко години ще може да се премине към следващата голяма стъпка: опити с подходящи животни. Ако се получат резултати, говорещи ясно и недвусмислено, че разработената техника няма да изложи на риск и хора, възможно е да се проведат опити с леководолази-доброволци.

В бъдеще може би и на космонавтите ще се наложи да дишат течност. При завръщане от далечни големи планети, като Юпитер и Сатурн например, ще са необходими огромни ускорения за отдалечаване от тях. Тези ускорения са значително по-големи от това, което може да понесе човешкият организъм, и по-специално особено лесно уязвимите бели дробове. Тези пренатоварвания биха били напълно допустими, ако белите дробове се напълнят с разтвор, а тялото на космонавтите се потопи в течност, близка до плътността на кръвта — така както фетусът на човека е потопен в амнионната течност на майчината утроба. Интересни опити на италиански учени са доказали, че плодът, защитен от амнионната течност, може да понесе натоварвания от 10 000 g.

Друго доказателство за това, че човек може да диша известно време с вода, е новият метод за лечение на дробовете, при който единият дроб се промива с лек солев разтвор, чрез който се отделят някои патологични секреции от алвеолите и бронхите.

Специалистите са направили констатацията, че благодарение на изключително големия интерес, който се проявява към богатствата на моретата и океаните, само в последните 15–20 години човечеството е придобило значително по-големи познания за „шестия“ континент, отколкото за предшествуващите 2 хиляди години. Макар и да е трудно да се предскаже потенциалът на сегашната техника предвид сложните проблеми, свързани с трудното приспособяване на човека върху морското дъно, допуска се, че към края на века ще живеят и работят колонии от акванавти на морското дъно на дълбочина до 450 метра.

Струва ни се, че вече наближава времето, когато човекът ще засели не само континенталния шелф (крайбрежната зона), но и огромните подводни планински хребети. В момента усилено се работи за създаването на такава нова техника, с помощта на която в най-близко бъдеще да стане възможно промишленото експлоатиране на океанското дъно. Именно за тези цели се правят и всички описани в тази глава на книгата опити за създаване на подобрени модели дихателни аквалангови апарати, изкуствени хриле и експерименти за дишане с вода. Наближава времето, когато човекът ще разбули вековните тайни на Световния океан и ще се върне отново там, откъдето е произлязъл животът на нашата планета. Място, което утре може да се превърне в естествена жизнена среда за част от нашето най-младо поколение.