Можно ли дышать в кислородном бассейне

Редакторы

• Антон Чугунов
• Андрей Панов

• «Био/мол/текст»-2013
• АФК
• Медицина
• Цитология

Статья на конкурс «био/мол/текст»: Долгое время активные формы кислорода считались вредными побочными продуктами обмена веществ. За последнее десятилетие, однако, учёные показали, что живые организмы не только могут использовать активный кислород в своих целях, но и целенаправленно его вырабатывают. Возникает вопрос: нужно ли бороться с активными формами кислорода с помощью антиоксидантов?

Конкурс «био/мол/текст»-2013

Эта статья представлена на конкурс научно-популярных работ «био/мол/текст»-2013 в номинации «Лучший обзор».

Спонсор конкурса — дальновидная компания Thermo Fisher Scientific. Спонсор приза зрительских симпатий — фирма Helicon.

Вот уже много лет производители продуктов питания и косметики твердят о пользе для нашего здоровья антиоксидантов. В связи с этим в головах людей прочно укрепляется точка зрения, что эти чудодейственные вещества являются своего рода панацеей от многих болезней и даже предотвращают процесс старения. Однако недавние исследования показывают, что всё не так однозначно, как считалось ранее.

Со времён изобретения сине-зелёными бактериями кислородного фотосинтеза [1] мы живём в чрезвычайно агрессивной окислительной среде. Правда, сам по себе кислород не очень страшен для нас, живых организмов, поскольку, чтобы пошла реакция окисления, необходимо преодолеть высокий энергетический барьер (или, говоря другими словами, нас нужно было бы поджечь). Однако иногда в процессах неполного окисления кислород превращается в так называемые активные формы (АФК), и тогда эти молекулы становится поистине страшным окислителем, взаимодействуя с любой органикой, встретившейся на пути: белками, жирами, углеводами, нуклеиновыми кислотами. И в наших клетках ежесекундно вырабатываются тысячи таких молекул — как побочные продукты дыхания, реакций синтеза и распада биомолекул.

К счастью, в нашем организме предусмотрены системы защиты от нежелательного окисления. Существуют специальные ферменты, занимающиеся нейтрализацией активных форм кислорода и их восстановлением до воды. Окислительные повреждения белков и ДНК, которые ещё можно обратить, восстанавливаются специальными ферментами репарации, а молекулы, подвергнувшиеся необратимым изменениям, уничтожаются. Таким образом, наш организм наделён природными антиоксидантами и способен сам постоять за себя.

Но иногда антиоксидантные системы организма дают сбой, и тогда активные формы кислорода могут причинить ощутимый урон. Опасность заключается ещё и в том, что процесс накопления окислительных повреждений обладает положительной обратной связью: повреждения молекул, отвечающих за регуляцию выработки и деградации АФК, порождают ещё большее увеличение содержания АФК в клетке. Так, известно, что при старении, травмах и некоторых заболеваниях (например, болезнях Альцгеймера и Паркинсона) повышается уровень окислительных повреждений в мозге [2], [3].

В свете сказанного понятно, почему врачи и фармацевты возлагают большие надежды на использование природных и синтетических антиоксидантов для лечения (или хотя бы облегчения протекания) болезней, сопровождающихся окислительными повреждениями тканей. И действительно, исследования на модельных животных показали, что использование антиоксидантов способствует смягчению симптомов некоторых заболеваний и даже может увеличивать среднюю продолжительность жизни. Так, в лаборатории академика В.П. Скулачёва были получены искусственные антиоксиданты, широко известные под названием «ионы Скулачёва» и способные встраиваться в мембраны митохондрий — одного из основных источников активных форм кислорода в клетке. С помощью этих антиоксидантов удалось обратить вспять некоторые вызванные старением нарушения у лабораторных животных [4].

И всё же, за последний десяток лет отношение учёных к активным формам кислорода кардинально изменилось. Всё началось с открытия в клетках иммунной системы фермента NADPH-оксидазы, единственная функция которого — осуществлять продукцию активных форм кислорода для борьбы с патогенными организмами. С его помощью макрофаги «поливают» нежелательных гостей токсичными молекулами супероксида, пероксида водорода, гипохлорита и др. в ходе так называемого «окислительного взрыва». Каково же было удивление учёных, когда этот фермент и ещё целых шесть его «родственников» (изоформ) были обнаружены практически во всех тканях организма!

Сейчас известно, что активные формы кислорода участвуют в регуляции многих процессов в клетке, влияя на скорость деления клеток и дифференцировку, а также на другие клеточные функции. Некоторая ирония заключается в том, что развитию «полезных» функций АФК способствовали свойства, следующие из его токсичности — высокая способность взаимодействовать с биомолекулами и наличие систем для его быстрого разрушения в клетке. Иными словами, активный кислород можно использовать как сигнальный маяк, быстро включая или выключая по необходимости. Таким образом, наш организм научился извлекать выгоду даже из такого, казалось бы, «вредного» побочного продукта, как активные формы кислорода.

Как же осуществляется такая регуляция? Для слаженной работы нашего организма клеткам необходимо обмениваться между собой информацией посредством гормонов, факторов роста и других специальных молекул. Эти вещества узнаются и связываются белками-рецепторами, о чём последние извещают клетку с помощью целого каскада ферментативных реакций. Особую роль в этих процессах играет осуществляемая специальными ферментами — киназами [5], [6] — реакция фосфорилирования белков. Она заключается в том, что к некоторым аминокислотным остаткам белка — тирозину и серину — присоединяется фосфатная группа, что приводит к его активации или, наоборот, подавлению активности. Этому процессу противостоит реакция дефосфорилирования, осуществляемая ферментами-фосфатазами и вызывающая в точности обратное действие. Баланс этих двух реакций и определяет уровень активности регулируемого белка в клетке. Например, инсулин — гормон, отвечающий за регуляцию потребления глюкозы клетками, — связывается с инсулиновыми рецепторами, находящимися на поверхности практически всех клеток организма, что приводит к появлению тирозинкиназной активности рецептора. Это запускает цепочку ферментативных процессов, в результате которых на мембране клеток увеличивается число белков-переносчиков глюкозы, и потребление клеткой глюкозы увеличивается [7].

Оказалось, что активные формы кислорода способны обратимо окислять остатки цистеина в каталитических участках некоторых фосфатаз и подавлять их активность. Это приводит к смещению уровня фосфорилированности регулируемых ими белков, что, конечно, влияет на передаваемый клетке сигнал. Так, выделение активных форм кислорода было зафиксировано при связывании клеточными рецепторами инсулина, и было показано, что подавление их продукции добавлением антиоксидантов ослабляет действие гормона на клетку [7].

В многочисленных исследованиях было показано, что активные формы кислорода участвуют в синтезе некоторых соединений (например, тиреоидных гормонов), регуляции подвижности клеток соединительных тканей, роста сосудов и нервных окончаний и т.д.

Ещё один совсем недавно открытый эффект — участие АФК в регуляции процессов в мозге, лежащих в основе обучения и памяти. Как известно, основная функция нервных клеток — получать и передавать электрические сигналы посредством межклеточных контактов — синапсов. Именно здесь определяется, будет ли входящий с другого нейрона электрический сигнал передан дальше следующим нейронам, или же он пропадёт бесследно. При этом мозг — динамичная структура, причём в нём не только постоянно образуются новые и рассасываются ненужные клеточные контакты, но и проводимость самих синапсов может меняться [8]. Без этих процессов мы не смогли бы обучиться никаким навыкам или, например, запомнить сведения, приведённые в данной статье.

Так вот, на клеточных культурах, а потом и в исследованиях на модельных животных было показано, что активные формы кислорода не только влияют, но и необходимы для регулирования проводимости синапсов. Так, чрезмерная продукция антиоксидантных белков в мыши приводила к развитию когнитивных нарушений у этих животных [9].

Рисунок 1. Механизм регуляции сигнальных каскадов пероксидом водорода. Активация различных клеточных рецепторов активирует NADPH-оксидазу, выделяющую пероксид водорода. Он, в свою очередь, инактивирует тирозин-фосфатазы и активирует тирозин-киназы, регулируя тем самым степень фосфорилирования многих клеточных ферментов и, следовательно, их активность.

Таким образом, за последние десятилетия активный кислород превратился в глазах учёных из опасного побочного продукта в важный компонент сигнальных путей клетки. В связи с этим и нам нужно пересмотреть свое отношение к антиоксидантам как к безусловно полезным веществам, которых чем больше — тем лучше. Антиоксидантов, получаемых с потреблением свежих фруктов и овощей, вполне достаточно для ежедневных нужд организма. А к активному использованию антиоксидантов в медицине надо относиться внимательно, имея в виду возможные побочные эффекты при чрезмерном подавлении продукции активных форм кислорода.

Кислородные баллоны и коктейли. Зачем они нужны и как ими пользоваться

Кислород является самым распространённым элементом на планете Земля. Газ, который содержится практически во всех живых клетках, не имеющий вкуса, цвета и запаха. Он входит в состав воздуха, которым мы дышим. В организме кислород участвует в биохимических процессах, в результате которых мы получаем энергию для жизнедеятельности.

Чем «грозит» нехватка кислорода

нарушение сна или сонливость;

головные боли и мигрень;

слабость и мышечные боли;

синдром хронической усталости;

снижение иммунитета и подверженность простудным заболеваниям;

снижение концентрации внимания и быстроты реакции;

проблемы с кожей и преждевременное старение;

нарушение деятельности сердечно – сосудистой и дыхательной систем.

Мы живём, пока мы дышим! В бескислородной среде мозг не выдержит и 5-ти минут. Поэтому важно, чтобы кислород постоянно и в необходимых количествах поступал в наше тело. Для бесперебойного функционирования организма и полноценного дыхания в окружающем воздухе должно содержаться 20 – 21% кислорода. Но в городах ситуация усугубляется за счёт выбросов от производств, испарений от заасфальтированных дорог и т.п. Снижение данной концентрации приводит к развитию недомоганий или обострению хронических заболеваний.

Как восполнить дефицит кислорода

Помните, где дышится легче всего?

Правильно! В лесу или парке. Особенно, если он находится на приличном расстоянии от производственных мегаполисов. Там воздух совсем другой, деревья очищают его. Поэтому первый совет: как можно чаще и больше гуляйте, выбирайтесь на природу. В лесной полосе воздух насыщается кислородом естественным образом.

Взрослое дерево в год «выделяет» 118 кг кислорода, что обеспечивает безопасную дыхательную терапию семье из 2-х человек. С прогулки всегда возвращаешься обновлённым, чувствуется прилив бодрости и энергии.

А как же быть тем, у кого нет рядом парка, и нет возможности выезжать часто в лес? Есть выход и в таких случаях! Быстро насытить организм необходимым кислородом помогут кислородные ингаляции. Проводят их с помощью специального кислородного баллончика.

Что он собой представляет

Кислородный баллончик содержит концентрированную дыхательную смесь, состоящую из 80% кислорода и 20% азота. Такой состав обеспечивает максимальное усвоение кислорода при вдыхании. Выпускаются баллончики с разным объёмом: на 8, 12 и 16 литров. Весят они при этом от 140 до 180 грамм. Кислородный баллончик не занимает много места в сумочке, что позволяет носить его с собой.

Кому показана кислородотерапия

Использование кислородных баллончиков не имеет ограничений в применении. Вдыхание смеси может быть показано как здоровым людям, так и имеющим различные заболевания. Кислородные ингаляции полезны городским жителям, спортсменам, школьникам в период повышенных умственных и физических нагрузок, ослабленным детям. Беременным женщинам кислородотерапия помогает справиться с токсикозом и снизить риски развития плода, связанные с гипоксией.

Как проводится ингаляция кислородом

Кислородный баллончик снабжён простым удобным дозатором. Благодаря дозатору, баллоном могут пользоваться несколько человек.

Индивидуальное использование баллончика с маской обеспечивает контроль над расходом смеси и предотвращает попадание примесей из окружающего воздуха. С помощью маски проводят процедуру детям, пожилым и людям с ограниченными возможностями.

Если у человека серьёзное заболевание, и требуется постоянная кислородотерапия, то рекомендуется приобрести не кислородный баллончик, а концентратор. Специальный аппарат, с выработкой кислорода высокой концентрации от 1-го до 3-х литров в минуту. В данном случае пациент дышит через маску или носовую канюлю. Количество и продолжительность процедур устанавливается лечащим врачом. Такую терапию предписывают больным с лёгочной патологией, болезнями сердца, онкологическими заболеваниями, нарушениями нервной системы. Сеансы можно проводить в домашних и больничных условиях.

На сколько хватает баллончика

Какое количество вдохов необходимо совершать

Обычно для возвращения к нормальному самочувствию и для снятия симптомов нехватки кислорода достаточно от 2-х до 5-ти глубоких вдохов в течение 10 минут.

Всего 5 вдохов и вот Вам ясность мышления и светлая голова!

Для профилактики заболеваний и укрепления иммунитета – ежедневно 2 сеанса по 5 – 10 вдохов.

В стрессовой ситуации, а так же для повышения работоспособности рекомендуется 2 – 3 сеанса с интервалом в 10 минут, состоящих из 8 – 10 вдохов.

Полезный эффект от кислородных ингаляций

Повышает тонус и активность организма в умственном, сексуальном и Физическом плане.

Поддерживает здоровье в экологически неблагоприятных условиях проживания.

Стимулирует обменные процессы.

Ускоряет пополнение энергетических запасов.

Быстрее проходит восстановление после травм и операций.

Укрепляет и закаляет иммунную систему.

Устраняет симптомы укачивания в транспорте.

Нормализует ночной сон и отдых, помогает справиться с бессонницей.

Улучшает работу внутренних органов, сосудов и систем.

Повышает качество жизни, благотворно сказывается на психоэмоциональном состоянии.

Другие способы доставки кислорода в организм

Тем, кто отдыхал и восстанавливал здоровье в санатории или профилактории, хорошо известны кислородные коктейли. Особенно детвора наперегонки устремлялась, чтобы испить чудо-напитка. За один сеанс умудрялись «отхватить» себе по паре порций! Вот это удовольствие, вот это сказка! Ничего подобного вне пределов санатория не было.

И надо сказать – всё было не зря, потому что кислород всасывается через стенки желудка и проникает в кровь. С гемоглобином он разносится по организму ко всем тканям и клеточкам, положительно на них влияя. Вот откуда появлялась энергия!

Получали кислородный коктейль в санатории при помощи специального прибора – коктейлера, который позволял готовить до 150 порций в час, объёмом по 200 мл. Сейчас такие аппараты можно встретить не только в лечебно-профилактических учреждениях, но и в фитнес-залах, торговых центрах. Для домашнего использования существуют более компактные варианты коктейлеров.

Желающим, впервые попробовать или снова почувствовать «вкус детства», хлебнуть живительного кислорода, мы предлагаем наборы для приготовления кислородного коктейля. С помощью комплекта Вы приготовите питательный, тонизирующий и полезный напиток. Жидкой основой его является фитораствор, вместо него можно использовать фруктовый сок, но без мякоти. Мякоть мешает образованию пены. В качестве источника кислорода – кислородный баллончик. Набор полностью укомплектован, можно готовить коктейль прямо в стакане!

Достаточно 1 – 2 порции такого коктейля в неделю и у Вашего ребёнка улучшится пищеварение. Он будет активен до самого вечера, меньше будет уставать на занятиях, нормализуется сон.

Включите такой напиток в свой рацион и непременно заметите улучшение настроения и здоровья в целом.

Если у Вас остались вопросы, как пользоваться кислородными коктейлями и баллончиками – напишите вопрос в наших сообществах в социальных сетях. Если у Вас вопрос по выбору кислородного баллона – закажите обратный звонок или позвоните нам по бесплатному номеру.

Руководитель учебного центра “Ортикс”, медицинский эксперт в области ортопедических изделий, врач общей практики

Перекрыть дыхание и спасти. Светлая сторона гипоксии

Что такое гипоксия?

Это состояние, которое появляется при недостаточном снабжении тканей организма кислородом или нарушении его утилизации в процессе биологического окисления. Как патологический процесс может отмечаться при многих заболеваниях.

Когда развивается гипоксия?

Гипоксия возникает как при уменьшении содержания кислорода во вдыхаемом воздухе, так и при изменениях дыхательной системы, переноса кислорода от легких до органов, внутриклеточного его использования. Рассмотрим некоторые из таких ситуаций.

Меньше кислорода в воздухе. Многим известно, что горный воздух более разреженный и содержит меньше кислорода в единице объема. Соответственно, попадая в такие условия, житель равнинных мест начнет испытывать кислородное голодание.

Затруднение поступления кислорода из легких в кровь. Такое возможно, например, при ряде патологий дыхательной системы.

Меньше эритроцитов в крови. В норме попавший в легкие кислород захватывается красными кровяными клетками и, связавшись с гемоглобином, уносится к тканям и органам. Если эритроцитов (и гемоглобина) недостаточно, переносимое количество кислорода уменьшается. Такое случается, например, при анемии.

Застой крови. Один из примеров – сердечная недостаточность. При этом отмечаются застойные явления в системе кровообращения.

Подавление процессов окисления и восстановления в тканях. Что если кислород был доставлен до своей цели, но сама внутриклеточная «фабрика», где он проявляет свои функции, временно не работает? Такая ситуация возможна при некоторых отравлениях.

Когда гипоксия опасна?

В кислороде нуждаются все клетки организма. Какие-то из них могут обходиться без него более длительное время, другие – совсем недолго.

Безусловно опасной является значительная гипоксия, существующая даже непродолжительное время. В этом случае может развиваться потеря сознания и наступить смерть.

Хроническая, длительная гипоксия, вызванная тем или иным патологическим процессом (например, анемией, хронической сердечной недостаточностью, замещением функциональной части легкого соединительной тканью) также оказывает негативное воздействие на организм. В условиях хронической нехватки кислорода могут развиваться дистрофические изменения в органах.

Здесь есть одно «но». Если кто-то из читателей был в горах, ему может быть знакомо ощущение улучшения настроения, кровь как будто бежит быстрее. Помимо перемены обстановки и влияния горного пейзажа, есть этому и чисто физиологическое объяснение. Разреженный, более бедный кислородом, воздух горной местности побуждает организм «бороться за кислород». Для обеспечения полноценной доставки его к органам организм должен мобилизовать свои внутренние ресурсы. Отмечается учащение дыхания, усиление кровообращения, вследствие чего происходит активизация жизненных сил.

Если кто-то решает подняться еще выше – туда, где живительного газа еще меньше, реакция организма будет совсем иной. После пересечения определенной «грани» в концентрации кислорода и времени пребывания ситуация начинает становиться опасной.

Исходя из изложенного выше, становятся понятными польза и вред, которые может принести гипоксия. А может ли она оказывать лечебное воздействие? Иными словами – применяться при лечении заболеваний?

Не во вред

Над проблемой гипоксии в свое время серьезно работали ученые из Института физиологии АН УССР. Впоследствии их продолжила исследовательская группа профессора А.3. Колчинской.

В процессе работы была разработана компьютерная программа, с помощью которой можно было оценивать работу системы дыхания по целому ряду параметров (сколько вдыхается воздуха, как быстро кислород попадает в кровь, по частоте сердечных сокращений и т.д.).

Одна из изучаемых групп состояла из спортсменов и альпинистов. Другая – из пациентов с разнообразными патологиями: хроническим бронхитом, бронхиальной астмой, анемией, диабетом и др.).

На основании проведенного компьютерного анализа было показано: даже недуги, которые особо не соотносятся с системой дыхания, негативно на ней сказываются. Напрашивалось предположение и о противоположной зависимости: ее работа может влиять на состояние всего организма.

Читайте материал по теме: Как работает дыхательная система? Просто о сложном

В результате исследователи решают проверить влияние на организм воздуха со сниженным количеством кислорода. Аппарат назвали гипоксикатором, а саму эту процедуру – гипоксической тренировкой.

Однако проблема состояла в том, что непрерывно держать испытуемого на аппарате невозможно.

Для достижения стойких результатов лечебный сеанс разбивался на серии. В течение нескольких минут человек дышал с помощью прибора, затем – обычным воздухом, чередуя эти фазы несколько раз.

В итоге происходила постепенная тренировка органов дыхания, кровообращения, кроветворения и митохондрий.

Логично предположить, что подход к каждому пациенту должен был быть индивидуальным. Необходимо было определять то количество кислорода во вдыхаемом воздухе, при котором заработают механизмы приспособления к гипоксии. По этой причине до начала лечения выполнялась гипоксическая проба, чтобы определить, как реагирует организм на обедненный кислородом воздух.

Какими оказались результаты применения интервальной гипоксической тренировки (ИГТ)?

Различную степень эффективности метод показал при лечении разных форм бронхиальной астмы. Было также установлено, что продолжительное вдыхание гипоксической смеси приводило к спазму бронхов, тогда как кратковременная ингаляция вызывала их расширение.

Увеличение просвета бронхов благотворно сказывалось и на течении хронических легочных патологий.

Приспособление к гипоксии в процессе лечения приводило к увеличению содержания гемоглобина в крови и ликвидации анемии, возникшей вследствие кровопотери. Действенность метода была в этих случаях особенно высокой.

Положительный эффект оказывал метод на течение ишемической болезни сердца. Уменьшалось число болевых приступов, внеочередных сокращений сердца, эпизодов ишемии, увеличивалась работоспособность.

Интересным оказалось влияние гипоксической тренировки на гипотиреоз (состояние, развивающееся из-за уменьшения в крови гормонов щитовидной железы). При легкой степени этой патологии после курса ИГТ было возможно отменить гормональное лечение, а при средней и тяжелой – уменьшить дозировку принимаемых препаратов.

С целью профилактики и лечения использовалась ИГТ и в период беременности у женщин с высоким риском развития позднего токсикоза, а также у беременных с претоксикозом. Положительный эффект был отмечен у пациенток с хроническими сальпингоофоритами (воспалительным процессом придатков матки (маточных труб и яичников)).

Позитивные изменения отмечались при лечении близорукости. У части больных зрение восстанавливалось полностью, у некоторых наступало значительное улучшение.

Метод доказал свою результативность и при применении у практически здоровых людей – в частности у спортсменов.

Вместо эпилога

Судя по представленным результатам, гипоксическая дыхательная тренировка показала себя как эффективный (в разной степени) метод лечения ряда различных патологий. Начальные показатели переносимости такой тренировки напрямую зависят от особенностей организма конкретного пациента. Вместе с тем в некотором проценте случаев – в частности, при одной из разновидностей бронхиальной астмы – отмечалось ухудшение.

Поэтому определение показаний и противопоказаний, разработка индивидуальной схемы лечения и проведение самого курса осуществляет только врач с соответствующей подготовкой.

Текст: Энвер Алиев

Как рыба в воде. Может ли человек дышать жидкостью и зачем это нужно

Недавно Научно-технический совет государственного Фонда перспективных исследований одобрил «проект по созданию технологии спасения подводников свободным всплытием с использованием метода жидкостного дыхания», реализацией которого должен заняться московский Институт медицины труда (на момент написания статьи руководство института было недоступно для комментариев). «Чердак» решил разобраться, что скрывается за таинственным словосочетанием «жидкостное дыхание».

Наиболее впечатляюще жидкостное дыхание показано в фильме Джеймса Кэмерона «Бездна».

Правда, в таком виде опыты на людях еще никогда не проводились. Но в целом ученые не сильно уступают Кэмерону по части исследования этого вопроса.

Мыши как рыбы

Первым, кто показал, что млекопитающие в принципе могут получать кислород не из смеси газов, а из жидкости, был Йоханнес Килстра (Johannes Kylstra) из медицинского центра университета Дьюка (США). Вместе с коллегами он в 1962 году опубликовал работу «Мыши как рыбы» (Of mice as fish) в журнале Transactions of American Society for Artificial Internal Organs.

Килстра и его коллеги погружали мышей в физраствор. Чтобы растворить в нем достаточное для дыхания количество кислорода, исследователями «вгоняли» газ в жидкость под давлением до 160 атмосфер — как на глубине 1,5 километра. Мыши в этих экспериментах выживали, но не очень долго: кислорода в жидкости было достаточно, а вот сам процесс дыхания, втягивания и выталкивания жидкости из легких требовал слишком больших усилий.

«Вещество Джо»

Стало понятно, что нужно подобрать такую жидкость, в которой кислород будет растворяться намного лучше, чем в воде. Требуемыми свойствами обладали два типа жидкостей: силиконовые масла и жидкие перфторуглероды. После экспериментов Леланда Кларка (Leland Clark), биохимика из медицинской школы университета Алабамы, в середине 1960-х годов выяснилось, что оба типа жидкостей можно использовать для доставки кислорода в легкие. В опытах мышей и кошек полностью погружали и в перфторуглероды, и в силиконовые масла. Однако последние оказались токсичны — подопытные звери погибали вскоре после эксперимента. А вот перфторуглероды оказались вполне пригодны для использования.

Перфторуглероды были впервые синтезированы в ходе Манхэттенского проекта по созданию атомной бомбы: ученые искали вещества, которые бы не разрушались при взаимодействии с соединениями урана, и они проходили под кодовым названием «вещества Джо» (Joe’s stuff). Для жидкостного дыхания они подходят очень хорошо: «вещества Джо» не взаимодействуют с живыми тканями и прекрасно растворяют газы, в том числе кислород и углекислый газ при атмосферном давлении и нормальной температуре человеческого тела.

Килстра и его коллеги исследовали технологию жидкостного дыхания в поисках технологии, которая бы позволяла людям погружаться и всплывать на поверхность, не опасаясь развития кессонной болезни. Быстрый подъем с большой глубины с запасом сжатого газа очень опасен: газы лучше растворяются в жидкостях под давлением, поэтому по мере того, как водолаз всплывает, растворенные в крови газы, в частности азот, образуют пузырьки, которые повреждают кровеносные сосуды. Результат может быть печальным, вплоть до смертельного.

В 1977 году Килстра представил в Военно-морское министерство США заключение, в котором писал, что, по его расчетам, здоровый человек может получать необходимое количество кислорода при использовании перфторуглеродов, и, соответственно, их потенциально возможно использовать вместо сжатого газа. Ученый указывал, что такая возможность открывает новые перспективы для спасения подводников с больших глубин.

Эксперименты на людях

На практике техника жидкостного дыхания, к тому времени получившая название жидкостной вентиляции легких, была применена на людях всего один раз, в 1989 году. Тогда Томас Шаффер (Thomas Shaffer), педиатр из медицинской школы Темпльского университета (США), и его коллеги использовали этот метод для спасения недоношенных младенцев. Легкие зародыша в утробе матери заполнены жидкостью, а когда человек рождается и начинает дышать воздухом, тканям легких на протяжении всей оставшейся жизни не дает слипаться смесь веществ, называемая легочным сурфактантом. У недоношенных младенцев он не успевает накопиться в нужном количестве, и дыхание требует очень больших усилий, что чревато летальным исходом. В тот раз, правда, жидкостная вентиляция младенцев не спасла: все трое пациентов вскоре умерли, однако этот печальный факт был отнесен на счет других причин, а не на счет несовершенства метода.

Больше экспериментов по тотальной жидкостной вентиляции легких, как эта технология называется по-научному, на людях не проводилось. Однако в 1990-х годах исследователи модифицировали метод и проводили на пациентах с тяжелым воспалительным поражением легких эксперименты по частичной жидкостной вентиляции, при которой легкие заполняются жидкостью не полностью. Первые результаты выглядели обнадеживающими, но в конечном счете до клинического применения дело не дошло — оказалось, что обычная вентиляция легких воздухом работает не хуже.

Патент на фантастику

В настоящее время исследователи вернулись к идее использования полной жидкостной вентиляции легких. Однако фантастическая картина водолазного костюма, в котором человек будет дышать жидкостью вместо специальной смеси газов, далека от реальности, хотя и будоражит воображение публики и умы изобретателей.

Так, в 2008 году отошедший от дел американский хирург Арнольд Ланде (Arnold Lande) запатентовал водолазный костюм с использованием технологии жидкостной вентиляции. Вместо сжатого газа он предложил использовать перфторуглероды, а избыток углекислоты, которая будет образовываться в крови, выводить при помощи искусственных жабр, «воткнутых» прямо в бедренную вену водолаза. Изобретение получило некоторую известность после того, как о нем написало издание The Inpependent.

Как считает специалист по жидкостной вентиляции из Шербрукского университета в Канаде Филипп Мишо (Philippe Micheau), проект Ланде выглядит сомнительным. «В наших экспериментах (Мишо и его коллеги проводят эксперименты на ягнятах и крольчатах со здоровыми и поврежденными легкими — прим. «Чердака») по тотальному жидкостному дыханию животные находятся под анестезией и не двигаются. Поэтому мы можем организовать нормальный газообмен: доставку кислорода и удаление углекислого газа. Для людей при физической нагрузке, такой как плавание и ныряние, доставка кислорода и удаление углекислоты будут проблемой, так как выработка углекислоты в таких условиях выше нормы», — прокомментировал Мишо. Ученый также отметил, что технология закрепления «искусственных жабр» в бедренной вене ему неизвестна.

Главная проблема «жидкостного дыхания»

Более того, Мишо считает саму идею «жидкостного дыхания» сомнительной, поскольку для «дыхания» жидкостью человеческая мускулатура не приспособлена, а эффективная система насосов, которая бы помогала закачивать и выкачивать жидкость из легких человека, когда он двигается и выполняет какую-то работу, до сих пор не разработана.

«Я должен заключить, что на современном этапе развития технологий невозможно разработать водолазный костюм, используя метод жидкостной вентиляции», — считает исследователь.

Однако применение этой технологии продолжает исследоваться для других, более реалистичных целей. Например, для помощи утонувшим, промывания легких при различных заболеваниях или быстрого понижения температуры тела (применяется в случаях реанимации при остановке сердца у взрослых и новорожденных с гипоксически-ишемическим поражением мозга).

Екатерина Боровикова