Почему человек задыхается под водой. Учеными доказано, что люди могут дышать под водой

08.06.2018 - админ

Первый раз люди узнали о человеке, который мог дышать под водой, из романа «Человек амфибия», написанного советским писателем-фантастом Александром Беляевым. А по уверению доктора Бориса Егорова, первого ученого, побывавшего в космосе, люди реально могут погрузиться на большую глубину и дышать кислородом, получаемым прямо из воды. Для этого необходимо, чтобы в его легкие была закачена специальная жидкость.

В настоящее время успешные опыты проводятся с животными голландским ученым физиологом Иоганнесом Килстром. Опыты проводят на мышах, и они подтвердили слова врача-космонавта. В легкие мыши закачивается специальная слегка подсоленная жидкость, в которой содержится много кислорода. Затем мышка помещается в емкость с водой, из которой она не может выбраться. Животное начинает плавать, как рыба в воде, и не видно, чтобы оно паниковало.

Ученый, кандидат медицинских наук Владлен Козак проводил подобные эксперименты еще в Советском союзе. После проведения опытов с мышкой Иоганнес Килстр поставил подобный эксперимент с собакой, и довольно успешно. Затем опыты проводились на кошках и многих других животных, которые дышали под водой легкими, в которые предварительно закачивалась специальная жидкость. Животные добровольно плавали подобно рыбам, по нескольку часов, после чего спокойно начинали снова дышать воздухом.

Когда встал вопрос о проведении эксперимента на человеке, вызвался первый доброволец, дайвер, имеющий двадцатилетний стаж подводного плавания, Фрэнк Фалежчик. Чтобы избежать неприятных и опасных неожиданностей, ученые решили вначале заполнить жидкостью только одно легкое добровольца. Дайвер убеждал о своем прекрасном самочувствии, поэтому исследователи решились на проведение полноценного эксперимента, который прошел блестяще.

Ученые и доктора в количестве двадцати человек наблюдали за этим чудом. А испытуемый не беспокоился, а, чтобы помочь исследователям, решил записывать все, что ощущает. В течении нескольких часов мужчина пробыл под водой, плавая, как рыба, и дыша кислородом, получаемым из воды через легкие.

Иоганнес Килстр доказал, что, если человеку заполнить легкие специальной жидкостью, он дышит под водой, опускаясь на большую глубину (не менее 500 метров).

Нашим пользователям, наверное, интересно знать, существует ли что-то такое в нашей стране? В Севастополе функционирует лаборатория, в которой изучается и применяется жидкостное дыхание.

Многие, наверное, слушали о великом французском покорителе океанов и морей Жаке-Ив Кусто. Им был изобретен легкий акваланг. Исследователь писал о том, что настанет время, когда появится новая человеческая раса, которая будет жить под водой, будет строить под водой города, и появится . Отважный капитан, кажется, был прав.

Мечта о человеке–амфибии, завоевание водной стихии человеком – не один раз писателей-фантастов прельщала эта мечта. Кто из нас не слышал о больших научных исследованиях, ведущихся в различных странах с целью переселения человека с суши в воду. Но как же человеку дышать под водой?

Некоторым кажется, что «твердь» нашего шарика уже тесновата для человека. Всем знакомы работы француза Жака Ива Кусто, свидетельствующие о больших перспективах в этом направлении. Учёный не ставил проблему коренной «ломки» физиологии человека, ибо – по крайней мере на данном этапе – такое намерение было бы утопией. Он был намерен перенести под воду жилище человека и разработать конструкции, необходимые для жизни и работы в морской стихии.

Но наметились и другие направления. Как дышат в воде некоторые насекомые? Когда они ныряют, их тело окружает воздушный пузырёк. Парциальное давление азота в пузырьке выше, поэтому он постепенно переходит в воду. Кроме того, имеется разница в содержании кислорода в воздушном пузырьке и в окружающей его водной среде. Поэтому из воды в пузырёк попадает кислород, а из него в воду выделяется углекислый газ. И насекомое может прекрасно дышать в казалось бы необычной для него среде.

Водолаз, опускающийся на дно моря, в чём–то подобен насекомому, окружённому воздушным пузырьком… Но водолазов и аквалангистов часто подстерегает грозная опасность – кессонная болезнь. Виной всему – азот, смесью которого с кислородом мы дышим. При быстром подъёме с большой глубины он начинает выделяться из крови в виде пузырьков и закупоривает мелкие кровеносные сосуды. Если бы человек мог дышать под водой, то кессонная болезнь была бы ему не страшна.

Поразительные итоги дали опыты с мышами и собаками. Если погрузить этих зверей в обычную воду, судьбу их нетрудно угадать: через несколько минут они погибнут. А если изменить некоторые свойства воды? Так и сделали. Воду насыщали кислородом под давлением 5-8 атмосфер, добавляли в неё соли, создавая физиологический раствор. Затем помещали в этот раствор мышей. В одной серии экспериментов мыши оставались живыми под водой около 6 часов: они дышали, на них действовали различные внешние раздражители. Вынутые из воды зверьки жили ещё 2 часа.

Опыты с собаками ставили по–иному. Зверей анестезировали, вводили им антибиотики и в таком состоянии помещали в раствор. Собаки дышали водой от 23 до 38 минут, из 6 подопытных животных выжили после окончания опыта два. Одна из самок впоследствии нормально ощенилась.

Звери дышали жидкостью и остались живыми!

Критический момент для животных, над которыми ставятся такие опыты, наступает при обратном переходе от водного дыхания к воздушному. Остатки жидкости выводятся из лёгких медленно, и, пока альвеолы и бронмиолы очищаются от раствора, зверьки могут задохнуться. Если при помощи специального аппарата обеспечивать животных в этот период кислородом, они останутся живыми.

Некоторые учёные решили прямо последовать принципу, существующему в природе, и создать искусственный воздушный пузырёк – не вокруг насекомых, а вокруг млекопитающих.

В лаборатории американской фирмы «Дженерал электрик» получили синтетическую силиконовую плёнку, обладающую очень интересными свойствами – в одном направлении она пропускает кислород, в другом – углекислоту. В мешочек из такой плёнки поместили хомяка и пустили его под воду.

В течение нескольких часов зверёк без всякого ущерба для здоровья провёл в необычайной для себя среде. Учёный, получивший силиконовую плёнку, полагает, что человек сможет не хуже хомяка дышать под водой в мешке из этого материала, если «пузырёк» будет иметь достаточно большие размеры.

Российский фонд перспективных исследований начал испытывать на собаках технологию жидкостного дыхания для подводников.

Об этом рассказал заместитель гендиректора Фонда Виталий Давыдов. По его словам, уже идут натурные испытания.

В одной из его лабораторий ведутся работы по жидкостному дыханию. Пока эксперименты проводят над собаками. При нас рыжую таксу погрузили в большую колбу с водой мордой вниз. Казалось бы, зачем над животным издеваться, сейчас захлебнется же. Ан нет. Она просидела под водой 15 минут. А рекорд - 30 минут. Невероятно. Оказывается, легкие собаки заполнились жидкостью, насыщенной кислородом, что дало ей возможность дышать под водой. Когда ее вытащили, она была немного вялая - говорят, из-за переохлаждения (а я думаю, кому понравится под водой в банке у всех на глазах торчать), но через несколько минут стала вполне себе. Скоро опыты будут проводить на людях, - рассказывает журналист "Российской газеты" Игорь Черняк, ставший очевидцем необычных испытаний.

Все это было похоже на фантастический сюжет знаменитого фильма "Бездна", где на огромную глубину человек мог спуститься в скафандре, шлем которого был заполнен жидкостью. Ею подводник и дышал. Теперь это уже не фантастика.

Технология жидкостного дыхания предполагает заполнение легких специальной жидкостью, насыщенной кислородом, который проникает в кровь. Фонд перспективных исследований одобрил реализацию уникального проекта, работы ведет НИИ медицины труда. Планируется создать специальный скафандр, который пригодится не только подводникам, но и летчикам, а также космонавтам.

Как рассказал корреспонденту ТАСС Виталий Давыдов, для собак создали специальную капсулу, которую погружали в гидрокамеру с повышенным давлением. На данный момент собаки могут без последствий для здоровья более получаса дышать на глубине до 500 метров. "Все собаки-испытатели выжили и чувствуют себя после длительного жидкостного дыхания хорошо", - заверил замглавы ФПИ.

Мало кто знает, что опыты по жидкостному дыханию на людях в нашей стране уже проводились. Дали потрясающие результаты. Акванавты дышали жидкостью на глубине в полкилометра и больше. Вот только народ о своих героях так и не узнал.

В 1980-х годах в СССР разработали и стали осуществлять серьезную программу по спасению людей на глубине.

Проектировались и даже вводились в строй специальные спасательные подводные лодки. Изучались возможности адаптации человека к глубинам в сотни метров. Причем находиться на такой глубине акванавт должен был не в тяжелом водолазном скафандре, а в легком утепленном гидрокостюме с аквалангами за спиной, движения его не были ничем стеснены.

Поскольку человеческий организм состоит почти целиком из воды, то ему не опасно страшное давление на глубине само по себе. Организм надо просто готовить к нему, повышая в барокамере давление до необходимого значения. Главная проблема в другом. Чем дышать при давлении в десятки атмосфер? Чистый воздух для организма становится ядом. Его необходимо разбавлять в специально подготовленных газовых смесях, как правило азотно-гелиево-кислородных.

Их рецептура - пропорции различных газов - самая большая тайна во всех странах, где идут аналогичные исследования. Но на очень большой глубине и гелиевые смеси не спасают. Легкие, чтобы их не разорвало, должны заполняться жидкостью. Что из себя представляет жидкость, которая, попав в легкие, не приводит к удушью, а передает через альвеолы кислород в организм - тайна из тайн.

Поэтому-то все работы с акванавтами в СССР, а затем и в России велись под грифом "совершенно секретно".

Тем не менее есть вполне достоверная информация о том, в конце 1980-х на Черном море существовала глубоководная аквастанция, в которой жили и работали подводники-испытатели. Они выходили в море, облаченные лишь в гидрокостюмы, с аквалангами за спиной, и работали на глубинах от 300 до 500 метров. В их легкие под давлением подавалась специальная газовая смесь.

Предполагалось, что если подлодка терпит бедствие и легла на дно, то к ней направят субмарину-спасатель. Акванавтов заранее подготовят к работам на соответствующей глубине.

Самое тяжелое - суметь выдержать наполнение легких жидкостью и просто не умереть со страха

И когда спасательная субмарина подойдет к месту бедствия, водолазы в легком снаряжении выйдут в океан, обследуют аварийную лодку и помогут эвакуировать экипаж с помощью специальных глубоководных аппаратов.

До конца те работы довести не удалось из-за распада СССР. Впрочем, тех, кто работал на глубине, все-таки успели наградить звездами Героев Советского Союза.

Наверное, даже более интересные исследования были продолжены уже в наше время под Санкт-Петербургом на базе одного из НИИ ВМФ.

Там тоже велись опыты по газовым смесям для глубоководных исследований. Но, самое главное, может быть, впервые в мире люди там научились дышать жидкостью.

По своей уникальности те работы были гораздо более сложными, чем, предположим, подготовка астронавтов к полетам на Луну. Испытатели подвергались огромным физическим и психологическим нагрузкам.

Сначала организм акванавтов в воздушной барокамере адаптировали к глубине в несколько сот метров. Затем они перемещались в камеру, заполненную жидкостью, где погружение продолжалось до глубин, говорят, почти в километр.

Самое тяжелое, как рассказывают те, кому все-таки довелось пообщаться с акванавтами, по их словам, было выдержать наполнение легких жидкостью и просто не умереть от страха. Это не говорит о трусости. Страх захлебнуться - естественная реакция организма. Могло случиться все. Спазм легких или сосудов головного мозга, даже инфаркт.

Когда же человек понимал, что жидкость в легких не несет смерть, а дарует жизнь на огромной глубине, возникали совершенно особые поистине фантастические ощущения. Но о них знают лишь те, кто такое погружение пережил.

Увы, потрясающие по своей значимости работы были прекращены по элементарной причине - из-за нехватки финансов. Героям-акванавтам дали звание Героев России и отправили на пенсию. Имена подводников засекречены по сей день.

Хотя чествовать их надо бы было как первых космонавтов, ведь они проложили путь в глубинный гидрокосмос Земли.

Сейчас эксперименты по жидкостному дыханию возобновили, проводят их на собаках, преимущественно таксах. Они тоже испытывают стресс.

Но исследователи их жалеют. Как правило, после подводных экспериментов забирают жить к себе домой, где кормят вкуснятиной, окружают лаской и заботой.

Наверняка, каждый из вас пытался задерживать дыхание. Кто-то продержался несколько секунд, самые же смелые не дышали до появления головокружения. Однако результаты все равно не превышали 1 минуты. Как тогда с виду обычный человек умудрился продержаться под водой без дыхания более 20 минут и попал в Книгу мировых рекордов Гиннеса?

Известно, что обычный человек может задерживать дыхание до 1 минуты. Максимальная задержка дыхания под водой у ловцов жемчуга и спортсменов достигает 6 минут . Далее наступает кислородное голодание мозга, конвульсии и смерть.

35-летний фридайвер из Германии Том Ситас вышел «сухим из воды», задержав дыхание на целых 22 мин 22 сек! Этим самым он побил ранее установленные рекорды иллюзиониста Дэвида Блейна , ныряльщика из Италии Джанлука Генони и свой собственный рекорд в 17 мин 28 сек.

Как же удается задержать дыхание на такое длительное время? Понятно, что максимальная задержка дыхания под водой совершенно невозможна без тренировки предварительной подготовки. Во-первых, согласно правилам установления рекорда, участник перед погружением может дышать 30 мин чистым кислородом. Во-вторых, сам Ситас признался, что за 5 часов до установления рекорда не ел и по специальным методикам замедлял метаболизм в своем организме. В-третьих, участники находятся под водой в спокойном, неподвижном состоянии, что значительно снижает потребность в кислороде. И еще. Все фридайверы владеют методикой полувдохов-полувыдохов. Если бы у рекордсменов был зажим на носу и заткнут рот, вряд ли бы они смогли так долго продержаться без дыхания.

Несмотря на это, рекорд Тома Ситаса сам по себе является подтверждением неограниченных возможностей человеческого организма. К примеру, и способны задерживать дыхание на 20 мин, тюлени и другие ластоногие — до 70 мин, а киты — на 1,5 часа. Так что человек, как существо сухопутное, способный задерживать дыхание, словно житель водной стихии, заслуживает уважения и славы.

Видео

P.S. Обычным, неподготовленным людям не рекомендуется пытаться устанавливать рекорды подобного рода . Такие попытки могут в рекордные сроки отправить вас в мир иной.

МОСКВА, 27 янв — РИА Новости, Ольга Коленцова. Хотя плод девять месяцев живет в воде, а плавание полезно для здоровья, водная среда для человека опасна. Утонуть может любой — ребенок, взрослый, прекрасно подготовленный пловец… А у спасателей не так много времени, чтобы сохранить человеку не только жизнь, но и рассудок.

Преодолеть натяжение

Когда человек тонет, вода попадает в его легкие. Но почему люди не могут хотя бы недолго прожить, черпая кислород из воды? Чтобы понять это, разберемся, как человек дышит. Легкие похожи на гроздь винограда, где бронхи разветвляются, словно веточки-побеги, на множество воздухоносных путей (бронхиол) и венчаются ягодами — альвеолами. Волокна в них сжимаются и разжимаются, пропуская кислород и другие газы из атмосферы в кровеносные сосуды или выпуская наружу CO 2 .

"Для обновления воздуха необходимо совершить дыхательное движение, в котором участвуют межреберные мышцы, диафрагма и часть мышц шеи. Однако поверхностное натяжение воды намного больше, чем у воздуха. Молекулы внутри вещества притягиваются друг к другу равномерно благодаря тому, что со всех сторон есть соседи. У молекул на поверхности соседей меньше, и они притягиваются друг к другу сильнее. Значит, чтобы крохотные альвеолы смогли втянуть в себя воду, от комплекса мышц требуется неизмеримо большее усилие, чем при вдохе воздуха", — рассказывает доктор медицинских наук Алексей Умрюхин, заведующий кафедрой нормальной физиологии Первого МГМУ имени И. М. Сеченова.

В легких взрослого человека содержится 700-800 миллионов альвеол. Их общая площадь — порядка 90 квадратных метров. Нелегко оторвать друг от друга даже два гладких стекла, если между ними есть слой воды. Представьте, какие усилия при вдохе нужно приложить, чтобы разлепить столь огромную площадь альвеол.

Кстати, именно сила поверхностного натяжения составляет огромную проблему разработки жидкостного дыхания. Можно насытить раствор кислородом и подобрать его параметры так, чтобы связи между молекулами были ослаблены, но в любом случае сила поверхностного натяжения останется значительной. Участвующим в дыхании мышцам все равно потребуется намного больше усилий, чтобы загнать раствор в альвеолы и выгнать его оттуда. На жидкостном дыхании можно продержаться несколько минут или час, но рано или поздно мышцы просто устанут и не смогут справляться с работой.

Переродиться не выйдет

Альвеолы новорожденного заполнены некоторым количеством околоплодной жидкости, то есть находятся в слипшемся состоянии. Ребенок делает первый вдох, и альвеолы открываются — уже на всю жизнь. Если в легкие попадает вода, поверхностное натяжение заставляет альвеолы склеиться, и требуется огромное усилие, чтобы их разлепить. Два, три, четыре вдоха в воде — вот максимум человека. Все это сопровождается судорогами — организм работает на пределе, легкие и мышцы горят, пытаясь выжать из себя все что можно.

В популярном сериале "Игра престолов" есть такой эпизод. Претендента на трон посвящают в короли следующим образом: голову держат под водой, пока он не перестанет барахтаться и подавать признаки жизни. Затем тело вытаскивают на берег и ждут, когда человек сам сделает вдох, откашляется и встанет. После чего претендент признается полноправным правителем. Но создатели сериала приукрасили реальность: после серии вдохов-выдохов в воде организм сдается — и мозг перестает посылать сигналы о том, что надо пробовать дышать.

Разум — слабое звено

Человек может задерживать дыхание на три-пять минут. Затем уровень кислорода в крови снижается, желание сделать вдох становится нестерпимым и совершенно неконтролируемым. Вода попадает в легкие, но в ней недостаточно кислорода, чтобы насытить ткани. От отсутствия кислорода страдает в первую очередь мозг. Другие клетки способны какое-то время продержаться на анаэробном, то есть бескислородном, дыхании, хотя и энергии будут производить в 19 раз меньше, чем в аэробном процессе.

"Структуры мозга расходуют кислород по-разному. Особой "прожорливостью" отличается кора больших полушарий. Именно она контролирует сознательную сферу деятельности, то есть ответственна за творчество, высшие социальные функции, интеллект. Ее нейроны первыми израсходуют запасы кислорода и погибнут", — отмечает эксперт.

Если утопленнику удается вернуть жизнь, его сознание может так и не прийти в норму. Конечно, многое зависит от времени нахождения под водой, состояния организма, индивидуальных особенностей. Но врачи считают, что в среднем мозг утонувшего погибает через пять минут.

Часто те, кто тонули, превращаются в инвалидов — лежат в коме или почти полностью парализованы. Хотя формально организм в норме, пострадавший мозг не может управлять им. Так случилось с 17-летним Маликом Ахмадовым, который в 2010 году спас тонувшую девушку ценой своего здоровья. Вот уже семь лет парень проходит реабилитацию курс за курсом, но полностью его мозг не восстановился.

Исключения редки, но случаются. В 1974 году пятилетний мальчик в Норвегии вышел на лед реки, провалился и утонул. Его достали из воды лишь спустя 40 минут. Врачи сделали искусственное дыхание, массаж сердца, и реанимация увенчалась успехом. Два дня ребенок пролежал без сознания, а потом открыл глаза. Врачи обследовали его и с удивлением констатировали, что головной мозг — в абсолютной норме. Возможно, ледяная вода настолько замедлила обмен веществ в организме ребенка, что его мозг словно заморозился и не нуждался в кислороде, как и остальные органы.

Врачи предупреждают: если человек уже ушел под воду, у спасателя есть буквально минута, чтобы его спасти. Чем быстрее пострадавшему удалить воду из легких, вызвав рвотный рефлекс, тем больше шансов на полное восстановление. Важно помнить, что тонущий человек редко выдает себя криком или активными попытками удержаться на воде, у него просто не хватает на это сил. Поэтому, если вы заподозрили неладное, лучше спросить, все ли в порядке, и если ответа нет, предпринять меры к спасению утопающего.