Skamba kaip fantastika ir dalykas, kurio nenorėtumėte patirti – ar žmogus gali kvėpuoti skysčiu, kaip pavaizduota Džeimso Kamerono mokslinės fantastikos filme „Gelmė“?

1989 m. Jameso Camerono povandeninio trilerio „Gelmė“ („The Abyss“) vienoje iš scenų naftos platformos naras Budas Brigmanas, kurį vaidina Edas Harrisas, apsirengia eksperimentinį nardymo kostiumą, kuriame vietoj oro jis kvėpuoja specialiu deguonies prisotintu skysčiu.

Tai leidžia jam išvengti mirtinų ekstremalių vandens slėgio padarinių ir nusileisti į gilaus vandenyno tarpeklio dugną, kad būtų sunaikintas branduolinis užtaisas.

Nors tai tikrai įsimintina siužeto scena, tokia technologija yra gryna mokslinė fantastika, tiesa?

Na, ne tiek, kiek jūs manote. Filme pavaizduotas deguonimi prisotintas skystis perfluorokarbonas iš tikrųjų egzistuoja, ir nors scenos su nardymo kostiumu buvo filmuojamos Edui Harrisui sulaikant kvėpavimą, ankstesnė scena, kurioje žiurkė yra panardinta į kvėpavimo skystį, buvo nufilmuota iš tikrųjų.

Nors filmas „The Abyss“ neabejotinai yra žinomiausias skysto kvėpavimo pavyzdys, su šia technologija buvo eksperimentuojama daugiau nei šimtmetį ir, nors ji gali būti ne visai paruošta naudoti nardant giliavandenėje jūroje, ji gali išgelbėti gyvybes medicinos srityje.  

Pirmieji eksperimentai su skystu kvėpavimu buvo atlikti netrukus po Pirmojo pasaulinio karo, kai gydytojai pradėjo tirti deguonies prisotintų druskos tirpalų naudojimą, kad padėtų išgydyti nuodingų dujų pažeistus karių plaučius.

Tačiau tik Šaltojo karo įkarštyje, 1950-ųjų pabaigoje buvo pradėti išsamūs moksliniai tyrimai, nes JAV karinis jūrų laivynas ieškojo būdų, kaip leisti jūreiviams išsigelbėti iš skęstančio povandeninio laivo, nenukentėjus nuo dekompresinės ligos.

Dekompresinė liga yra būklė, atsirandanti kvėpuojant oru esant dideliam slėgiui. Kai naras leidžiasi žemyn ir didėja vandens slėgis, vis daugiau azoto iš oro ištirpsta jo kūno audiniuose.

Jei naras per greitai pakyla į paviršių, staigus slėgio kritimas sukelia azoto išsiskyrimą iš tirpalo ir sudaro mažus burbuliukus, kurie gali sukelti stiprų sąnarių skausmą, oro emboliją, insultą ir mirtį.

Vadinasi, narai turi lėtai kilti aukštyn ir užtikrinti lėtą dekompresiją, kad azotas pamažu išsiskirtų iš organizmo. Bet jei naras vietoj oro galėtų kvėpuoti deguonies prisotintu skysčiu, slėgis plaučių viduje ir išorėje būtų vienodas, užkertant kelią azoto kaupimuisi, todėl nereikėtų atlikti dekompresijos.

Skystas kvėpavimas taip pat padėtų sumažinti ar panaikinti kitus giluminio nardymo pavojus, įskaitant azoto narkozę - panašų į alkoholiu apsinuodijimą, kurį sukelia kvėpavimas azotu esant dideliam slėgiui. Pats deguonis taip pat tampa pavojingas jam esant žemiau tam tikro gylio – reiškinys, vadinamas deguonies toksiškumu.

Kad išvengtų šių padarinių, narai naudoja įvairius kvėpuojamųjų dujų mišinius, tokius kaip „Heliox“ ar „Trimix“, kur deguonis ir azotas atskiestas heliu. Tačiau net ir tai veikia tik iki tam tikro taško, nes žemiau 160 metrų kvėpuojant heliu, jis sukelia stiprų drebėjimą ir kitus neurologinius reiškinius, vadinamus aukšto slėgio nervų sindromu.

1962 m. Duke universiteto dr. Johanneso Klystros vadovaujamai komandai pavyko priversti peles ir kitus smulkius gyvūnus kvėpuoti deguonimi prisotintu druskos tirpalu, suslėgtu iki 160 atmosferų – aukštas slėgis būtinas norint ištirpinti pakankamai deguonies skystyje. Tačiau nors tokiu būdu kvėpavimas buvo palaikomas maždaug valandą, gyvūnai netrukus mirė nuo kvėpavimo acidozės – apsinuodijimo anglies dioksidu.

Tai atskleidė vieną didžiausių skysto kvėpavimo trūkumų, kurie nuo to laiko kamuoja tyrėjus: nors kvėpavimo skystis gali lengvai tiekti pakankamai deguonies į kūną, jis yra daug mažiau efektyvus pašalinant iškvėptą anglies dioksidą.

Norint išvengti acidozės, vidutinis žmogus ramybės būsenoje turėtų per plaučius įkvėpti 5 litrus per minutę kvėpuojančio skysčio ir 10 litrų per minutę, kai atlieka bet kokią fizinę veiklą – žmogaus plaučiai negali išlaikyti tokios tėkmės greičio.

Taigi bet kokia praktiška skysčių kvėpavimo sistema turėtų aktyviai siurbti skystį į plaučius ir iš jų, kaip ir ligoninėse naudojami mechaniniai ventiliatoriai.

1966 m. amerikiečių tyrinėtojai Lelandas Clarkas ir Frankas Gollanas padarė perversmą skysčio kvėpavimo tyrimuose, pakeisdami dr. Klystra deguonies druskos tirpalą egzotišku skysčiu, vadinamu perfluorokarbonu arba PFC. PFC, sukurtas kaip dalis Manheteno projekto Antrojo pasaulinio karo metu, yra bespalvis skystis, sudarytas iš anglies ir fluoro elementų.

Ryšys tarp šių dviejų elementų yra vienas stipriausių, todėl PFC nereaguoja ir yra biologiškai inertiškas. Jis turi dvigubai didesnį vandens tankį, bet ketvirtadalį klampumo ir gali išlaikyti beveik 20 kartų daugiau deguonies ir anglies dioksido nei vanduo – savybės, dėl kurių jis idealiai tinka kaip kvėpavimo skystis. Ankstyvieji Clarko ir Gollano eksperimentai apėmė tik žiurkių ir pelių panardinimą į deguonimi prisotintą PFC ir leidimą joms natūraliai kvėpuoti.

Nors didelis skysčio tankis apsunkino kvėpavimą, gyvūnai galėjo išgyventi visiškai panardinti iki 20 valandų be jokio neigiamo poveikio organizmui. Didesniems gyvūnams reikėjo naudoti priverstinę ventiliaciją, kad būtų išvengta anglies dioksido kaupimosi, tačiau eksperimentai su anestezuotais šunimis dar labiau parodė PFC kaip kvėpavimo skysčio prtaikomumą.

Tęsinys kitame puslapyje:

Komentarai (2)