لماذا يختنق الإنسان تحت الماء؟ لن يصبح قاع المحيط أبدًا مكانًا دائمًا للإقامة البشرية

موسكو، 27 يناير - ريا نوفوستي، أولغا كولينتسوفا.على الرغم من أن الجنين يعيش في الماء لمدة تسعة أشهر، والسباحة مفيدة للصحة، إلا أن البيئة المائية تشكل خطراً على الإنسان. يمكن لأي شخص أن يغرق - طفل، بالغ، سباح مدرب جيدًا... وليس لدى رجال الإنقاذ الكثير من الوقت لإنقاذ حياة الشخص وعقله.

التغلب على التوتر

عندما يغرق الإنسان يدخل الماء إلى رئتيه. ولكن لماذا لا يستطيع الناس العيش لفترة قصيرة على الأقل عن طريق سحب الأكسجين من الماء؟ لفهم هذا، دعونا معرفة كيف يتنفس الشخص. تشبه الرئتان عنقود العنب، حيث تتفرع القصبات الهوائية، مثل البراعم، إلى العديد من الشعب الهوائية (القصيبات) وتتوج بالتوت - الحويصلات الهوائية. تنضغط الألياف الموجودة فيها وتتوسع، مما يسمح للأكسجين والغازات الأخرى من الغلاف الجوي بالدخول إلى الأوعية الدموية أو إطلاق ثاني أكسيد الكربون.

"لتجديد الهواء، من الضروري القيام بحركة التنفس، والتي تشمل العضلات الوربية والحجاب الحاجز وجزء من عضلات الرقبة، إلا أن التوتر السطحي للماء أكبر بكثير من ضغط الهواء للجزيئات الموجودة داخل المادة تنجذب إلى بعضها البعض بالتساوي بسبب وجود جيران من جميع الجوانب. الجزيئات الموجودة على السطح لها عدد أقل من الجيران، وتجذب بعضها البعض بقوة أكبر، مما يعني أنه لكي تتمكن الحويصلات الهوائية الصغيرة من سحب الماء إلى نفسها، يقول الطبيب: "يتطلب الأمر جهدًا أكبر بما لا يقاس من مجمع العضلات مقارنة باستنشاق الهواء". العلوم الطبيةأليكسي أمريوخين، رئيس القسم فسيولوجيا طبيعيةأول جامعة طبية حكومية في موسكو تحمل اسم آي إم سيتشينوف.

تحتوي الرئتان البالغتان على 700-800 مليون حويصلة هوائية. هُم المساحة الإجمالية- حوالي 90 متر مربع. ليس من السهل تمزيق حتى كأسين أملسين إذا كانت هناك طبقة من الماء بينهما. تخيل مقدار الجهد الذي يتعين عليك بذله عند الاستنشاق لفتح مثل هذه المساحة الضخمة من الحويصلات الهوائية.

بالمناسبة، إن قوة التوتر السطحي هي التي تشكل مشكلة كبيرة في تطور تنفس السوائل. يمكنك تشبع المحلول بالأكسجين واختيار معالمه بحيث تضعف الروابط بين الجزيئات، ولكن على أي حال، ستبقى قوة التوتر السطحي كبيرة. ستظل العضلات المشاركة في التنفس تتطلب الكثير المزيد من الجهدلدفع المحلول إلى الحويصلات الهوائية وطرده من هناك. يمكنك الصمود في التنفس السائل لعدة دقائق أو ساعة، ولكن عاجلا أم آجلا سوف تتعب العضلات ببساطة ولن تكون قادرة على التعامل مع العمل.

لن يكون من الممكن أن تولد من جديد

تمتلئ الحويصلات الهوائية عند الوليد بكمية معينة من السائل الأمنيوسي، أي أنها تكون في حالة ملتصقة ببعضها البعض. يأخذ الطفل أنفاسه الأولى، وتفتح الحويصلات الهوائية مدى الحياة. إذا دخل الماء إلى الرئتين، فإن التوتر السطحي يتسبب في التصاق الحويصلات الهوائية ببعضها البعض، ويتطلب الأمر قوة هائلة لفصلها عن بعضها البعض. اثنان، ثلاثة، أربعة أنفاس في الماء هو الحد الأقصى للإنسان. كل هذا مصحوب بتشنجات - الجسم يعمل على الحد الأقصى، والرئتين والعضلات تحترق، في محاولة للضغط على كل شيء من نفسه.

توجد مثل هذه الحلقة في المسلسل الشهير "Game of Thrones". المنافس على العرش هو الملك المكرس على النحو التالي: يوضع الرأس تحت الماء حتى يتوقف عن التخبط وتظهر عليه علامات الحياة. ثم يتم سحب الجثة إلى الشاطئ وينتظرون حتى يأخذ الشخص نفسًا وينظف حلقه ويقف. وبعد ذلك يتم التعرف على مقدم الطلب كحاكم كامل. لكن مبدعي المسلسل قاموا بتزيين الواقع: بعد سلسلة من الاستنشاق والزفير في الماء، يستسلم الجسم - ويتوقف الدماغ عن إرسال إشارات بأنه من الضروري محاولة التنفس.

العقل هو الحلقة الضعيفة

يمكن لأي شخص أن يحبس أنفاسه لمدة ثلاث إلى خمس دقائق. ثم ينخفض مستوى الأكسجين في الدم، وتصبح الرغبة في التنفس لا تطاق ولا يمكن السيطرة عليها تماما. يدخل الماء إلى الرئتين، ولكن لا يوجد ما يكفي من الأكسجين لتشبع الأنسجة. الدماغ هو أول من يعاني من نقص الأكسجين. الخلايا الأخرى قادرة على البقاء على قيد الحياة لبعض الوقت في التنفس اللاهوائي، أي خالي من الأكسجين، على الرغم من أنها ستنتج طاقة أقل بـ 19 مرة من العملية الهوائية.

"تستهلك هياكل الدماغ الأكسجين بطرق مختلفة. والقشرة الدماغية "شرهة" بشكل خاص" نصفي الكرة المخية. إنها هي التي تتحكم في مجال النشاط الواعي، أي أنها مسؤولة عن الإبداع، أعلى الوظائف الاجتماعية، ذكاء. ويشير الخبير إلى أن خلاياه العصبية ستكون أول من يستنفد مخزونه من الأكسجين ويموت.

إذا أعيد رجل غريق إلى الحياة، فقد لا يعود وعيه إلى طبيعته أبدًا. وبطبيعة الحال، يعتمد الكثير على الوقت الذي يقضيه تحت الماء، وحالة الجسم، الخصائص الفردية. لكن الأطباء يعتقدون أن دماغ الشخص الغارق يموت في المتوسط خلال خمس دقائق.

غالبًا ما يصبح أولئك الذين يغرقون معاقين - فهم يقعون في غيبوبة أو يصابون بالشلل التام تقريبًا. على الرغم من أن الجسم طبيعي من الناحية الرسمية، إلا أن الدماغ المصاب لا يستطيع التحكم فيه. حدث هذا لمالك أحمدوف البالغ من العمر 17 عامًا، والذي أنقذ فتاة تغرق في عام 2010 على حساب صحته. منذ سبع سنوات، يخضع الرجل لدورة إعادة تأهيل بعد الدورة، لكن دماغه لم يتعاف بشكل كامل.

الاستثناءات نادرة، لكنها تحدث. في عام 1974 صبي عمره خمس سنواتوفي النرويج، صعد على جليد أحد الأنهار، فسقط فيه وغرق. ولم يتم إخراجه من الماء إلا بعد 40 دقيقة. أجرى الأطباء التنفس الاصطناعي، وتدليك القلب، وتمت عملية الإنعاش بنجاح. وظل الطفل فاقداً للوعي لمدة يومين ثم فتح عينيه. فحصه الأطباء وتفاجأوا بأن دماغه طبيعي تمامًا. ربما، الماء المثلجتباطؤ عملية التمثيل الغذائي في جسم الطفل لدرجة أن دماغه بدا متجمداً ولا يحتاج إلى الأكسجين، مثل بقية أعضائه.

يحذر الأطباء: إذا كان الشخص قد ذهب بالفعل تحت الماء، فإن المنقذ لديه حرفيا دقيقة واحدة لإنقاذه. كلما زادت سرعة قيام الضحية بإزالة الماء من الرئتين عن طريق التسبب في منعكس القيء المزيد من الفرصللتعافي الكامل. من المهم أن نتذكر أن الشخص الغارق نادرًا ما يخون نفسه بالصراخ أو بمحاولة البقاء واقفا على قدميه؛ فهو ببساطة ليس لديه القوة الكافية لذلك. لذلك، إذا كنت تشك في أن هناك خطأ ما، فمن الأفضل أن تسأل عما إذا كان كل شيء على ما يرام، وإذا لم يكن هناك إجابة، اتخذ الإجراءات اللازمة لإنقاذ الشخص الغارق.

يبدو أن الحياة على كوكبنا نشأت في الماء، في بيئة تكون فيها إمدادات الأكسجين شحيحة للغاية. في الضغط الجوييبلغ محتوى الأكسجين في الهواء عند مستوى سطح البحر 200 ملليلتر لكل لتر، ويذوب أقل من سبعة ملليلتر من الأكسجين في لتر من المياه السطحية.

السكان الأوائل على كوكبنا، بعد أن تكيفوا مع البيئة المائية، تنفسوا بالخياشيم، وكان الغرض منها هو استخراج الحد الأقصى للكميةالأكسجين من الماء.

أثناء التطور، سيطرت الحيوانات على جو الأرض الغني بالأكسجين وبدأت في التنفس من خلال رئتيها. ظلت وظائف أعضاء الجهاز التنفسي كما هي.

في كل من الرئتين والخياشيم، يخترق الأكسجين من خلال أغشية رقيقة بيئةإلى الأوعية الدموية، وينطلق ثاني أكسيد الكربون من الدم إلى البيئة. لذلك، تحدث نفس العمليات في كل من الخياشيم والرئتين. وهذا يثير التساؤل: هل يستطيع الحيوان ذو الرئتين أن يتنفس في بيئة مائية إذا كانت تحتوي على كمية كافية من الأكسجين؟

الجواب على هذا السؤال جدير بالملاحظة لعدة أسباب. أولا، يمكننا معرفة السبب أعضاء الجهاز التنفسيتختلف الحيوانات البرية كثيرًا في البنية عن الأعضاء المقابلة للحيوانات المائية.

بالإضافة إلى ذلك، فإن الإجابة على هذا السؤال ذات أهمية عملية بحتة. إذا تمكن شخص مدرب خصيصًا من التنفس في بيئة مائية، فسيسهل ذلك استكشاف أعماق المحيط والسفر إلى الكواكب البعيدة. كل هذا كان بمثابة الأساس لسلسلة من التجارب لدراسة إمكانية تنفس الثدييات البرية للماء.

مشاكل في تنفس الماء

تم إجراء التجارب في مختبرات في هولندا والولايات المتحدة الأمريكية. إن استنشاق الماء له مشكلتان رئيسيتان. وقد سبق ذكر أحدهما: عند الضغط الجوي العادي، يكون هناك القليل جدًا من الأكسجين المذاب في الماء.

المشكلة الثانية هي أن الماء والدم سائلان لهما اختلاف كبير الخصائص الفسيولوجية. عند "استنشاقه"، يمكن أن يؤدي الماء إلى تلف أنسجة الرئة ويسبب تغيرات قاتلة في حجم وتكوين سوائل الجسم.

لنفترض أننا قمنا بإعداد محلول متساوي التوتر خاص، حيث يكون تكوين الأملاح هو نفسه الموجود في بلازما الدم. تحت ضغط عال، يتم تشبع المحلول بالأكسجين (تركيزه هو نفسه تقريبا كما هو الحال في الهواء). هل سيتمكن الحيوان من تنفس مثل هذا المحلول؟

تم إجراء التجارب الأولى من هذا القبيل في جامعة ليدن. من خلال غرفة معادلة الضغط المشابهة لقارب نجاة الغواصة، تم إدخال الفئران إلى غرفة مليئة بمحلول معد خصيصًا وتم إدخال الأكسجين تحت الضغط. ومن خلال جدران الغرفة الشفافة كان من الممكن ملاحظة سلوك الفئران.

وفي اللحظات القليلة الأولى، حاولت الحيوانات الوصول إلى السطح، لكن الشبكة السلكية منعتها. وبعد الاضطرابات الأولى، هدأت الفئران ولم يبدو أنها تعاني كثيرًا. حالة مماثلة. وقاموا بحركات تنفس بطيئة ومنتظمة، ويبدو أنهم كانوا يستنشقون السائل وزفيره. بعضهم عاش في مثل هذه الظروف لعدة ساعات.

الصعوبة الرئيسية في تنفس الماء

وبعد سلسلة من التجارب أصبح من الواضح ذلك عامل حاسمالذي يحدد عمر الفئران ليس نقص الأكسجين (الذي يمكن إدخاله إلى المحلول بأي كمية مطلوبة بمجرد زيادة ضغطه الجزئي)، ولكن صعوبة إخراجه من الجسم ثاني أكسيد الكربونبالقدر المطلوب.

الفأر الذي عاش أطول منذ وقت طويل- 18 ساعة، - كان في محلول تمت إضافة كمية صغيرة من المخزن المؤقت العضوي، تريس (هيدروكسي ميثيل) أمينوميثان. هذا الأخير يقلل من الآثار الضارة لتراكم ثاني أكسيد الكربون في الحيوانات. كما ساهم خفض درجة حرارة المحلول إلى 20 درجة مئوية (حوالي نصف درجة حرارة الجسم الطبيعية للفأر) في إطالة العمر.

في في هذه الحالةكان هذا بسبب التباطؤ العام في عمليات التمثيل الغذائي.

عادة، يحتوي لتر الهواء الذي يزفره الحيوان على 50 ملليلتر من ثاني أكسيد الكربون. بخلاف ذلك ظروف متساوية(درجة الحرارة، الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون) في لتر واحد من المحلول الملحي، المطابق في تركيبته الملحية للدم، يذوب 30 ملليلتر فقط من هذا الغاز.

وهذا يعني أنه من أجل إطلاق الكمية المطلوبة من ثاني أكسيد الكربون، يجب على الحيوان أن يستنشق ضعف كمية الماء التي يستنشقها الهواء. (لكن ضخ السوائل عبر الأوعية القصبية يتطلب طاقة أكثر بـ 36 مرة، لأن لزوجة الماء أعلى بـ 36 مرة من لزوجة الهواء).

ومن هذا يتضح أنه حتى في حالة عدم وجود حركة مضطربة للسوائل في الرئتين، فإن تنفس الماء يتطلب طاقة أكبر بـ 60 مرة من تنفس الهواء.

لذلك، ليس من المستغرب أن تضعف حيوانات التجارب تدريجياً، ثم - بسبب الإرهاق وتراكم ثاني أكسيد الكربون في الجسم - يتوقف التنفس.

نتائج التجربة

وبناء على التجارب التي أجريت، كان من المستحيل الحكم على مقدار الأكسجين الذي يدخل إلى الرئتين، ومدى تشبع الدم الشرياني به، وما هي درجة تراكم ثاني أكسيد الكربون في دم الحيوانات. وبالتدريج توصلنا إلى سلسلة من التجارب الأكثر تقدمًا.

تم تنفيذها على الكلاب في غرفة كبيرة مجهزة معدات إضافية. كانت الغرفة مملوءة بالهواء تحت ضغط 5 أجواء. كان هناك أيضًا حمام بمحلول ملحي مشبع بالأكسجين. تم غمر حيوان تجريبي فيه. قبل التجربة، ومن أجل تقليل الطلب الإجمالي على الأكسجين في الجسم، تم تخدير الكلاب وتبريدها إلى 32 درجة مئوية.

أثناء الغوص، قام الكلب بحركات تنفس عنيفة. أظهرت قطرات الماء المتصاعدة من السطح بوضوح أنها كانت تضخ المحلول عبر رئتيها. وفي نهاية التجربة تم إخراج الكلب من الحمام وإزالة الماء من الرئتين وملئهما بالهواء مرة أخرى. ومن بين الحيوانات الستة التي تم اختبارها، نجا واحد. تنفس الكلب في الماء لمدة 24 دقيقة.

ويمكن صياغة نتائج التجربة على النحو التالي: في ظل ظروف معينة، يمكن للحيوانات التي تتنفس الهواء أن تتنفس الماء لفترة محدودة من الزمن. العيب الرئيسيالتنفس المائي - تراكم ثاني أكسيد الكربون في الجسم.

خلال التجربة، كان ضغط الدم للكلب الباقي على قيد الحياة أقل بقليل من المعدل الطبيعي، لكنه ظل ثابتًا؛ كان النبض والتنفس بطيئين ولكن منتظمين، وكان الدم الشرياني مشبعًا بالأكسجين. يزداد محتوى ثاني أكسيد الكربون في الدم تدريجياً.

هذا يعني أن نشاط التنفس القوي للكلب لم يكن كافيًا للإزالة الكميات المطلوبةثاني أكسيد الكربون من الجسم.

سلسلة جديدة من تجارب تنفس الماء

في نيويورك جامعة الدولةواصلت عملي مع هيرمان ران، وإدوارد هـ. لانفير، وتشارلز ف. باجانيلي. في سلسلة جديدةفي التجارب، تم استخدام الأدوات التي مكنت من الحصول على بيانات محددة عن تبادل الغازات الذي يحدث في رئتي الكلب عند استنشاق السائل. كما كان من قبل، تنفست الحيوانات محلول ملحي مشبع بالأكسجين تحت ضغط 5 أجواء.

تم تحديد تركيبة الغاز للسائل المستنشق والزفير عند مدخل وخروج المحلول من رئتي الكلاب. دخل السائل المؤكسج إلى جسم الكلب المخدر من خلال أنبوب مطاطي يتم إدخاله في القصبة الهوائية. تم التحكم في التدفق بواسطة مضخة صمام.

ومع كل شهيق يتدفق المحلول إلى الرئتين تحت تأثير الجاذبية، ومع الزفير يتدفق السائل إلى جهاز استقبال خاص وفق نفس المبدأ. تم تحديد كمية الأكسجين الممتصة في الرئتين وكمية ثاني أكسيد الكربون المنطلقة على أنها الفرق بين القيم المقابلة في أحجام متساويةالسائل المستنشق والزفير.

لم يتم تبريد الحيوانات. اتضح أنه في ظل هذه الظروف، يستخرج الكلب نفس كمية الأكسجين من الماء تقريبًا كما يفعل عادة من الهواء. وكما هو متوقع، لم تقم الحيوانات بإخراج كمية كافية من ثاني أكسيد الكربون، لذلك زاد محتواه في الدم تدريجياً.

وفي نهاية التجربة التي استمرت حتى خمسة وأربعين دقيقة، تم إخراج الماء من رئتي الكلب عبر ثقب خاص في القصبة الهوائية. تم تطهير الرئتين بعدة أجزاء من الهواء. لم يتم تنفيذ أي إجراءات "إحياء" إضافية. نجا ستة من أصل ستة عشر كلبًا من التجربة دون عواقب واضحة.

تفاعل ثلاثة عناصر

ويستند التنفس لكل من الأسماك والثدييات تفاعل معقدثلاثة عناصر:

1) احتياجات الجسم لتبادل الغازات،

2) الخصائص الفيزيائيةالبيئة و

3) هيكل أعضاء الجهاز التنفسي.

وللارتقاء فوق التقييم البديهي البحت لأهمية بنية العضو في عملية التكيف، من الضروري أن نفهم بدقة كل هذه التفاعلات. من الواضح أنه ينبغي طرح هذه الأسئلة. كيف ينتقل جزيء الأكسجين من البيئة إلى الدم؟ ما هو مسارها بالضبط؟ إن الإجابة على هذه الأسئلة أصعب بكثير مما قد يتصوره المرء.

عندما يتوسع الصدر، يدخل الهواء (أو الماء) إلى رئتي الحيوان. ماذا يحدث للسائل الذي يدخل إلى الأكياس الهوائية الحدودية للرئتين؟ دعونا ننظر إلى هذه الظاهرة باستخدام مثال بسيط.

إذا تم حقن كمية صغيرة من الحبر ببطء من خلال إبرة في حقنة مملوءة جزئيًا بالماء، فسوف تشكل أولاً تيارًا رفيعًا في وسط الوعاء. بعد توقف "الاستنشاق"، ينتشر الحبر تدريجيًا عبر كامل حجم الماء.

إذا تم إدخال الحبر بسرعة، بحيث يكون التدفق مضطربًا، فإن الخلط سيحدث بالطبع بشكل أسرع بكثير. استنادا إلى البيانات التي تم الحصول عليها، وأيضا مع الأخذ في الاعتبار حجم الشعب الهوائية، يمكننا أن نستنتج أن تدفق الهواء أو الماء المستنشق يدخل الأكياس الهوائية ببطء، دون اضطراب.

لذلك، يمكن الافتراض أنه عند الاستنشاق الهواء النقي(أو الماء) سوف تتركز جزيئات الأكسجين أولاً في وسط الأكياس الهوائية (الأسناخ). والآن يتعين عليهم قطع مسافات كبيرة من خلال الانتشار قبل أن يصلوا إلى الجدران التي يدخلون من خلالها إلى الدم.

وهذه المسافات أكبر بعدة مرات من سمك الأغشية التي تفصل الهواء عن الدم في الرئتين. وإذا كان الوسط المستنشق هو الهواء فلا يوجد ذات أهمية كبيرة: يتم توزيع الأكسجين بالتساوي في جميع أنحاء الحويصلات الهوائية في أجزاء من المليون من الثانية.

سرعة توزيع الغازات في الماء أقل بـ 6 آلاف مرة من الهواء. لذلك، عند استنشاق الماء، يحدث اختلاف في الضغط الجزئي للأكسجين في المناطق المركزية والمحيطية. وبسبب انخفاض معدل انتشار الغاز، يصبح ضغط الأكسجين في مركز الحويصلات الهوائية أعلى مع كل دورة تنفس منه عند الجدران. يكون تركيز ثاني أكسيد الكربون الخارج من الدم بالقرب من جدران الحويصلات أكبر منه في المركز.

تبادل الغازات في الرئتين

نشأت هذه المقدمات النظرية بناءً على الدراسة تكوين الغازسائل الزفير أثناء التجارب على الكلاب. تم جمع المياه المتدفقة من رئتي الكلب في أنبوب طويل.

اتضح أنه في الجزء الأول من الماء، الذي جاء على ما يبدو من الجزء المركزي من الحويصلات الهوائية، كان هناك أكسجين أكثر من الجزء الأخير، الذي جاء من الجدران. عندما تتنفس الكلاب بيئة الهواءلم يكن هناك اختلاف ملحوظ في تكوين الأجزاء الأولى والأخيرة من هواء الزفير.

ومن المثير للاهتمام أن عملية تبادل الغازات التي تحدث في رئتي الكلب عند تنفس الماء تشبه إلى حد كبير العملية التي تحدث في قطرة ماء بسيطة عندما يحدث تبادل على سطحها: الأكسجين - ثاني أكسيد الكربون. وبناءً على هذا التشبيه، تم بناء نموذج رياضي للرئتين، وتم اختيار كرة يبلغ قطرها حوالي ملليمتر واحد كوحدة وظيفية.

وأظهرت الحسابات أن الرئتين تتكون من حوالي نصف مليون من خلايا تبادل الغازات الكروية، والتي يتم فيها نقل الغاز فقط عن طريق الانتشار. يتطابق العدد والحجم المحسوب لهذه الخلايا بشكل وثيق مع عدد وحجم بعض هياكل الرئة التي تسمى "الفصيصات الأولية" (الفصيصات).

على ما يبدو، هذه الفصيصات هي الرئيسية الوحدات الوظيفيةالرئتين. وبالمثل، باستخدام البيانات التشريحية، من الممكن بناء نموذج رياضي لخياشيم الأسماك، والتي سيكون لوحدات تبادل الغازات الأولية فيها شكل مختلف.

بناء النماذج الرياضيةجعل من الممكن رسم خط واضح بين أعضاء الجهاز التنفسي للثدييات والأسماك. اتضح أن الشيء الرئيسي هو هيكل هندسيخلايا الجهاز التنفسي. يصبح هذا واضحًا بشكل خاص عند دراسة العلاقة التي تربط بين حاجة الأسماك لتبادل الغازات وخصائص البيئة وشكل الأعضاء التنفسية للأسماك.

في المعادلة معربا عن هذا الاعتماد، تشمل كميات مثل توافر الأكسجين، أي تركيزه ومعدل انتشاره وقابليته للذوبان في البيئة المحيطة بالحيوان.

حجم الهواء أو الماء المستنشق، وعدد وحجم خلايا تبادل الغازات، وكمية الأكسجين التي تمتصها، وأخيرا ضغط الأكسجين في الدم الشرياني. لنفترض أن الأسماك لها رئتان وليس خياشيم كأعضاء تنفسية.

باستبدال البيانات الحقيقية لتبادل الغازات الذي يحدث أثناء تنفس الأسماك في المعادلة، سنجد أن السمكة ذات الرئتين لن تكون قادرة على العيش في الماء، كما يظهر من الحساب الغياب التامالأكسجين في الدم الشرياني لنموذج السمك الخاص بك.

وهذا يعني أن هناك خطأ في الافتراض وهو: أن الشكل المختار لخلية تبادل الغازات تبين أنه غير صحيح. تعيش الأسماك في الماء بفضل الخياشيم التي تتكون من صفائح مسطحة ورقيقة ومعبأة بإحكام. في مثل هذا الهيكل - على عكس الخلايا الكروية للرئتين - لا توجد مشكلة في انتشار الغاز.

لا يمكن للحيوان الذي له أعضاء تنفسية مشابهة للرئتين أن يعيش في الماء إلا إذا كانت حاجة جسمه إلى الأكسجين منخفضة للغاية. لنأخذ خيار البحر كمثال.

تمنح الخياشيم الأسماك القدرة على العيش في الماء، وهذه الخياشيم نفسها تمنعها من التواجد خارج الماء. في الهواء يتم تدميرها بواسطة الجاذبية. التوتر السطحيعند السطح الفاصل بين الهواء والماء، تلتصق الصفائح الخيشومية المتراصة بإحكام ببعضها البعض.

تقل المساحة الإجمالية للخياشيم المتاحة لتبادل الغازات بشكل كبير بحيث لا تستطيع الأسماك التنفس، على الرغم من وفرة الأكسجين في الهواء. تتم حماية الحويصلات الهوائية في الرئتين من التدمير، أولاً عن طريق الصدر، وثانيًا عن طريق عامل ترطيب يتم إطلاقه في الرئتين، مما يقلل بشكل كبير من التوتر السطحي.

تنفس الثدييات في الماء

ومن ثم فإن دراسة عمليات التنفس لدى الثدييات في الماء قد وفرت معلومات جديدة عن المبادئ الأساسية للتنفس بشكل عام. ومن ناحية أخرى، كان هناك افتراض حقيقي بأن الشخص سيكون قادرا على ذلك وقت محدودتنفس السائل. سيسمح هذا للغواصين بالنزول إلى أعماق محيطية أكبر بكثير مما لديهم حاليًا.

يرتبط الخطر الرئيسي للغوص في أعماق البحار بضغط الماء صدروالرئتين. ونتيجة لذلك يرتفع ضغط الغازات في الرئتين، ويدخل بعض الغازات إلى الدم، مما يؤدي إلى عواقب وخيمة. في الضغوط العاليةمعظم الغازات سامة للجسم.

وبالتالي، فإن دخول النيتروجين إلى دم الغواص يسبب التسمم بالفعل على عمق 30 مترًا ويؤدي إلى إعاقته عمليًا على عمق 90 مترًا بسبب التخدير النيتروجيني الناتج. (يمكن حل هذه المشكلة باستخدام غازات نادرة مثل الهيليوم، وهي غير سامة حتى عند التركيزات العالية جدًا).

بالإضافة إلى ذلك، إذا عاد الغواص بسرعة كبيرة جدًا من الأعماق إلى السطح، يتم إطلاق الغازات الذائبة في الدم والأنسجة على شكل فقاعات، مما يسبب مرض تخفيف الضغط.

ويمكن تجنب هذا الخطر إذا كان الغواص يتنفس سائلاً غنياً بالأكسجين بدلاً من الهواء. سوف يتحمل السوائل في الرئتين بشكل كبير الضغوط الخارجية، وسيظل حجمه دون تغيير تقريبًا. في مثل هذه الظروف، سيتمكن الغواص، الذي ينزل إلى عمق عدة مئات من الأمتار، من العودة بسرعة إلى السطح دون أي عواقب.

ولإثبات أن مرض تخفيف الضغط لا يحدث عند استنشاق الماء، أجريت التجارب التالية في مختبري. في التجارب التي أجريت على سائل يتنفسه فأر، تم جلب ضغط قدره 30 ضغطًا جويًا إلى ضغط جوي واحد خلال ثلاث ثوانٍ. لم تكن هناك علامات المرض. وتعادل هذه الدرجة من تغير الضغط تأثير الارتفاع من عمق 910 أمتار بسرعة 1100 كيلومتر في الساعة.

يستطيع الإنسان أن يتنفس الماء

قد يكون التنفس السائل مفيدًا للبشر خلال الرحلات المستقبلية إلى الفضاء. عند العودة من الكواكب البعيدة، على سبيل المثال، من كوكب المشتري، ستكون هناك حاجة إلى تسارعات هائلة للهروب من منطقة جاذبية الكوكب. هذه التسارعات بشكل ملحوظ علاوة على ذلك، ما يمكن أن يتحمله جسم الإنسان، وخاصة الرئتين الضعيفتين بسهولة.

لكن نفس الأحمال ستصبح مقبولة تماما إذا امتلأت الرئتان بالسائل، وغمر جسم رائد الفضاء في سائل بكثافة تساوي كثافة الدم، تماما كما يغمر الجنين في السائل الأمنيوسي الموجود في رحم الأم.

أجرى علماء الفسيولوجيا الإيطاليون رودولف مارجاريا وتي جولتيروتي ود. سبينيلي مثل هذه التجربة في عام 1958. تم إلقاء أسطوانة فولاذية تحتوي على فئران حامل ارتفاعات مختلفةعلى دعم الرصاص. كان الغرض من التجربة هو اختبار ما إذا كان الجنين سينجو من الكبح الشديد وصدمة الهبوط. تم حساب سرعة الكبح من عمق المسافة البادئة للأسطوانة إلى قاعدة الرصاص.

ماتت الحيوانات نفسها على الفور أثناء التجربة. أظهر تشريح الجثث تلفًا كبيرًا في الرئة. ومع ذلك، فإن الأجنة التي تم إطلاقها جراحيا كانت على قيد الحياة وتتطور بشكل طبيعي. الجنين المحمي بسائل الرحم قادر على التحمل التسارع السلبيما يصل إلى 10 آلاف غرام.

وبعد أن أثبتت التجارب أن الحيوانات البرية يمكنها أن تتنفس السائل، فمن المعقول افتراض نفس الاحتمال بالنسبة للبشر. لدينا حاليا بعض الأدلة المباشرة لدعم هذا الافتراض. لذلك، على سبيل المثال، نستخدم الآن طريقة جديدةعلاج بعض أمراض الرئة.

وتتكون الطريقة من غسل رئة واحدة بمحلول ملحي، مما يزيل الإفرازات المرضية من الحويصلات الهوائية والشعب الهوائية. والرئة الثانية تتنفس غاز الأكسجين.

ألهمنا التنفيذ الناجح لهذه العملية لإجراء تجربة تطوع فيها الغواص الشجاع، غواص أعماق البحار فرانسيس د. فاليتشيك.

وتحت التخدير، تم إدخال قسطرة مزدوجة في القصبة الهوائية، حيث يصل كل أنبوب إلى رئتيه. وفي درجة حرارة الجسم الطبيعية، تم استبدال الهواء الموجود في إحدى الرئتين بمحلول تركيزه 0.9% ملح الطعام. تتكون "دورة التنفس" من إدخال محلول ملحي إلى الرئة ثم إزالته.

تم تكرار الدورة سبع مرات، مع أخذ 500 ملليلتر من المحلول لكل "استنشاق". وقال فاليشيك، الذي كان واعيًا تمامًا طوال العملية، إنه لم يلاحظ فرقًا كبيرًا بين هواء التنفس الذي تتنفسه الرئة والماء الذي تتنفسه الرئة. ولم يختبر أيضًا عدم ارتياححيث يدخل السائل ويخرج من الرئة.

بالطبع، لا تزال هذه التجربة بعيدة جدًا عن محاولة تنفيذ عملية التنفس بكلتا الرئتين في الماء، لكنها أظهرت أن ملء رئتي الشخص بمحلول ملحي، إذا تم تنفيذ الإجراء بشكل صحيح، لا يسبب تدميرًا خطيرًا للأنسجة ولا تنتج أحاسيس غير سارة.

أصعب مشكلة تنفس الماء

ربما الأكثر مشكلة صعبةوالذي لم يتم حله بعد، يرتبط بإطلاق ثاني أكسيد الكربون من الرئتين عند استنشاق الماء. كما قلنا من قبل، فإن لزوجة الماء أكبر بحوالي 36-40 مرة من لزوجة الهواء. وهذا يعني أن الرئتين سوف تضخان الماء أبطأ بأربعين مرة على الأقل من الهواء.

بمعنى آخر، الغواص الشاب الذي يتمتع بصحة جيدة والذي يمكنه استنشاق 200 لترًا من الهواء في الدقيقة، لن يتمكن من استنشاق سوى 5 لترات من الماء في الدقيقة. ومن الواضح تماما أنه مع هذا التنفس، لن يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون بكميات كافية، حتى لو كان الشخص مغمورا بالكامل في الماء.

هل يمكن حل هذه المشكلة باستخدام وسط يذوب فيه ثاني أكسيد الكربون بشكل أفضل من الماء؟ في بعض مركبات الفلوروكربون الاصطناعية المسالة، يذوب ثاني أكسيد الكربون، على سبيل المثال، ثلاث مرات أكثر مما هو عليه في الماء، والأكسجين - ثلاثين مرة. أظهر ليلاند س. كلارك وفرانك جولان أن الفأر يمكنه العيش في فلوريد الكربون السائل المحتوي على الأكسجين عند الضغط الجوي.

لا يحتوي فلوريد الكربون على أكسجين أكثر من الماء فحسب، بل إن معدل انتشار الغاز في هذه البيئة أعلى بأربع مرات. ومع ذلك، لا يزال هناك حجر عثرة صغير لا يزال قائما الإنتاجيةالسوائل عبر الرئتين: الفلوروكربونات أكثر لزوجة من المياه المالحة.

الترجمة من الإنجليزية بواسطة N. Poznanskaya.

حلم الرجل البرمائي، الفتح عنصر الماءرجل - لقد أغوى هذا الحلم كتاب الخيال العلمي أكثر من مرة. ومن منا لم يسمع بالكبيرة البحث العلمي، مستمرة في مختلف البلدانلغرض نقل الناس من الأرض إلى الماء. ولكن كيف يمكن للإنسان أن يتنفس تحت الماء؟

يبدو للبعض أن "سماء" كرتنا صغيرة جدًا بالفعل بالنسبة لأي شخص. الجميع على دراية بأعمال الفرنسي جاك إيف كوستو، التي تشير إلى آفاق كبيرة في هذا الاتجاه. لم يطرح العالم مشكلة "الكسر" الجذري لعلم وظائف الأعضاء البشرية، لأنه - على الأقل في هذه المرحلة– مثل هذه النية ستكون بمثابة المدينة الفاضلة. كان ينوي نقل السكن البشري تحت الماء وتطوير الهياكل اللازمة للعيش والعمل في عناصر البحر.

ولكن ظهرت اتجاهات أخرى أيضًا. كيف تتنفس بعض الحشرات في الماء؟ عندما يغوصون، تحيط فقاعة هواء بأجسامهم. يكون الضغط الجزئي للنيتروجين في الفقاعة أعلى، لذلك ينتقل تدريجياً إلى الماء. بالإضافة إلى ذلك، هناك اختلاف في محتوى الأكسجين في فقاعة الهواء وفي البيئة المائية المحيطة بها. لذلك، يدخل الأكسجين إلى الفقاعة من الماء، وينطلق ثاني أكسيد الكربون منه إلى الماء. ويمكن للحشرة أن تتنفس بشكل مثالي في بيئة تبدو غير عادية بالنسبة لها.

يشبه غرق الغواص في قاع البحر في بعض النواحي حشرة محاطة بفقاعة هواء. لكن الغواصين والغواصين غالبًا ما يواجهون خطرًا رهيبًا - مرض تخفيف الضغط. الجاني هو النيتروجين، وهو خليط نتنفسه مع الأكسجين. وعندما يرتفع بسرعة من أعماق كبيرة، يبدأ بالخروج من الدم على شكل فقاعات ويسد الأوعية الدموية الصغيرة. إذا كان الشخص يستطيع التنفس تحت الماء، فلن يمثل مرض تخفيف الضغط مشكلة بالنسبة له.

أسفرت التجارب على الفئران والكلاب عن نتائج مذهلة. إذا قمت بغمر هذه الحيوانات في الماء العادي، فلن يكون من الصعب تخمين مصيرها: فسوف تموت في غضون دقائق قليلة. ماذا لو قمت بتغيير بعض خصائص الماء؟ وهكذا فعلوا. كان الماء مشبعًا بالأكسجين تحت ضغط 5-8 أجواء، وأضيفت إليه الأملاح لتكوين محلول فسيولوجي. ثم تم وضع الفئران في هذا الحل. في سلسلة واحدة من التجارب، ظلت الفئران على قيد الحياة تحت الماء لمدة 6 ساعات تقريبًا: تنفست، وتعرضت لمختلف المواد المحفزات الخارجية. عاشت الحيوانات التي تم إخراجها من الماء لمدة ساعتين أخريين.

تم إجراء التجارب على الكلاب بشكل مختلف. تم تخدير الحيوانات، وحقن المضادات الحيوية فيها، وفي هذه الحالة تم وضعها في المحلول. تنفست الكلاب الماء من 23 إلى 38 دقيقة، ومن أصل 6 حيوانات تجريبية، نجا اثنان منها بعد انتهاء التجربة. وبعد ذلك ولدت إحدى الإناث بشكل طبيعي.

الحيوانات تتنفس سائلاً وتبقى على قيد الحياة!

اللحظة الحرجة للحيوانات التي يتم إجراء مثل هذه التجارب عليها تحدث أثناء الانتقال العكسي من التنفس المائي إلى التنفس الهوائي. تتم إزالة السائل المتبقي من الرئتين ببطء، وبينما تتم إزالة الحويصلات الهوائية والبروميولز من المحلول، قد تختنق الحيوانات. إذا استخدمت جهازًا خاصًا لتوفير الأكسجين للحيوانات خلال هذه الفترة، فإنها ستبقى على قيد الحياة.

قرر بعض العلماء اتباع المبدأ الموجود في الطبيعة بشكل مباشر وإنشاء فقاعة هواء اصطناعية - ليس حول الحشرات، ولكن حول الثدييات.

وفي مختبر شركة جنرال إلكتريك الأمريكية، حصلوا على فيلم سيليكون صناعي ذو نسبة عالية جدًا خصائص مثيرة للاهتمام- في اتجاه واحد يسمح للأكسجين بالمرور، وفي الاتجاه الآخر - ثاني أكسيد الكربون. تم وضع الهامستر في كيس مصنوع من هذا الفيلم ووضعه تحت الماء.

وقضى الحيوان عدة ساعات في بيئة غير عادية دون أن يلحق أي ضرر بصحته. يعتقد العالم الذي حصل على فيلم السيليكون أن الشخص سيكون قادرًا على التنفس تحت الماء ليس أسوأ من الهامستر في كيس مصنوع من هذه المادة إذا كانت "الفقاعة" كبيرة بدرجة كافية.

البحث العلمي لا يتوقف ولو ليوم واحد، ويستمر التقدم، مما يمنح البشرية المزيد والمزيد من الاكتشافات الجديدة. ويعمل مئات العلماء ومساعديهم في مجال دراسة الكائنات الحية وتركيبها مواد غير عادية. تجري الإدارات بأكملها تجارب للاختبار نظريات مختلفةوأحيانًا تدهش الاكتشافات الخيال - ففي النهاية ما يمكن للمرء أن يحلم به فقط يمكن أن يصبح حقيقة. إنهم يطورون أفكارًا، والأسئلة حول تجميد شخص ما في غرفة التبريد ثم إذابة الجليد عنه بعد قرن، أو حول إمكانية استنشاق السائل، ليست مجرد حبكة رائعة بالنسبة لهم. هُم عمل شاقيمكن أن تجعل هذه الأوهام تتحقق.

لطالما اهتم العلماء بالسؤال: هل يستطيع الإنسان أن يتنفس السائل؟

هل يحتاج الإنسان إلى التنفس السائل؟

إنهم لا يدخرون أي جهد ولا وقت ولا نقديلمثل هذه البحوث. ومن هذه الأسئلة التي أقلقت العقول المستنيرة لعقود من الزمن ما يلي - هل التنفس السائل ممكن للإنسان؟ هل ستتمكن الرئتان من امتصاص الأكسجين ليس من سائل خاص؟ ولمن يشكك في الحاجة الحقيقية لهذا النوع من التنفس، يمكننا أن نذكر على الأقل 3 اتجاهات واعدةحيث سوف يخدم الشخص بشكل جيد. إذا، بالطبع، يمكنهم تنفيذها.

الاتجاه الأول هو الغوص إلى أعماق كبيرة. كما تعلمون، عند الغوص، يعاني الغواص من الضغط البيئة المائيةوهو أكثف 800 مرة من الهواء. وتزداد بمقدار 1 جو كل 10 أمتار من العمق. مثل هذه الزيادة الحادة في الضغط محفوفة بتأثير غير سار للغاية - فالغازات المذابة في الدم تبدأ في الغليان على شكل فقاعات. وتسمى هذه الظاهرة "مرض الكايسون" وهي غالبا ما تصيب أولئك الذين يمارسون الرياضة. أيضًا، أثناء السباحة في أعماق البحار، هناك خطر الحصول على الأكسجين أو التسمم بالنيتروجينلأنه في مثل هذه الظروف تصبح هذه الغازات الحيوية شديدة السمية. من أجل مكافحة ذلك بطريقة أو بأخرى، يستخدمون إما مخاليط تنفس خاصة أو بدلات فضائية صلبة تحافظ على ضغط جوي واحد بالداخل. لكن لو كان التنفس السائل ممكنا لكان الحل الثالث والأسهل للمشكلة، لأن السائل التنفسي لا يشبع الجسم بالنيتروجين و الغازات الخاملة، وليس هناك حاجة لتخفيف الضغط لفترة طويلة.
الطريقة الثانية للتطبيق هي الطب. إن استخدام سوائل التنفس فيه يمكن أن ينقذ حياة الأطفال المبتسرين، لأن القصبات الهوائية لديهم متخلفة ويمكن لأجهزة تهوية الرئة الاصطناعية أن تلحق بهم الضرر بسهولة. كما هو معروف، تمتلئ رئتا الجنين بالسوائل في الرحم، وبحلول وقت الولادة، تتراكم المادة الفعالة بالسطح الرئوي - وهو خليط من المواد التي تمنع الأنسجة من الالتصاق ببعضها البعض عند استنشاق الهواء. ولكن في حالة الولادة المبكرة، يتطلب التنفس الكثير من الجهد من جانب الطفل، وقد يؤدي ذلك إلى الوفاة.

هناك سابقة تاريخية لاستخدام طريقة التهوية السائلة الكلية للرئتين، ويعود تاريخها إلى عام 1989. تم استخدامه من قبل T. Shaffer، الذي عمل كطبيب أطفال في جامعة تمبل (الولايات المتحدة الأمريكية)، لإنقاذ الأطفال المبتسرين من الموت. وللأسف، لم تنجح المحاولة؛ ولم ينج ثلاثة مرضى صغار، لكن الجدير بالذكر أن الوفيات حدثت لأسباب أخرى غير طريقة التنفس السائل نفسها.

منذ ذلك الحين، لم يجرؤوا على تهوية رئتي الشخص بشكل كامل، ولكن في التسعينيات، تعرض المرضى الذين يعانون من التهاب حاد للتهوية السائلة الجزئية. في هذه الحالة، تمتلئ الرئتان جزئيًا فقط. ولكن للأسف، كانت فعالية هذه الطريقة مثيرة للجدل، لأن تهوية الهواء التقليدية لم تكن أسوأ.

التطبيق في الملاحة الفضائية. مع المستوى الحالي للتكنولوجيا، يواجه رائد الفضاء أثناء الرحلة حمولات زائدة تصل إلى 10 جرام. بعد هذه العتبة، من المستحيل الحفاظ ليس فقط على القدرة على العمل، ولكن أيضًا على الوعي. ويكون الحمل على الجسم غير متساوٍ، وعند نقاط الدعم التي يمكن التخلص منها عند غمرها في السائل، سيتم توزيع الضغط بالتساوي على جميع نقاط الجسم. هذا المبدأ هو الأساس لتصميم بدلة الفضاء الصلبة Libelle، المملوءة بالماء وتسمح بزيادة الحد إلى 15-20 جم، وحتى ذلك الحين بسبب الكثافة المحدودة للأنسجة البشرية. وإذا لم تقم بغمر رائد الفضاء في السائل فحسب، بل قمت أيضًا بملء رئتيه به، فسيكون من الممكن بالنسبة له أن يتحمل بسهولة الأحمال الزائدة الشديدة التي تتجاوز علامة 20 جرامًا. ليس لا نهائيًا بالطبع، لكن العتبة ستكون عالية جدًا إذا تم استيفاء شرط واحد - يجب أن يكون السائل الموجود في الرئتين وحول الجسم مساويًا في الكثافة للماء.

أصل وتطور التنفس السائل

تعود التجارب الأولى إلى الستينيات من القرن الماضي. أول من اختبر تقنية التنفس السائل الناشئة كانت الفئران والجرذان المختبرية، التي أجبرت على التنفس ليس الهواء، ولكن المحلول الملحي، الذي كان تحت ضغط 160 جوا. وتنفسوا! ولكن كانت هناك مشكلة لم تسمح لهم بالبقاء على قيد الحياة في مثل هذه البيئة لفترة طويلة - فالسائل لم يسمح بإزالة ثاني أكسيد الكربون.

لكن التجارب لم تتوقف عند هذا الحد. بعد ذلك، بدأنا في إجراء البحوث مادة عضوية، التي تم استبدال ذرات الهيدروجين بها بذرات الفلور - ما يسمى بالمركبات الكربونية الفلورية المشبعة. وكانت النتائج أفضل بكثير من تلك التي توصل إليها السائل القديم والبدائي، لأن البيرفلوروكربون خامل، ولا يمتصه الجسم، ويذيب الأكسجين والهيدروجين بشكل مثالي. لكنها كانت بعيدة عن الكمال واستمر البحث في هذا الاتجاه.

الآن الأكثر أفضل إنجازيوجد في هذه المنطقة بيرفلوبرون (الاسم التجاري - "Liquivent"). خصائص هذا السائل مذهلة:

تنفتح الحويصلات الهوائية بشكل أفضل عندما يدخل هذا السائل إلى الرئتين ويتحسن تبادل الغازات.
يمكن لهذا السائل أن يحمل أكسجينًا أكثر بمرتين مقارنة بالهواء.
تسمح نقطة الغليان المنخفضة بإزالته من الرئتين عن طريق التبخر.

لكن رئتينا ليست مصممة لتنفس السوائل بشكل كامل. إذا قمت بملئها بالكامل بالبيرفلوبرون، فستحتاج إلى مؤكسج غشائي وعنصر تسخين وتهوية هواء. ولا تنس أن هذا الخليط أسمك مرتين من الماء. ولذلك يتم استخدام التهوية المختلطة، حيث تمتلئ الرئتان بالسائل بنسبة 40% فقط.

ولكن لماذا لا نستطيع أن نتنفس السائل؟ كل هذا بسبب ثاني أكسيد الكربون، الذي يتم إزالته بشكل سيئ للغاية في البيئة السائلة. يجب على الشخص الذي يبلغ وزنه 70 كجم أن يمرر 5 لترات من الخليط من خلال نفسه كل دقيقة، وهذا مع حالة الهدوء. لذلك، على الرغم من أن رئتينا قادرتان تقنيًا على استخلاص الأكسجين من السوائل، إلا أنهما ضعيفتان جدًا. لذلك لا يسعنا إلا أن نأمل في الأبحاث المستقبلية.

الماء مثل الهواء

لكي نعلن أخيرًا للعالم بفخر - "الآن يستطيع الإنسان أن يتنفس تحت الماء!" - قام العلماء في بعض الأحيان بتطوير أجهزة مذهلة. لذلك، في عام 1976، ابتكر علماء الكيمياء الحيوية من أمريكا جهازًا معجزة قادرًا على تجديد الأكسجين من الماء وتزويده للغواص. ومع سعة البطارية الكافية، يمكن للغواص البقاء والتنفس في العمق إلى أجل غير مسمى تقريبًا.

بدأ كل شيء عندما بدأ العلماء بحثًا يعتمد على حقيقة أن الهيموجلوبين يوصل الهواء بشكل متساوٍ من الخياشيم والرئتين. لقد استخدموا دمهم الوريدي الممزوج بالبولي يوريثين - حيث تم غمره في الماء وهذا السائل يمتص الأكسجين الذي يذوب بسخاء في الماء. بعد ذلك، تم استبدال الدم بمادة خاصة وكانت النتيجة جهازًا يعمل مثل الخياشيم العادية لأي سمكة. مصير الاختراع هو كما يلي: استحوذت عليه شركة معينة وأنفقت عليه مليون دولار، ومنذ ذلك الحين لم يسمع أي شيء عن الجهاز. وبالطبع لم يتم طرحه للبيع.

ولكن هذا ليس ما هو عليه الهدف الرئيسيالعلماء. حلمهم ليس جهاز تنفس، بل يريدون تعليم الشخص نفسه أن يتنفس السائل. ولم يتم التخلي بعد عن محاولات تحقيق هذا الحلم. وهكذا، أجرى أحد معاهد البحوث الروسية، على سبيل المثال، اختبارات على التنفس السائل على متطوع كان لديه أمراض خلقية - غياب الحنجرة. وهذا يعني أنه ببساطة لم يكن لديه رد فعل الجسم تجاه السائل، حيث تكون أدنى قطرة ماء على القصبات الهوائية مصحوبة بضغط على الحلقة البلعومية والاختناق. وبما أنه ببساطة لم يكن لديه هذه العضلة، كانت التجربة ناجحة. تم سكب سائل في رئتيه، وخلطه طوال التجربة باستخدام حركات البطن، وبعد ذلك تم ضخه بهدوء وأمان. ومن المميزات أن التركيبة الملحية للسائل تتوافق مع التركيبة الملحية للدم. ويمكن اعتبار ذلك نجاحاً، ويزعم العلماء أنهم سيجدون قريباً طريقة للتنفس السائل، في متناول الناسبدون أمراض.

إذن أسطورة أم حقيقة؟

على الرغم من إصرار الإنسان، الذي يرغب بشغف في التغلب على جميع الموائل الممكنة، فإن الطبيعة نفسها لا تزال تقرر أين تعيش. للأسف، بغض النظر عن مقدار الوقت الذي يقضيه في البحث، بغض النظر عن عدد الملايين التي تنفق، فمن غير المرجح أن يكون الشخص مقدرًا للتنفس تحت الماء وكذلك على الأرض. بالطبع، هناك الكثير من القواسم المشتركة بين البشر والحياة البحرية، ولكن لا يزال هناك الكثير من الاختلافات. لم يكن الإنسان البرمائي ليتحمل ظروف المحيط، ولو تمكن من التكيف، لكان طريق العودة إلى الأرض مغلقًا أمامه. وكما هو الحال مع الغواصين الذين يرتدون معدات الغوص، يخرج الأشخاص البرمائيون إلى الشاطئ ببدلات مائية. وبالتالي، بغض النظر عما يقوله المتحمسون، فإن حكم العلماء لا يزال حازما ومخيبا للآمال - حياة الإنسان على المدى الطويل تحت الماء مستحيلة، والخروج ضد الطبيعة الأم في هذا الصدد غير معقول، وجميع محاولات التنفس السائل محكوم عليها بالفشل.

ولكن لا تثبط. وعلى الرغم من أن قاع البحر لن يصبح وطننا أبدًا، إلا أننا نمتلك كل آليات الجسم والقدرات التقنية لنكون ضيوفًا متكررين هناك. فهل يستحق هذا أن نحزن عليه؟ بعد كل شيء، لقد غزا الإنسان هذه البيئات بالفعل إلى حد ما، والآن تكمن أمامه هاوية الفضاء الخارجي.

والآن يمكننا أن نقول بثقة أن أعماق المحيط ستصبح مكان عمل رائع بالنسبة لنا. لكن المثابرة يمكن أن تؤدي إلى خط رفيع للغاية من التنفس تحت الماء، إذا كنت تعمل فقط على حل هذه المشكلة. وماذا سيكون الجواب على سؤال ما إذا كان تغيير الحضارة الأرضية إلى تحت الماء يعتمد فقط على الشخص نفسه.

أول طبيب يصل إلى مدار أرضي منخفض رائد فضاء سوفيتيصرح بوريس إيجوروف ذات مرة: "على عمق يزيد عن 500-700 متر، يتمتع الشخص (على الأقل من الناحية النظرية) بفرصة أن يصبح Ichthyander دون استخدام أي تقنية! سوف يسبح هناك مثل السمكة ويعيش لأطول فترة ممكنة. كل ما عليك فعله هو ملء رئتيك بالماء. وعلى عمق 500-700 متر، يبدو أن رئتي الإنسان تمتص الأكسجين مباشرة من الماء.

للوهلة الأولى، تبدو هذه الفكرة مذهلة. ألا يموت الآلاف من الناس كل عام بسبب الغرق؟ مياه البحر؟ هل يمكن أن يصبح الماء بديلاً للأكسجين العادي؟ دعونا ننقل أنفسنا عقليًا إلى مختبر عالم وظائف الأعضاء الهولندي يوهانس كيلسترا، حيث يجري العالم تجاربه المذهلة. وهنا واحد منهم.

يملأ العالم خزانًا صغيرًا شفافًا بالماء ويضيف القليل من الملح هناك. بعد ذلك، يقوم بإغلاق الحاوية ويضخ الأكسجين فيها تحت الضغط من خلال أنبوب. تهتز السفينة وسرعان ما يُسمح للفأر الأبيض بالدخول من خلال الغرفة الوسيطة (غرفة معادلة الضغط). لا تستطيع النهوض - فالشبكة الموجودة على سطح الماء تمنع ذلك. لكن... مرت نصف ساعة، ساعة، ساعتين. الفأر، رغم أنه قد يبدو غريبًا، يتنفس - نعم، نعم، يتنفس الماء! لكن لا يبدو أن الفأر يشعر بالذعر. تعمل رئتا الحيوان مثل خياشيم الأسماك، حيث تستقبل الأكسجين مباشرة من الماء. بالطبع، لا يمكن الحديث عن أي مرض تخفيف الضغط - لم تتم إضافة النيتروجين إلى الماء. تم إجراء تجارب مماثلة من قبل علماء في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية بقيادة مرشح العلوم الطبية فلادلين كوزاك.

لذلك، تم اتخاذ الخطوة الأولى. وبنجاح كبير. ومع ذلك، فإن العلماء ليسوا في عجلة من أمرهم للإعلان عن ذلك. ماذا لو كانت الحيوانات الصغيرة فقط هي القادرة على تنفس السائل؟ لتبديد الشكوك، تم اختبار الطريقة على الكلاب. وماذا في ذلك؟ وفي التجارب الأولى، تنفست الكلاب محلولاً مالحاً مشبعاً بالأكسجين لأكثر من نصف ساعة. أظهرت التجارب أنه ليس فقط الكلاب، ولكن القطط أيضًا يمكنها أن تتنفس السائل لفترة طويلة. وفي بعض الأحيان ظلوا تحت الماء لعدة ساعات متواصلة ثم عادوا بهدوء إلى طريقة تنفسهم المعتادة.

هل يستطيع الإنسان أن يتنفس الماء؟ بتشجيع من نجاح التجارب على الحيوانات، حاول يوهانس كيلسترا توضيح هذه المشكلة. كان موضوع الاختبار الأول هو الغواص فرانك فالزشيك الذي يتمتع بخبرة 20 عامًا. عندما امتلأت إحدى الرئتين، شعر بحالة جيدة لدرجة أنه طلب ملء الأخرى في نفس الوقت. قال العالم: "ليست هناك حاجة لهذا بعد". ومع ذلك، بعد مرور بعض الوقت، قرر كيلسترا إجراء مثل هذه التجربة.

اجتمع عشرون طبيباً في المختبر ليشهدوا هذه التجربة المذهلة. وافق نفس فرانك فاليزشيك على أن يكون موضوع الاختبار. تم تخديره في حلقه لقمع منعكس البلع وتم إدخال أنبوب مرن في قصبته الهوائية (القصبة الهوائية). من خلالها بدأ العلماءصب تدريجيا في حل خاص. دخل السائل إلى الرئتين، وكان الجميع يراقبون فاليزشيك بتوتر، الذي لم تظهر عليه أي علامات الذعر. علاوة على ذلك، أظهر علامات أنه مستعد لمساعدة المجربين، وبدأ هو نفسه في كتابة مشاعره. الرجل يستنشق السائل لأكثر من ساعة! ومع ذلك، استغرق الأمر بضعة أيام حتى يتم ضخه أخيرًا من الرئتين. وقال فرانك فاليزكزيك بعد التجربة: "لم أشعر بأي إزعاج، ولم أشعر بثقل في صدري، كما توقعت في البداية". التفكير في نتائج هذه التجارب الأكثر إثارة للاهتماموأعرب الدكتور كيلسترا عن اعتقاده بأن الشخص الذي لديه رئتان مملوءتان بالماء يمكنه النزول مسافة نصف كيلومتر دون ألم تام والعودة إلى السطح خلال عشرين دقيقة.

منذ سنوات عديدة، قدم جاك إيف كوستو اقتراحًا مثيرًا للاهتمام. كتب: "سيأتي الوقت، وسوف تولد البشرية جنسًا جديدًا من الناس - "Homo aquaticus" ("الرجل تحت الماء"). سوف يسكنون قاع البحرفيبنون هناك مدنا ويعيشون كما على الأرض». من يدري، ربما ستتحقق نبوءة القبطان الشجاع، شيخ السباحين تحت الماء المعترف بهم، يومًا ما؟