Почему мы не можем дышать под водой. Дыхание водой. Изменения в организме

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.

Первый доктор, побывавший на околоземной орбите, советский летчик-космонавт Борис Егоров, как-то заявил: «На глубине свыше 500-700 метров у человека (по крайней мере, в теории) есть возможность стать Ихтиандром, не используя никакую технику! Он будет там плавать, подобно рыбе, и жить максимально долго. Нужно всего лишь...заполнить легкие водой. На глубине 500-700 метров легкие человека, судя по всему, будут усваивать кислород непосредственно из воды».

На первый взгляд эта мысль кажется невероятной. Разве не погибают каждый год тысячи людей, захлебнувшиеся морской водой? Способна ли вода стать заменой обычному кислороду? Перенесемся мысленно в лабораторию голландского физиолога Иоганнеса Килстра, где ученый проводит свои удивительные опыты. Вот один из них.

Ученый заливает водой небольшой прозрачный резервуар и добавляет туда немного соли. Далее он закупоривает емкость и через трубку накачивает в нее кислород под давлением. Сосуд взбалтывают и вскоре через промежуточную (шлюзовую) камеру впускают внутрь белую мышь. Подняться она не может - этому препятствует сетка на поверхности воды. Но... Проходит полчаса, час, два. Мышь, как это ни кажется странным, дышит - да, да, именно дышит водой! Но никакой паники у мыши не наблюдается. Легкие зверька действуют подобно рыбьим жабрам, получая кислород напрямую из воды. Само собой, ни о какой кессонной болезни и речи быть не может - азот в воду не добавляли. Схожие эксперименты делали и ученые в СССР, возглавляемые кандидатом медицинских наук Владленом Козаком.

Итак, первый шаг сделан. И вполне успешно. Однако ученые не торопятся объявить об этом. Вдруг способностью к дыханию жидкостью обладают только мелкие животные? Чтобы рассеять сомнения, метод проверяют на собаках. И что же? В первых же экспериментах собаки дышали солоноватым раствором, насыщенным кислородом, более получаса. Опыты показали, что не только собаки, но и кошки могут долго дышать жидкостью. Иногда они оставались под водой много часов подряд и затем спокойно возвращались к привычному способу дыхания.

А способен ли дышать водой человек? Ободренный успехом опытов на животных, Иоганес Килстра сделал попытку прояснить и этот вопрос. Первым испытуемым стал водолаз с 20-летним опытом Фрэнк Фалежчик. Когда ему залили одно легкое, он чувствовал себя так хорошо, что просил одновременно заполнить и другое. «Пока в этом нет необходимости»,- сказал ученый. Однако через некоторое время Килстра решился на такой эксперимент.

В лаборатории собрались двадцать докторов, чтобы засвидетельствовать удивительный опыт. Подопытным согласился быть все тот же Фрэнк Фалежчик. Ему сделали анестезию горла для подавления глотательного рефлекса и ввели в трахею (дыхательное горло) эластичную трубку. Через нее ученый начал постепенно вливать специальный раствор. Жидкость поступала в оба легких, и все напряженно наблюдали за Фалежчиком, который не обнаруживал никаких признаков паники. Более того, он показал знаками, что готов помогать экспериментаторам, и сам стал записывать свои ощущения. Человек дышал жидкостью не один час! Однако, потребовалось пара дней, чтобы окончательно откачать ее из легких. «Я не ощущал никакого дискомфорта, - сказал после опыта Фрэнк Фалежчик,- и не чувствовал тяжести в груди, как изначально предполагал». Размышляя над результатами этих интереснейших опытов, доктор Килстра высказал убеждение, что человек с залитыми водой легкими может совершенно безболезненно опуститься на полкилометра и через двадцать минут вернуться на поверхность.

Много лет назад Жак-Ив Кусто выдвинул любопытное предположение. «Придет время, - писал он, - и человечество выведет новую расу людей-«Гомо акватикус» («человек подводный»). Они заселят морское дно, построят там города и будут жить как на земле». Кто знает, может быть, пророчество отважного капитана, признанного старейшины подводных пловцов, когда-нибудь и сбудется?

Подпишитесь на нас

Фокусник-иллюзионист Гарри Гудини прославился своим умением задерживать дыхание на три минуты. Но сегодня опытные дайверы могут задерживать дыхание на десять, пятнадцать и даже двадцать минут. Как дайверы это делают, и как тренироваться, чтобы задержать дыхание на долгий срок?

Мой лучший результат по задержке дыхания в статичном положении вообще не впечатляет, я думаю, он около 5,5 минут. Марк Хели, серфер

Кажется, что такой результат просто нереальный, а Хели просто скромничает. Кто-то скажет, что задержать дыхание на такой срок просто невозможно, но это не так для людей, практикующих «статическое апноэ».

Это спортивная дисциплина, в которой дайвер задерживает дыхание и «зависает» под водой без движения настолько долго, насколько это возможно. Так вот, для таких дайверов пять с половиной минут — действительно небольшое достижение.

В 2001 году знаменитый фридайвер Мартин Степанек задержал дыхание на восемь минут шесть секунд. Его рекорд продержался три года, до июня 2004, когда фридайвер Том Сиетас повысил планку на 41 секунду с лучшим временем под водой 8:47.

Этот рекорд был побит восемь раз (пять из них самим Томом Сиетасом), но самое впечатляющее время на сегодня принадлежит французскому фридайверу Стефану Мифсуду. В 2009 году Мифсуд провел под водой 11 минут 35 секунд.

Что такое статическое апноэ

Статическое апноэ - это единственная дисциплина во фридайвинге, измеряемая по времени, но она является чистым проявлением этого вида спорта, его основой. Длительная задержка дыхания важна для всех остальных дисциплин фридайвинга, как в бассейне, так и в открытой воде.

Фридайвер, выступающий в дисциплине «Динамика в ластах» , на соревнованиях в Лондоне, 2009 год

У фридайверов есть разные дисциплины, такие как «динамика в ластах» или без, когда дайверу надо как можно дальше проплыть под водой, или «без ограничений» - самая сложная дисциплина, в которой дайвер погружается с помощью тележки так глубоко, как может, а потом с помощью шара всплывает обратно.

Но и та, и другая дисциплины основаны на апноэ - умении как можно дольше продержаться без воздуха.

Изменения в организме

Кислород, который вы вдыхаете, поступает в кровь и доставляется к разным тканям тела, где трансформируется в энергию. В конце этого процесса образуется CO2, который поступает обратно в легкие и выводится из организма с выдохом.

Когда вы задерживаете дыхание, кислород также превращается в CO2, но ему некуда выходить. Он циркулирует по вашим венам, окисляя кровь и подавая сигналы организму, что пора вдохнуть. Сначала это горящие легкие, а потом - сильные и болезненные спазмы диафрагмы.

Фридайверы тратят годы тренировок, чтобы прокачать задержку дыхания, и в процессе постепенно меняется их физиология. Кровь фридайверов окисляется медленнее, чем кровь обычных людей, которые всю жизнь вдыхают и выдыхают рефлекторно.

Активация симпатической нервной системы заставляет их периферические кровеносные сосуды сжиматься вскоре после того, как они перестали дышать. Кровь, богатая кислородом, сохраняется в теле и перенаправляется от конечностей к самым важным органам, в основном, к сердцу и мозгу.

Некоторые фридайверы также практикуют медитацию, чтобы успокоить сердце. Они замедляют естественные ритмы, и кислород медленнее превращается в углекислый газ.

Медитация оказывает успокаивающий эффект и на разум тоже, потому что основная сложность в задержке дыхания как раз заключается в сознании. Вы должны знать, что ваше тело может существовать на кислороде, который уже в нем есть и успешно игнорировать потребность организма вдохнуть.

На это требуются годы тренировок, но есть и другие, более быстрые способы для задержки дыхания.

«Щечная накачка» и гипервентиляция

Есть способ, который дайверы называют личным «хранилищем газа» или «щечной накачкой» . Его давным-давно придумали рыбаки-ныряльщики. Способ включает в себя наиболее глубокое дыхание, с использованием мышц рта и глотки для увеличения запасов воздуха.

Человек полностью наполняет легкие воздухом, после чего с помощью мышц глотки перекрывает доступ, чтобы воздух не выходил. После этого он набирает воздух в рот, и при закрытии рта с помощью мышц щек вталкивает дополнительный воздух в легкие. Повторив такое дыхание 50 раз, дайвер может увеличить запас легких литра на три.

В 2003 году провели исследование по измерению емкости легких у дайверов, и получили такие результаты: «щечная накачка» увеличивает объем легких с 9.28 литров до 11.02.

Емкость легких также может отличаться в зависимости от человека. Примерный объем легких женщины составляет четыре литра, мужчины - шесть, но может быть и больше. Например, известный фридайвер Герберт Нич имел объем легких 14 литров.

Есть ещё один способ - гипервентиляция легких , которую часто используют дайверы. Этот способ позволяет избавить организм от углекислого газа и наполнить тело кислородом. Самая экстремальная версия этой техники включает в себя дыхание только кислородом за 30 минут до погружения.

В воздухе содержится только 21% кислорода, так что, если дышать атмосферным воздухом перед погружением, кислорода в организме будет меньше, чем если вдыхать чистый кислород.

Именно эта техника позволила фокуснику Дэвиду Блэйну побить мировой рекорд по задержке дыхания в 2008 году, продержавшись без воздуха 17 минут и 4 секунды. С её же помощью Стиг Северинесен побил этот рекорд в 2012 году со временем 22 минуты.

В отличие от «статического апноэ», в котором не разрешается дышать чистым кислородом перед погружением, Книга рекордов Гиннеса не так сурова, поэтому рекорд в 22 минуты сейчас считается первым в мире.

Опасности апноэ

Но все эти техники и тренировки по-своему опасны. Длительная задержка дыхания и кислородное голодание организма может плохо сказаться на здоровье, а гипервентиляция может привести к потере сознания и другим рискам. Что касается метода щечной накачки, от этого может случиться разрыв легких.

И по этой причине фридайверы не проводят тренировки в одиночку, только под присмотром. Даже когда они находятся в неглубокой воде, поскольку нет различия, на какой глубине ты находишься, если потерял сознание.

Так что, если вы решили потренироваться задерживать дыхание, лучше не делайте этого в одиночестве, мало ли что может случиться.

В 90-е в популярном фильме «Бездна» Джеймса Кэмерона среди прочих чудес была показана жидкость, в которой можно дышать. Мало кто знает, что в основе этого - советские разработки. В 1988 году в Ленинграде группа учёных создала жидкость, в которой свободно дышали не только мыши, но и собаки.

О том, чтобы дышать под водой, люди мечтали ещё с давних времён. О такой возможности упоминалось в сказках, в былинном эпосе «Садко» и других романах. Врач и учёный Андрей Филиппенко в советское время провёл первые успешные испытания техники жидкостного дыхания.

Американцы зашли в тупик

Ксения Якубовская, сайт: - Андрей Викторович, неужели возможно дышать жидкостью?

Андрей Филиппенко: - Конечно, в воде содержится кислород. Другое дело, что в обычной, в лучшем случае, 2,7% О2. А чтобы млекопитающее смогло дышать, этот показатель поднимается до 20-21%. Исследования доказали, когда в лёгкие попадает такая жидкость, то в кровь поступает достаточное количество кислорода.

Жидкостное дыхание - это технология, которая позволяет получать кислород не из воздуха, а из специальной жидкости. Идея свободно передвигаться, дышать под водой волновала умы многих учёных. Первые опыты провёл в 60-х годах прошлого века голландский исследователь Йоханнес Килстра. В 1968-м он наглядно показал, что млекопитающие могут получать кислород из жидкости. В его растворе мыши могли дышать и даже бегать.

Мой отец был офицером первого института ВМФ, который занимался кораблестроением и стратегией развития подводного флота. Ему пришло распоряжение от руководства оценить исследования Килстра. Он написал положительный отзыв. Я был ещё школьником, но идею запомнил. Когда я стал работать старшим научным сотрудником в НИИ Спасания и подводных технологий Вунц ВМФ ВМА, я поднял эту тему. Задача была интересная, и мне разрешили заниматься исследованием распространения газов в организме человека в условиях повышенного давления. Это был 1979 год.

- А мировые исследования к тому времени не продвинулись в этом направлении?

Первые опыты были на мышах в тех странах, которые занимались атомным оружием, могли работать с высокими энергиями. Требовались грамотные специалисты, огромные деньги и специализированное оборудование. У нас в Ленинграде всё это было. Технологией жидкостного дыхания занималась группа из 1500 человек. Американцы пошли по тупиковому пути. Они, например, заполняли только одно лёгкое водой, насыщенной кислородом. Были у них и системы вентиляции лёгких, то есть, человек самостоятельно не мог дышать жидкостью, ему нужно было помогать. Сложно представить себе подводника с аппаратом искусственной вентиляции лёгких.

Достигнуть Марса за неделю

- Зачем людям вообще дышать жидкостью?

Тут есть сразу несколько возможных применений - при спасательных операциях под водой, подводной археологии, полётах в космос, в медицине. Под водой человек испытывает давление, так как среда в 800 раз плотнее воздуха. Оно возрастает на одну атмосферу примерно каждые 10 метров глубины. Если водолаз быстро всплывает, то газы, растворённые в крови, начинают закипать в виде пузырьков, возникает кессонная болезнь.

При жидкостном дыхании раствор не содержит газов, это чистая смесь. То есть длительная декомпрессия не нужна. При этом давление снаружи и внутри также сравнивается. Когда мы проводили исследования, то создавали в барокамере давление, схожее на глубине 700, 800, 900 и 1000 метров, имитировали свободное всплытие. Животные абсолютно нормально переносили перепады температуры и давления.

Эти опыты доказали эффективность жидкостного дыхания в лечении кессонной болезни. При её применении угрозы баротравм просто нет. При такой технологии спасение людей с затонувших подводных лодок было бы лёгким делом. Они бы не погибали от недостатка кислорода или кессонной болезни при быстром подъёме. Да и спускаться к ним спасателям было бы легче. Более того, она пригодилась бы при подводных археологических исследованиях, изучения глубокого океана.

С такой жидкостью полёт на Марс мог бы занимать неделю, так как тело легко переносило бы перегрузки и ускорение, а полёт на Луну стоил бы, как поездка на Гавайи. В медицине применение жидкостного дыхания могло бы спасать недоношенных младенцев, а также помогать при серьёзных заболеваниях лёгких у взрослых.

Косметика интереснее науки

- Когда вам удалось добиться успеха?

В начале 80-х. Я понял, что у американцев ничего не вышло из-за жидкости. Если попадалась хотя бы какая-то примесь, то дышать было невозможно. Мы с химиками несколько лет добивались идеального качества. И как только достигли его, то мышки свободно задышали, а потом и собаки. Они спокойно находились в этой жидкости в течение двух часов, реагировали на голос. И после испытаний чувствовали себя прекрасно, давали потомство и жили ещё очень долго. Позже я показывал нашу жидкость в Англии, США и Германии. Специалисты не могли понять, как нам удалось создать такой уникальный чистый состав.

В 1988 году фильм о наших успешных испытаниях демонстрировали на закрытых показах различным начальникам: руководителям академии наук, академии медицинских наук, госкомитету по науке и технике, минобороны. По плану, уже в 1991 году должны были сделать волонтёрские первые испытания. Однако известные исторические события помешали. Все программы свернули, исследования - закрыли, а людей сократили.

- Иностранцы не предлагали вам поработать над этим у них?

Конечно, предлагали. Но мне всё-таки хотелось, чтобы мы стали первыми в этом деле. В конце концов, в меня и мои исследования страна вложила немало средств. И отдавать свою работу другим не хотелось. Да и когда я посмотрел на их уровень исследований, что понял, что они безнадёжно отстали. Нужно было сначала дотягивать их специалистов до уровня наших, снова работать над созданием жидкости идеального качества.

- Джеймс Кэмерон показал жидкостное дыхания в своём фильме. Интересно, он знал о советских разработках?

Конечно! Более того, видел наш фильм. Когда я начал выезжать заграницу, то американские коллеги неожиданно передали его номер телефона и сказали, что он разыскивает меня. Я подумал, что надо сначала попробовать с нашими кинематографистами поговорить. Предлагал идею Ленфильму, в Москве, но наши не заинтересовались.

- А сегодня власти помогают довести работу до конца?

Сейчас мы на науку тратим 1% ВВП (Израиль - 5%). Это не самая для нашей страны интересная сфера. В Россию ввозят компонентов для косметики ежегодно на 15 млрд долларов. По мировым оценкам, земная цивилизация, в принципе, тратит на косметику больше, чем на космические исследования и термоядерные. Цивилизация хочет, чтобы мы себя украшали, пели и танцевали. Авторское право на музыку - всю жизнь, а на научный патент - всего 10 лет. Не надо удивляться, что нет жидкостного дыхания.

К тому же, наши законы не позволят проводить исследования на людях. Юридически всё это очень сложно. Сам человек на себе, конечно, может провести. Однако всех, кто в этот момент будет рядом, можно посадить. При этом испытаний новых препаратов у нас проводят на людях больше, чем в Китае.

Если бы было можно, то через три месяца люди уже смогли бы дышать в воде. Думаю, в Китае или Индии достигнут успеха, так как у них более лояльные законы.

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.