Глубокое дыхание. Учеными доказано, что люди могут дышать под водой

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.

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

Установлено, что человек может обходиться без пищи около 50—70 суток, без воды — примерно 10 дней, а вот без дыхания — всего несколько минут. Действительно, вся жизнь каждого из нас измеряется отрезком времени между первым вдохом и последним выдохом. Дыхание отождествляется с самой жизнью.

Рекорды

Длительность задержки дыхания (апноэ) у взрослого здорового человека в нормальных условиях составляет обычно 40—60 секунд. Однако, как показала практика, продолжительность апноэ очень индивидуальна и увеличивается в процессе тренировки.

О физиологических пределах длительности задержки дыхания дают представления рекорды нырялыциков-про-фессионалов и спортсменов. После гипервентиляции легких (частого и глубокого дыхания) атмосферным воздухом японские ныряльщицы (морские девы, ама) находятся под водой до 4 минут, а отдельные пребывают на глубине 20—30 м 3—5 минут. Отмечались случаи продолжительности апноэ до 6 минут, а в одном случае — 9 минут!

А вот официальные рекорды спортсменов. В 2001 году чех Мартин Степанек установил высшее мировое достижение по длительности пребывания под водой —8 минут 6 секунд. Жительница Канады Мэнди-Ре Кру-шанк в 2002 году сумела задержать дыхание на 6 минут 16 секунд и также стала обладательницей мирового рекорда.

В нашей стране соревнования на продолжительность нахождения под водой запрещены с 1934 года и рекорды не фиксируются. Однако, по данным агентства ПАРИ, неофициальный рекорд страны на сегодняшний день принадлежит Валерию Лавриненко из Донецка. Он равен 9 минутам и установлен в 1991 году. Неофициальный рекорд Санкт-Петербурга установил в 2001 году Александр Записецкий — 6 минут 18 секунд.

Предварительное дыхание чистым кислородом, как оказалось, может еще больше увеличить время задержки дыхания. Мировой рекорд пребывания под водой без технических средств на глубине 5,06 м равен 13 минутам 42,5 секунды. Его установил в марте 1959 года 32-летний Роберт Фостер, техник по электронике из Ричмонда (США, Калифорния), в бассейне мотеля «Бермуда Палме» в Сан-Рафаэле. До установления его Фостер 30 минут дышал кислородом.

Поражают воображение наблюдения американского физиолога Е. Шнейдера, который зарегистрировал в 1930 году у двух летчиков после предварительного дыхания кислородом еще более длительные задержки дыхания — 14 минут 2 секунды и 15 минут 13 секунд.

Новому рекордсмену мира по задержке дыхания в воде 35 лет. По национальности он - немец. Новый рекорд состоит из четырех «2». Том Ситас задержал дыхание на 22 минуты 22 секунды! Предыдущий рекорд, равный 20.21 минуте, принадлежал бразильцу Рикардо Бахье.

Уникумы

А теперь перейдем к феноменальным, пока не поддающимся объяснению случаям длительной произвольной задержки дыхания.

В 1990 году В. М. Забелин в возрасте 70 лет в НИИ физиологии Ленинградского государственного университета в присутствии группы исследователей задержал дыхание на 22 минуты. Следует заметить, что его рекордное время апноэ составляет 40 минут! Убедительного объяснения данному феномену специалисты пока не нашли.

В 1991 году, по сообщению печати, 70-летний индийский садху Равиндра Мишра шесть суток пребывал в состоянии медитации на дне озера, задержав дыхание. Йог проделал это в присутствии нескольких сотен наблюдателей и группы ученых. После завершения своего ошеломляющего деяния Равиндра Мишра всплыл на поверхность в добром здравии и уме.

Садху — термин, которым в индуизме и индийской культуре называют аскетов, святых и йогинов, более не стремящихся к осуществлению трёх целей жизни индуизма: камы (чувственных наслаждений), артхи (материального развития) и даже дхармы (долга). Садху полностью посвящает себя достижению мокши (освобождения) через посредство медитации и познания Бога. Садху часто носят одежды цвета охры, которые символизируют отречение.

— Это просто чудо, — сказал представителям прессы в Рева (Индия) очевидец события Сесхагири Бхатт, который в числе четырехсот человек провел на берегу озера более шести суток. — Наш мастер доказал, что является святым. У меня высшее образование, я биолог и знаю, что человек способен прожить без воздуха лишь несколько минут. Гуру сделал невозможное.

Сам Равиндра Мишра заявил репортерам, что сделал это с помощью и в честь индийской богини Кали:

— Она дала мне силу выдержки. Это только Ее заслуга.

Скептики, как и положено, сомневались и приводили доводы, что йог мог незаметно всплыть к поверхности, чтобы глотнуть свежего воздуха, или дышал через трубку. Однако все эти предположения категорически отверг ученый, психолог и врач из университета в Калькутте доктор Ракош Кафади, который вместе с двумя своими сотрудниками вел постоянное наблюдение за садху с помощью специального прибора.

Доктор Кафади сообщил, что Равиндра Мишра находился под водой 144 часа 16 минут 22 секунды. Все это время йог сидел на дне озера на глубине 19 м в позе лотоса, удерживаемый на грунте свинцовым бадластом.

По мнению исследователей, мастер с помощью йоги-ческих практик сократил до минимума в этот момент жизнедеятельность всех функций своего организма. Таким образом, от дефицита кислорода не был поврежден ни один орган, хотя спустя несколько суток энцефалограф зарегистрировал некоторые необычные изменения функции головного мозга.

— Это не является патологическим нарушением, — заметил доктор Кафади, — скорее это эффект глубокой медитации, который современная наука до настоящего времени не объяснила.

Как известно, некоторые индусские йоги позволяли закапывать себя живьем в землю на несколько дней и оставались живы. Между тем сквозь слой грунта к «живому мертвецу» все-таки проникает какое-то минимальное количество кислорода, которое может быть достаточным для организма, погруженного в своеобразную летаргию. Однако 19-метровый слой воды абсолютно не допускал кислород к человеку. Можно ли объяснить, каким образом Равиндра Мишра оставался живым?

Пока современная наука не может дать ответ на этот вопрос и ограничивается разнообразными гипотезами.

Известен случай, когда филиппинский рыбак из городка Ампари на острове Лусон Хорхе Пакино в 1991 году осуществил феноменальное погружение.

Когда филиппинские газеты сообщили о рекорде, американская ассоциация ныряльщиков выразила письменное недоверие. Еще бы! На глубине 60 м человек пробыл под водой без акваланга 1 час и 2 минуты. Тогда американцев пригласили своими глазами убедиться в правдивости факта. Они прилетели с телекамерой и подводным освещением.

Пакино нырнул и побил предыдущий рекорд на 3 минуты. Наблюдавшие американцы за это время дважды выбирались на поверхность, чтобы сменить баллоны с воздухом. Рыбак потребовал у них копию видеопленки, зафиксировавшей его успех. Тем пришлось подарить.

Врачи-физиологи пока не разгадали загадки филиппинского ихтиандра. По их заключению, Пакино, имеющий рост 165 см и широкую грудную клетку, ничем не отличается от обычного здорового мужчины.

Хотя физиологические механизмы устойчивости человека к длительному произвольному апноэ пока во многом не познаны, в скором времени исследователи их непременно раскроют. Знание этих механизмов крайне необходимо — они помогут выжить в экстремальной ситуации, противостоять отдельным болезням, а в ряде случаев сделать жизнь людей наиболее активной и полноценной.

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.