Ar žmonės galėtų kvėpuoti skysčiu?

Vandens gelmė ir natūralus žmogaus kūnas be nardymo įrangos – lyg ir nesuderinami dalykai. Bet jei egzistuotų būdas pašalinti cheminius Homo sapiens kūno apribojimus, ar tai reikštų, kad žmogus galėtų nardyti giliai be jokių skausmingų surietimų ir plaučių dekompresijos? Regis, toks būdas egzistuoja. "Gizmodo.com" išsiaiškino, kaip tai būtų įmanoma padaryti neatimant naro gyvybės.

Gelmių pavojai

Rekomenduojama absoliuti riba pramoginiu nardymu užsiiminėjantiems nardymo su naro kostiumais mėgėjams – 40 metrų. Techniškai sudėtingi nėrimai kvėpuojant "Trimix" dujomis (deguonies, helio ir azoto mišinys) siekia apie 100 metrų. Net ir tada reikia pasipratinti prie tokios gelmės apie 5 min., priešingu atveju gali ištikti surietimo priepuoliai (azotas didžiuliame vandens gelmės slėgyje susigeria į kūno audinius, kylant aukštyn įšvirkščiamas tiesiai į kraują, o tada gresia mirtis nuo smegenų kraujagyslių užsikišimo).

Įdomu tai, kad kai kūnas pasiekia audinių prisotinimo azotu limitą, tampa nebesvarbu, kiek laiko liksite po vandeniu – valandą ar mėnesį. Toks metodas vadinamas "prisotintuoju nardymu" (angl. – "saturation dive"). Būtent taip nardydami nuskendusio povandeninio laivo "Kursk" gelbėtojai 90 metrų gylyje (kur slėgis 10 kartų didesnis nei atmosferos slėgis jūros paviršiuje) išbūdavo daugybę valandų.

Skystas oras

1989 m. fantastiniame filme "Gelmė" ("The Abyss") personažas Edas Harisas (Ed Harris), mėgindamas pasinerti į Marianų įdubą, apsivilko skysčiu užpildytą nardymo kostiumą. Jis mėgino kvėpuoti skysta substancija – kad supantis slėgis nesusprogdintų jo plaučių. 

Pasirodo, toji scena yra gerokai artimesnė tikrovei ir mokslui nei fantastikai.

Skystis, kuriuo užpildomas naro šalmas, yra perfluorovandenilis (angl. – perfluorocarbon, PFC) – sintetinis fluoruoto angliavandenilio skystis: švarus, bekvapis, chemiškai iš biologiškai inertiškas (nereaktyvus), jam būdingas mažas paviršiaus įtempimas ir didelės O2/CO2 molekulių pernešimo galimybės. PFC atlaiko triskart tiek deguonies ir keturiskart tiek anglies dvideginio nei atlaikytų žmogaus kraujas. Tačiau PFC veikia ir kaip labai efektyvus šilumos paskirstymo komutatorius. Todėl PFC idealiai tinka kvėpavimui skysčiu.

Rimti kvėpavimo skysčiu ir PFC tyrimai (kai žmogus kvėpuoja ne oru, o deguonies prisotintu skysčiu) pradėti po Pirmojo pasaulinio karo, kai nuodingų dujų įkvėpimo procesus tyrinėję mokslininkai testų objektų (šiuo atveju šunų) plaučius pripildydavo druskų tirpalais. PFC buvo išrastas XX a. penkto dešimtmečio pradžioje, Manheteno projekto programoje. Skystis familiariai buvo vadinamas "Džo mikstūra" ("Joe's stuff").

Tačiau rimtai eksperimentuoti su PFC pradėta tik septintajame XX a. dešimtmetyje. Buvo pats Šaltojo karo pikas, ir JAV karinėms pajėgoms reikėjo priemonės, kuria naudodamosi nuskendusių povandeninių laivų įgulos galėtų išsigelbėti.

1962 m. dr. Johanas Kylstra (Dr. Johannes A. Kylstra) su savo kolegomis iš Djuko universiteto pademonstravo, kad pelė gali kvėpuoti deguonies prisotintu druskos tirpalu esant 160 atmosferų slėgiui (atitikmuo – 1,6 km gylis, panėrus į jūrą). Tiesa, bandomosios pelės po kelių minučių mirdavo dėl kvėpavimo takų acidozės (apsinuodijimo anglies dvideginiu). Metodas buvo toli gražu ne tobulas, bet bylojo, kad iš principo tai yra įmanoma ir įgyvendinama.

Eksperimentinius tyrimus tęsė Lelandas Klarkas Jaunesnysis (Leland C. Clark, Jr.) ir Frankas Golanas (Frank Gollan). Šie mokslininkai pademonstravo, kad pelės gali kvėpuoti PFC normaliomis atmosferinėmis sąlygomis, žiurkės PFC kvėpuodavo po vandeniu iki 20 valandų, o katės – ištisas savaites. Savo tyrimuose jie vietoj PFC naudojo ir siloksano aliejus (angl. – silicone oils), bet paaiškėjo, kad pastarieji žinduoliams yra nuodingi (tiesa, tik po to, kai vėl pradedama kvėpuoti normaliu oru). PFC šiuo metu yra vienintelis kvėpavimui tinkantis skystis.

1989 m. Filadelfijoje prasidėjo eksperimentai su žmonėmis. Keletui dėl rimtų kvėpavimo sutrikimų arti mirties atsidūrusių naujagimių buvo paskirtas kvėpavimas skysčiu – visiškai užpildant plaučius PFC. Rezultatų sulaukta teigiamų: plaučiai atsistatydavo, vykdavo dujų apykaita. Atrodė, kad metodas veikia.

Jei vaisiaus vystymasis normalus, jo plaučiai įsčiose yra pripildyti amniotinių skysčių, o vaisiui gimus paviršiaus aktyviosios cheminės medžiagos apsaugo plaučius nuo susitraukimo. Neišnešiotų kūdikių organizmuose tokių cheminių medžiagų būna nepakankamai, kad plaučiai nesusitrauktų, tad gimę tokie naujagimiai kvėpuoti gali labai sunkiai.

Filadelfijos tyrimais buvo siekiama įsitikinti, ar kvėpavimas skysčiu galėtų tiksliai atkurti sąlygas įsčiose ir užkirsti kelią plaučių kolapsui. Nors, deja, išgelbėti gyvybių nepavykdavo, plaučių veiklos pagerėjimas būdavo stebimas net ir tada, kai iš jų būdavo pašalinamas skystis. Tai bylojo, kad kvėpavimas skysčiu yra potencialus terapijos metodas neišnešiotiems kūdikiams.

Lemiama kliūtis

Nepaisant dalinės Filadelfijos eksperimentų sėkmės, visiškas kvėpavimas skysčiu (VKS) tebėra eksperimentinėje stadijoje. Kad būtų galima tiksliai ir saugiai kontroliuoti PFC kiekius juo užpildant ir ištuštinant paciento plaučius, VKS sistemoms reikia membraninio deguonies šaltinio, šildytuvo ir siurbliukų įrangos, kad PFC būtų išnešiotas po organizmą. Kol kas tokių sistemų nėra sukurta.

Tiesa, egzistuoja dalinio kvėpavimo skysčiu (DKS) sistema, kuri PFC skysčiu užpildo iki 40 proc. paciento plaučių – likusi dalis lieka užpildyta oru. Tai reiškia, kad DKS sistemos gali būti naudojamos. PFC padeda iš alveolių pašalinti nešvarumus, atverti užsikimšusius kvėpavimo takus, transportuoti deguonį giliau į plaučius, tuo pat metu apsaugant juos nuo kolapso ir minimalizuojant antrinius pažeidimus.

Tačiau priežasčių, kurios galiausiai nudaigodavo J. Kylstros peles, eliminuoti kol kas dar nėra pavykę. Didelis PFC tirštumas neleidžia jam plaučiuose cirkuliuoti pakankamai efektyviai, kad iš jų būtų pašalintas anglies dvideginis ir būtų išvengta kvėpavimo takų acidozės. Kad būtų atkartotas ramybės būklės medžiagų apykaitos ciklas, per minutę tektų ventiluoti apie 5 litrus PFC skysčio. Normalios veiklos būklės sąlygomis skysčio reikėtų 10 litrų per minutę, o žmogaus plaučiai tokiai užduočiai paprasčiausiai per silpni.