Может ли толща воды раздавить человека
Мировой океан очень плохо изучен. Все дело в сложности погружения. На сегодняшний день человек не может долго оставаться на дне, а если с ним что-то происходит, он не может быстро вернуться на поверхность из-за кессонной болезни.
Станет ли водолаз похожим на блинчик, если опустится слишком глубоко?
Атмосфера Земли давит на нас постоянно. Но мы не замечаем, как сильно давит воздух, потому что люди эволюционировали так, чтобы внутреннее давление соответствует внешнему. Если вы поднимаетесь на гору, вы можете заметить шум в ушах, он появляется, когда меняется баланс между внутренним и внешним давлением. Под водой изменение давления происходит гораздо быстрее.
С одной стороны, в человеческом теле очень много воды. По сути, каждая клетка — это мини аквариум. Однако если вода в организме может выровнять свое давление с окружающей вас водой, то воздух внутри нашего тела сделать этого не сможет.
Огромное гидростатическое давление может спокойно согнуть и сломать ребра, а после этого легко сжать ваши легкие. Из-за разницы в давлении, человеку также становится сложно вдохнуть, поэтому при погружении водолазы используют специальные смеси с давлением равным окружающей среде.
Врач назвал основные проблемы, с которыми могут столкнуться на глубине участники экспедиции к «Титанику»
Кессонная болезнь – только одна из них
Мир следит за поиском пропавшего в Северной Атлантике подводного аппарата, спускавшегося к месту гибели «Титаника». Что происходит с организмом человека при погружении на большую глубину? В каких случаях развивается кессонная болезнь, а когда ее можно избежать? На какую глубину можно погрузиться в батискафе без проблем со здоровьем? На эти и другие вопросы обозревателю «МК» ответил врач спортивной медицины, член Международной ассоциации спортивных наук Леонид Алексеевич Остапенко.
– Леонид Алексеевич, при каких условиях у человека, находящегося под водой, развивается кессонная болезнь?
– Кессонная болезнь возникает, когда человек, спустившийся на большую глубину в подводном аппарате, начинает слишком быстро подниматься. По мере поднятия меняются глубина и давление, в результате в крови образуется избыток азота. И кровь как бы «закипает» – это, конечно, условное понятие, просто она переполняется пузырьками азота, что чревато разрывами сосудов и обильными кровотечениями. Но такое бывает только при резком поднятии с глубины. Если превысить скорость (есть определенные нормативы скорости подъема из подводного состояния), то развиваются перечисленные симптомы. Но у опытных подводников ничего подобного не происходит, потому что они выходят с глубины медленно или производят ступенчатый подъем: то есть вы поднимаетесь на определенную высоту и стоите несколько минут, и так далее. Это не касается бытовых погружений, когда люди ныряют в маске и ластах, – речь только о погружениях на большую глубину.
– Какие проблемы со здоровьем могут появиться у людей, которые находятся сегодня в батискафе?
– Если их найдут вовремя, ничего страшного с ними не произойдет: их поднимут по всем правилам. Но если не найдут, им грозит элементарная потеря кислорода в замкнутом пространстве и, естественно, гибель. Тут только два варианта. Если у батискафа нет возможности всплыть самостоятельно или они погрузились на такую глубину по независящим от них причинам, то со дна связь возможна только буйками – по ним передают сигналы тревоги. Но если длина троса буйка недостаточна, чтобы он выплыл на поверхность, найти их будет затруднительно.
– Создание условий погружения ведь используется в медицине?
– Это используется, когда нужно каким-то образом проверить устойчивость конкретного человека к кислородному голоданию или повышенному давлению. Да, существуют специальные барокамеры, которые создают искусственные условия погружения. Но это технологии не совсем открытые, не для всех подряд. Для проведения таких методик нужны показания или строгие медицинские предписания, потому как подобного рода эксперименты не безболезненны.
– В последние годы стали популярны барокамеры, которые предлагают различные процедуры для реабилитации, борьбы со стрессом, даже восстановления после перенесенного коронавируса. Это помогает?
– Я не уверен, что это не шарлатанство. Сегодня масса частных клиник занимается вымогательством денег. Я не разделяю оптимизма по поводу эффективности таких методов в целях оздоровления, пока не появятся результаты надежных клинических исследований. А их нет.
– Гипербарическая оксигенация – это создание положительного давления: при повышении давления в крови повышается и количество кислорода в ней. Такая процедура тренирует кислород-транспортную систему, во время ее проведения увеличивается количество красных кровяных телец. И в целом улучшается кислородный обмен в клетках. Но опять же: это проводится строго по показаниям. Никакого омолаживающего эффекта такая процедура не несет. Есть и обратная процедура – воссоздание отрицательного давления, как это происходит, например, во время подъема в условиях высокогорья. В результате в организме увеличивается количество красных кровяных телец, а они являются переносчиками кислорода с гемовым железом.
Но повторяю: и гипер-, и гипобарическая оксигенация используются строго по показаниям в большом спорте, если требуется хорошая транспортировка кислорода: например, при подготовке к бегу на дальние дистанции, дальним заплывам, интенсивным заездам на велосипедах. Вполне возможно, что такая процедура показана тем, у кого пониженный гемоглобин в крови. Но шарлатаны предлагают их всем подряд, что может быть либо бесполезно, либо опасно. Хорошенько думайте, прежде чем экспериментировать со здоровьем!
Каждый пятый, наверное, читал роман Беляева «Человек-амфибия», и, скорее всего, каждый третий смотрел фильм Бессона «Голубая бездна». Все это о «людях-рыбах». А одна из таких «рыбин» недавно попалась в ловкие сети корреспондента «МК». Уверен, что у вас она тоже вызовет интерес. И особенно — ее образ жизни. Догадываетесь, о чем я говорю? Об одном из самых опасных занятий — глубоководном погружении без снаряжения. С одной лишь задержкой дыхания! Опускаемся в морские толщи: на 10 метрах и выше — вода вас выталкивает, на 20 метрах — вы начинаете падать вниз, словно тяжелый якорь, на 50 — так себе, ученический уровень, 80 метров — ого, уже круто, ну а 125 метров достижимы только ведущим фридайверам мира. Один из них — Алексей Молчанов, поставивший этим летом новый мировой рекорд в дисциплине погружения в ластах. Этот парень (ему всего 25) с 10-литровыми легкими практикует один из древнейших видов плавания. Для него не составляет труда оставаться «бездыханным» целых 8 минут и 31 секунду (хотя формальный рекорд был поставлен на поверхности бассейна датчанином Стигом Северинсеном — 22 минуты ровно).
В начале самых начал смельчаки ныряли за едой, ловили рыбу, добывали губку, искали жемчуг. Ныряние с задержкой дыхания (апноэ) применялось и в военных вылазках — у вражеских кораблей отсоединяли якоря. Все это было до тех пор, пока в середине ХХ века Кусто не изобрел акваланг. До нас не дошло сведений о возможностях древних фридайверов. Сохранилась лишь легендарная история грека по имени Хагис Стати. Местные передавали вести о том, что, дескать, этот ныряльщик за губками погружался на 70–100 метров и у него не было ушных перепонок (их он потерял при ныряниях). Не был он атлетом, был худым и страдал от последствий декомпрессионного заболевания. (Ведь любого ныряльщика на 40 метрах «ждут» 5 атмосфер давления, а на 100 метрах он встречает сопротивление в 11 атмосфер. Для сравнения: в обычной жизни на нас давит всего 1 атмосфера.)
Перед человеком, раньше никогда не нырявшим, встает множество ограничений при глубинном нырянии, объяснил «МК» Алексей Молчанов. Поначалу почти невозможно продуться — из-за разности давления начинают болезненно втягиваться перепонки и болеть уши. А если не продуваться вовсе, то вода попадает в среднее ухо и может начаться головокружение, вследствие чего человек начинает терять ориентацию. «Когда ныряешь в теплом месте, то это еще не так страшно, но если кто-то ныряет в „темном“ водоеме, то видимость заметно снижена, что чревато опасной дезориентацией: становится непонятно, куда всплывать на поверхность», — говорит Алексей. Поэтому фридайверы, как правило, опускаются в глубины вдоль направляющего троса.
У Алексея Молчанова не было еще ни одной баротравмы, связанной с ушами, хотя даже у легендарной чемпионки мира по фридайвингу Натальи Молчановой (его мамы) их было несколько. Он считает, что это связано с его изначально хорошей способностью к продуванию и с ранними навыками ныряния. Что характерно, травмы у Натальи возникали не под водой, а после отита, который часто случается у фридайверов.
Алексей делится самым простым способом продувания (под названием «вальсальва»): зажимаешь нос рукой и делаешь в него выдох. Вследствие чего и выравнивается внутреннее давление относительно внешнего. Кстати, при погружении на 30–40 метров легкие и диафрагма втянуты настолько, что любой человек сделать выдох уже просто не способен. Если у человека объем легких 6 литров, то при погружении этот объем сжимается вдвое. Обычно это бывает на глубине 35 метров.
Если нырять с маской и без зажима, тогда придется зажимать нос рукой, но встречаются уникумы, способные продуваться без рук. Сам процесс погружения можно разбить на три зоны. Первая — это положительная плавучесть, за ней следует нейтральная и сразу отрицательная, способная вызвать некоторую оторопь. Она начинается примерно на 25 метрах. После этой отметки вы начинаете ощущать отрицательную плавучесть — человек падает «на дно» безо всяких усилий. «В зоне отрицательной плавучести ты начинаешь падать вниз с довольно приличной скоростью», — говорит Алексей Молчанов.
Алексей Молчанов — рекордсмен мира по нырянию с ластами.
У любого человека очень много всяких ограничителей. Чтобы нырнуть очень глубоко, к этому нужно идти очень много лет. Когда сам Алексей был маленьким, то мог нырять без акваланга на глубину 15 метров. Самый обыкновенный новичок способен нырнуть на 20–30 метров максимум — в силу ряда психофизиологических ограничений. Спортивным фридайвингом заниматься можно только с 18 лет, считает Молчанов. Детям это делать все-таки нежелательно, поскольку у них отсутствует полноценный контроль над собой. «У детей может запросто включиться „неправильная“ мотивация, — говорит Алексей, — когда они начинают свои игры на спор, что во фридайвинге категорически не рекомендуется. Дети в порывах самоутверждения могут вознамериться достичь 50 или даже 100 метров, чего сделать им, скорее всего, не удастся, они элементарно потеряют сознание», — предупреждает мастер фридайвинга.
Блэкаут — самое страшное слово в словарном запасе фридайверов. Блэкаут, то есть отключение сознания, происходит на последних метрах при всплытии с глубин. Самые рисковые блэкауты, которые бывали при всплытии, происходили на глубине не ниже 30 метров. «Опасность его в том, что он часто наступает незаметно, — объясняет Алексей Молчанов. — Если человек сосредоточен на цели и у него отключено внимание от собственных телесных ощущений, он может за это поплатиться. Ну а если ты расслаблен, то вполне можешь почуять неладное». По каким признакам его узнать? «Начинает покалывать в конечностях. Наступает напряжение. Возникает „туннельное зрение“ — ваш взгляд становится как бы суженным». «Бывают под водой и галлюцинации, и видения, и гипоксические сны. Кто-то начинает видеть под водой пингвинов, кому-то грезится журнал „Playboy“ на дне египетского Блю-Холла, — вспоминает Алексей байки коллег-фридайверов. — Могут начаться отвлеченные размышления, которые зачастую предвещают потерю сознания».
Теперь вы понимаете, почему никогда нельзя нырять в одиночку? «Должно быть взаимодействие людей, притом знающих правила безопасности во фридайвинге», — говорит наш эксперт.
Кажется парадоксальным, но погружение с аквалангом в какой-то мере более опасное занятие, нежели экстремальный фридайвинг. Во время дыхания под водой в крови растворяется очень много азота, что и приводит к разным неприятностям, таким как закипание крови. Фридайверы могут всплывать с любой скоростью, в то время как обычный дайвер позволить себе этого не может и вынужден всплывать медленно. Иначе из-за азота может случиться паралич или блокироваться кровоснабжение какого-то участка мозга. Для сравнения. На 100-метровое погружение (вместе со всплытием) Алексей Молчанов тратит всего 4 минуты (при падении вниз развивается скорость больше метра в секунду)! Дайвер же с аквалангом должен провести под водой при аналогичном погружении целых два часа. У фридайверов опасность пережить декомпрессионное заболевание, как это ни странно, значительно ниже.
Такое кольцо выдувает сам фридайвер, успевая сквозь него проплыть.
Что делать, если вдруг потерялся в голубой бездне? «Чаще всего не трудно отличить донные глубины от просвечивающейся солнцем поверхности, — говорит Алексей Молчанов. — На глубине 125 метров в Красном море, например, поверхность вполне различима и выплыть возможно даже без направляющего троса. Но, предположим, в Белом море такой трюк у вас не выйдет — там темно, и заплутать можно в два счета». Конечно, можно выдохнуть чуть-чуть воздуха и увидеть, куда всплывают пузыри, однако казус весь в том, что на глубине 100 метров сделать этого нельзя: выдохнуть вы неспособны. Даже никакой вещицы уже не отпустишь, чтобы посмотреть, куда всплывать — они будут безнадежно погружаться вниз в силу отрицательной плавучести. Кажется, что выхода практически никакого. И вот «чтобы такого не случилось, — советует Алексей, — следует пользоваться качественным страхующим „лайнером“, соединенным с направляющим тросом».
Недавно был случай, вспоминает Алексей Молчанов, когда один из фридайверов случайно потерял страхующий «лайнер» из-за плохой липучки и отплыл от троса (вдоль которого ныряют фридайверы). «Он нырял с закрытыми глазами и на приличной глубине вдруг понял, что страховка утеряна, а у него ничего нет — даже ласт! Его спасло то, что он очень хорошо умеет нырять без ласт. А ведь на глубину 100 метров ныряет без ласт всего один человек в мире — это австралиец Уильям Трубридж, у которого рекорд 101 метр. Хорошо, что заблудившийся не запаниковал и, всплывая, на глубине 60 метров увидел страховочную веревку и стал подниматься вдоль нее. Лишь наверху он осознал, что это был не его трос, а веревка другого спортсмена — женщины из Англии, которая в тот же самый момент готовилась к рекордному погружению. Представьте себе ее лицо, когда вдруг перед ней внезапно возник этот человек. Судьи, конечно же, схватились за головы, а бедная женщина от шока даже отменила свой перспективный нырок».
На глубинах, как вы сами можете догадаться, не так уж одиноко. На 60 метрах вас ждут почти метровые тунцы — весьма любознательные рыбины, которые своим любопытством могут вас изрядно напугать. Вокруг вас начинает плавать целый косяк тунцов, пытающихся разобраться, насколько вы принадлежите местному подводному миру. «Со мной был однажды случай в Шарм-эль-Шейхе, когда меня акула толкнула под зад носом, — вспоминает Алексей. — Хотя обычно они агрессии к людям не проявляют». На Багамах, например, можно встретить больших рыб, напоминающих собой деревенских коров. Когда ты погружаешься в излюбленном фридайверами Блю-Холле в Египте, то уже на 20 метрах внезапное появление рыб-гигантов может вас немало напугать».
Без троса в море делать нечего.
Во фридайвинге физическая форма не так важна, как в других видах спорта. Достаточно хорошей сердечно-сосудистой системы и здоровых легких. «Лично я помимо занятий фридайвингом плаваю, бегаю и делаю упражнения — отжимания, подтягивания, приседания», — делится с «МК» секретом своих подводных успехов Алексей. Для фридайвинга необходима эластичная и сильная диафрагма. Очень важна растяжка, в чем могут помочь занятия йогой. Основные вещи, которые больше всего ценят фридайверы: первое — самоконтроль. Второе — умение расслабляться во время нырка. Третье — это эффективная и оптимальная техника. Чем хуже техника, тем выше расход кислорода. Наконец, четвертое — тактика, которая особенно важна на больших глубинах.
Кстати, после ныряния на глубину больше 100 метров требуется не так уж и много времени на восстановление. «Ты подышал, покушал и уже хорошо чувствуешь себя. Хотя ощущение утомления может пройти только на следующий день».
Самая опасная, экстремальная и наиболее технически сложная из всех дисциплин во фридайвинге (по ней не проводится соревнований!) называется «Апноэ без ограничений» (No limits apnoe). По этой дисциплине ныряет сегодня не более пяти человек в мире. Среди женщин рекорд удерживает американка Таня Стритер с ее 160 метрами, а среди мужчин — австриец Герберт Ницш (214 метров). Среди «силачей» фридайвинга есть и экспериментаторы. Например, немец Бенджамин Франц любил ставить безумные опыты. Ныряя, он не пил воду во имя эксперимента, а во фридайвинге очень важно быть хорошо гидрированным, то есть пить очень много воды. Этот немец нырял без воды на глубину до сотни метров и, что самое рисковое, — по три раза подряд. Как результат — паралич, Франц провел в инвалидной коляске несколько лет. Сегодня любит эксперименты и австриец Герберт Ницш, который может резко увеличивать глубину, чего делать нежелательно.
Любопытно, но если вспомнить биографию прославленной Натальи Молчановой, которая увлеклась фридайвингом, прочитав статью в одном журнале, то успехов во фридайвинге можно достичь всего за каких-то 9 лет, причем в 40—50-летнем возрасте. Между прочим, сегодня Наталья — многократный чемпион мира. Хотя немаловажно, что изначально у нее была профессиональная подготовка пловца.
Любимые места для фридайверских игрищ. Блю-Хоул в Дахабе (где можно выплыть на глубине 60 метров сразу в открытое море), Таур-Бэй в Шарм-эль-Шейхе, городок Каламата в Греция, Блю-Хоул на Багамах (200 метров), Черное море, высокогорное Голубое озеро в Кабардино-Балкарии (глубина 280 метров с очень чистой водой), Белое море, Владивосток. А одни из самых лучших мест для фридайвинга находятся в Мексика.
Дышите глубже: человек спускается на глубину, недоступную атомным подводным лодкам.
Мы живем на планете воды, но земные океаны знаем хуже, чем некоторые космические тела. Больше половины поверхности Марса артографировано с разрешением около 20 м — и только 10−15% океанского дна изучены при разрешении хотя бы 100 м. На Луне побывало 12 человек, на дне Марианской впадины — трое, и все они не смели и носа высунуть из сверхпрочных батискафов.
Погружаемся
Водолазов, спускающихся на сотни метров, уважительно зовут акванавтами, сравнивая их с покорителями космоса. Но бездна морей по-своему опаснее космического вакуума. Случись что, работающий на МКС экипаж сможет перейти в пристыкованный корабль и через несколько часов окажется на поверхности Земли. Водолазам этот путь закрыт: чтобы эвакуироваться с глубины, могут потребоваться недели. И срок этот не сократить ни при каких обстоятельствах.
Клетки не противостоят водному столбу, как твердые корпуса субмарин, они компенсируют внешнее давление внутренним. Недаром обитатели «черных курильщиков», включая круглых червей и креветок, прекрасно себя чувствуют на многокилометровой глубине океанского дна. Некоторые виды бактерий неплохо переносят даже тысячи атмосфер. Человек здесь не исключение — с той лишь разницей, что ему нужен воздух.
Под поверхностью
Кислород Дыхательные трубки из тростника были известны еще могиканам Фенимора Купера. Сегодня на смену полым стеблям растений пришли трубки из пластика, «анатомической формы» и с удобными загубниками. Однако эффективности им это не прибавило: мешают законы физики и биологии.
Уже на метровой глубине давление на грудную клетку поднимается до 1,1 атм — к самому воздуху прибавляется 0,1 атм водного столба. Дыхание здесь требует заметного усилия межреберных мышц, и справиться с этим могут только тренированные атлеты. При этом даже их сил хватит ненадолго и максимум на 4−5 м глубины, а новичкам тяжело дается дыхание и на полуметре. Вдобавок чем длиннее трубка, тем больше воздуха содержится в ней самой. «Рабочий» дыхательный объем легких составляет в среднем 500 мл, и после каждого выдоха часть отработанного воздуха остается в трубке. Каждый вдох приносит все меньше кислорода и все больше углекислого газа.
Чтобы доставлять свежий воздух, требуется принудительная вентиляция. Нагнетая газ под повышенным давлением, можно облегчить работу мускулам грудной клетки. Такой подход применяется уже не одно столетие. Ручные насосы известны водолазам с XVII века, а в середине XIX века английские строители, возводившие подводные фундаменты для опор мостов, уже подолгу трудились в атмосфере сжатого воздуха. Для работ использовались толстостенные, открытые снизу подводные камеры, в которых поддерживали высокое давление. То есть кессоны.
Глубже 10 м
Азот Во время работы в самих кессонах никаких проблем не возникало. Но вот при возвращении на поверхность у строителей часто развивались симптомы, которые французские физиологи Поль и Ваттель описали в 1854 году как On ne paie qu’en sortant — «расплата на выходе». Это мог быть сильный зуд кожи или головокружение, боли в суставах и мышцах. В самых тяжелых случаях развивались параличи, наступала потеря сознания, а затем и гибель.
Чтобы отправиться на глубину без каких-либо сложностей, связанных с экстремальным давлением, можно использовать сверхпрочные скафандры. Это чрезвычайно сложные системы, выдерживающие погружение на сотни метров и сохраняющие внутри комфортное давление в 1 атм. Правда, они весьма дороги: например, цена недавно представленного скафандра канадской фирмы Nuytco Research Ltd. EXOSUIT составляет около миллиона долларов.
Проблема в том, что количество растворенного в жидкости газа прямо зависит от давления над ней. Это касается и воздуха, который содержит около 21% кислорода и 78% азота (прочими газами — углекислым, неоном, гелием, метаном, водородом и т. д. — можно пренебречь: их содержание не превышает 1%). Если кислород быстро усваивается, то азот просто насыщает кровь и другие ткани: при повышении давления на 1 атм в организме растворяется дополнительно около 1 л азота.
При быстром снижении давления избыток газа начинает выделяться бурно, иногда вспениваясь, как вскрытая бутылка шампанского. Появляющиеся пузырьки могут физически деформировать ткани, закупоривать сосуды и лишать их снабжения кровью, приводя к самым разнообразным и часто тяжелым симптомам. По счастью, физиологи разобрались с этим механизмом довольно быстро, и уже в 1890-х годах декомпрессионную болезнь удавалось предотвратить, применяя постепенное и осторожное снижение давления до нормы — так, чтобы азот выходил из организма постепенно, а кровь и другие жидкости не «закипали».
В начале ХХ века английский исследователь Джон Холдейн составил детальные таблицы с рекомендациями по оптимальным режимам спуска и подъема, компрессии и декомпрессии. Экспериментируя с животными, а затем и с людьми — в том числе с самим собой и своими близкими, — Холдейн выяснил, что максимальная безопасная глубина, не требующая декомпрессии, составляет около 10 м, а при длительном погружении — и того меньше. Возвращение с глубины должно производиться поэтапно и не спеша, чтобы дать азоту время высвободиться, зато спускаться лучше довольно быстро, сокращая время поступления избыточного газа в ткани организма. Людям открылись новые пределы глубины.
Глубже 40 м
Гелий Борьба с глубиной напоминает гонку вооружений. Найдя способ преодолеть очередное препятствие, люди делали еще несколько шагов — и встречали новую преграду. Так, следом за кессонной болезнью открылась напасть, которую дайверы почти любовно зовут «азотной белочкой». Дело в том, что в гипербарических условиях этот инертный газ начинает действовать не хуже крепкого алкоголя. В 1940-х опьяняющий эффект азота изучал другой Джон Холдейн, сын «того самого». Опасные эксперименты отца его ничуть не смущали, и он продолжил суровые опыты на себе и коллегах. «У одного из наших испытуемых произошел разрыв легкого, — фиксировал ученый в журнале, — но сейчас он поправляется».
Несмотря на все исследования, механизм азотного опьянения детально не установлен — впрочем, то же можно сказать и о действии обычного алкоголя. И тот и другой нарушают нормальную передачу сигналов в синапсах нервных клеток, а возможно, даже меняют проницаемость клеточных мембран, превращая ионообменные процессы на поверхностях нейронов в полный хаос. Внешне то и другое проявляется тоже схожим образом. Водолаз, «словивший азотную белочку», теряет контроль над собой. Он может впасть в панику и перерезать шланги или, наоборот, увлечься пересказом анекдотов стае веселых акул.
Наркотическим действием обладают и другие инертные газы, причем чем тяжелее их молекулы, тем меньшее давление требуется для того, чтобы этот эффект проявился. Например, ксенон анестезирует и при обычных условиях, а более легкий аргон — только при нескольких атмосферах. Впрочем, эти проявления глубоко индивидуальны, и некоторые люди, погружаясь, ощущают азотное опьянение намного раньше других.
Избавиться от анестезирующего действия азота можно, снизив его поступление в организм. Так работают дыхательные смеси нитроксы, содержащие увеличенную (иногда до 36%) долю кислорода и, соответственно, пониженное количество азота. Еще заманчивее было бы перейти на чистый кислород. Ведь это позволило бы вчетверо уменьшить объем дыхательных баллонов или вчетверо увеличить время работы с ними. Однако кислород — элемент активный, и при длительном вдыхании — токсичный, особенно под давлением.
Чистый кислород вызывает опьянение и эйфорию, ведет к повреждению мембран в клетках дыхательных путей. При этом нехватка свободного (восстановленного) гемоглобина затрудняет выведение углекислого газа, приводит к гиперкапнии и метаболическому ацидозу, запуская физиологические реакции гипоксии. Человек задыхается, несмотря на то что кислорода его организму вполне достаточно. Как установил тот же Холдейн-младший, уже при давлении в 7 атм дышать чистым кислородом можно не дольше нескольких минут, после чего начинаются нарушения дыхания, конвульсии — все то, что на дайверском сленге называется коротким словом «блэкаут».
Поэтому парциальное давление кислорода при дыхании на глубине поддерживается даже ниже обычного, а азот заменяют на безопасный и не вызывающий эйфории газ. Лучше других подошел бы легкий водород, если б не его взрывоопасность в смеси с кислородом. В итоге водород используется редко, а обычным заменителем азота в смеси стал второй по легкости газ, гелий. На его основе производят кислородно-гелиевые или кислородно-гелиево-азотные дыхательные смеси — гелиоксы и тримиксы.
Глубже 80 м
Сложные смеси Здесь стоит сказать, что компрессия и декомпрессия при давлениях в десятки и сотни атмосфер затягивается надолго. Настолько, что делает работу промышленных водолазов — например, при обслуживании морских нефтедобывающих платформ — малоэффективной. Время, проведенное на глубине, становится куда короче, чем долгие спуски и подъемы. Уже полчаса на 60 м выливаются в более чем часовую декомпрессию. После получаса на 160 м для возвращения понадобится больше 25 часов — а ведь водолазам приходится спускаться и ниже.
Поэтому уже несколько десятилетий для этих целей используют глубоководные барокамеры. Люди живут в них порой целыми неделями, работая посменно и совершая экскурсии наружу через шлюзовой отсек: давление дыхательной смеси в «жилище» поддерживается равным давлению водной среды вокруг. И хотя декомпрессия при подъеме со 100 м занимает около четырех суток, а с 300 м — больше недели, приличный срок работы на глубине делает эти потери времени вполне оправданными.
Методы длительного пребывания в среде с повышенным давлением прорабатывались с середины ХХ века. Большие гипербарические комплексы позволили создавать нужное давление в лабораторных условиях, и отважные испытатели того времени устанавливали один рекорд за другим, постепенно переходя и в море. В 1962 году Роберт Стенюи провел 26 часов на глубине 61 м, став первым акванавтом, а тремя годами позже шестеро французов, дыша тримиксом, прожили на глубине 100 м почти три недели.
Здесь начались новые проблемы, связанные с длительным пребыванием людей в изоляции и в изнурительно некомфортной обстановке. Из-за высокой теплопроводности гелия водолазы теряют тепло с каждым выдохом газовой смеси, и в их «доме» приходится поддерживать стабильно жаркую атмосферу — около 30 °C, а вода создает высокую влажность. Кроме того, низкая плотность гелия меняет тембр голоса, серьезно затрудняя общение. Но даже все эти трудности вместе взятые не поставили бы предел нашим приключениям в гипербарическом мире. Есть ограничения и поважнее.
Глубже 600 м
Предел В лабораторных экспериментах отдельные нейроны, растущие «в пробирке», плохо переносят экстремально высокое давление, демонстрируя беспорядочную гипервозбудимость. Похоже, что при этом заметно меняются свойства липидов клеточных мембран, так что противостоять этим эффектам невозможно. Результат можно наблюдать и в нервной системе человека под огромным давлением. Он начинает то и дело «отключаться», впадая в кратковременные периоды сна или ступора. Восприятие затрудняется, тело охватывает тремор, начинается паника: развивается нервный синдром высокого давления (НСВД), обусловленный самой физиологией нейронов.
Зачем дышать с закрытым носом
Помимо легких, в организме есть и другие полости, содержащие воздух. Но они сообщаются с окружающей средой очень тонкими каналами, и давление в них выравнивается далеко не моментально. Например, полости среднего уха соединяются с носоглоткой лишь узкой евстахиевой трубой, которая к тому же часто забивается слизью. Связанные с этим неудобства знакомы многим пассажирам самолетов, которым приходится, плотно закрыв нос и рот, резко выдохнуть, уравнивая давление уха и внешней среды. Водолазы тоже применяют такое «продувание», а при насморке стараются вовсе не погружаться.
Добавление к кислородно-гелиевой смеси небольших (до 9%) количеств азота позволяет несколько ослабить эти эффекты. Поэтому рекордные погружения на гелиоксе достигают планки 200−250 м, а на азотсодержащем тримиксе — около 450 м в открытом море и 600 м в компрессионной камере. Законодателями в этой области стали — и до сих пор остаются — французские акванавты. Чередование воздуха, сложных дыхательных смесей, хитрых режимов погружения и декомпрессии еще в 1970-х позволило водолазам преодолеть планку в 700 м глубины, а созданную учениками Жака Кусто компанию COMEX сделало мировым лидером в водолазном обслуживании морских нефтедобывающих платформ. Детали этих операций остаются военной и коммерческой тайной, поэтому исследователи других стран пытаются догнать французов, двигаясь своими путями.
Пытаясь опуститься глубже, советские физиологи изучали возможность замены гелия более тяжелыми газами, например неоном. Эксперименты по имитации погружения на 400 м в кислородно-неоновой атмосфере проводились в гипербарическом комплексе московского Института медико-биологических проблем (ИМБП) РАН и в секретном «подводном» НИИ-40 Министерства обороны, а также в НИИ Океанологии им. Ширшова. Однако тяжесть неона продемонстрировала свою обратную сторону.
Можно подсчитать, что уже при давлении 35 атм плотность кислородно-неоновой смеси равна плотности кислородно-гелиевой примерно при 150 атм. А дальше — больше: наши воздухоносные пути просто не приспособлены для «прокачивания» такой густой среды. Испытатели ИМБП сообщали, что, когда легкие и бронхи работают со столь плотной смесью, возникает странное и тяжелое ощущение, «будто ты не дышишь, а пьешь воздух». В бодрствующем состоянии опытные водолазы еще способны с этим справиться, но в периоды сна — а на такую глубину не добраться, не потратив долгие дни на спуск и подъем — они то и дело просыпаются от панического ощущения удушья. И хотя военным акванавтам из НИИ-40 удалось достичь 450-метровой планки и получить заслуженные медали Героев Советского Союза, принципиально это вопроса не решило.
Новые рекорды погружения еще могут быть поставлены, но мы, видимо, подобрались к последней границе. Невыносимая плотность дыхательной смеси, с одной стороны, и нервный синдром высоких давлений — с другой, видимо, ставят окончательный предел путешествиям человека под экстремальным давлением.
За помощь в подготовке статьи автор благодарит заведующего Отделом барофизиологии, баротерапии и водолазной медицины ИМБП РАН Владимира Комаревцева