Investigación "revolucionaria" de científicos rusos en el campo de la respiración líquida: el estado real de las cosas
Prehistoria
En diciembre del ahora lejano 2017, durante una visita a Rusia, al presidente serbio Aleksandr Vucic se le mostró un experimento en el que se sumergía un perro salchicha en un matraz especializado lleno de líquido respiratorio.
Este evento fue cubierto por los medios rusos así:
Parecería que el servicio de noticias es antiguo según los estándares modernos, ¿por qué tiene que volver a él ya en 2021?
El hecho es que la campaña publicitaria de entonces para los desarrollos de los científicos rusos tuvo su efecto. Como resultado, en los comentarios de mi último artículo Evaluación experta del equipamiento de los nadadores de combate rusos. aparecieron comentarios con el siguiente contenido:
En cuanto a las ventajas tecnológicas, la respiración líquida solo está disponible en la Federación de Rusia. Los globos brillantes se desvanecen junto a esto.
En este sentido, decidí destacar la situación real en esta dirección.
Relevancia del problema
Jacques Mayol nació en Shanghai en 1927.
Este hombre se destaca por el hecho de que mientras otros soñaban con volar, las fantasías de Jacques estaban dirigidas al mundo submarino. Además, se suponía que la conquista de las profundidades del mar se haría sin el uso de ningún medio técnico auxiliar, sin equipo y conteniendo la respiración.
Cuando una persona se sumerge en profundidad, la presión que actúa sobre el pecho aumenta en 1 atmósfera cada 10 metros y ya a una profundidad de 40 metros es de 5 atmósferas.
Los fisiólogos de esa época creían que una persona físicamente no podía sumergirse a más de 50 metros mientras contenía la respiración, ya que esto conduciría a la destrucción del pecho y lesiones incompatibles con la vida.
Sin embargo, Jacques Mayol se zambulló. Primero 50, luego 60 y luego 100 metros.
Examinó las razones por las que logró sobrevivir después de tales inmersiones. Y los fisiólogos fueron los primeros en descubrir nuevas funciones "indocumentadas" del cuerpo humano, como legado de nuestros antepasados submarinos. Resultó que el cuerpo de cada persona todavía "recuerda" algunos de los mecanismos adaptativos que le permiten adaptarse a la profundidad. Posteriormente, este mecanismo se denominó "desplazamiento de sangre".
El desplazamiento sanguíneo consiste en el flujo de sangre desde las regiones periféricas del cuerpo hacia las centrales, especialmente hacia los capilares de los alvéolos pulmonares. Así, la sangre inhibe la compresión de los pulmones bajo la alta presión del agua, lo que permite bucear a profundidades muy superiores a los 40 metros (límite teórico sin tener en cuenta el desplazamiento de sangre).
Este efecto permitió hacer un salto de 40 metros a 100 metros, y luego a 170 metros.
Este es exactamente el resultado (171 m, para ser precisos) que logró el francés Loic Leferm en la categoría "sin restricciones".
Un poco más adelante, aquí está Jacques Mayol en el programa de 1982 La vuelta al mundo. Sobre la cuestión de quién estaba involucrado en la investigación sobre la influencia de la presión en una persona viva.
Sin embargo, un mayor movimiento es imposible para una persona.
En algún momento, puede ocurrir la destrucción del tórax y / o el colapso (colapso) del pulmón, lo que sin duda conducirá a la muerte.
El uso de aparatos respiratorios resuelve el problema creando una presión dentro de los pulmones igual a la externa. Sin embargo, cuanto más profunda es, más gas se requiere.
Así, por ejemplo, un cilindro estándar de 12 litros lleno con 200 bar a una profundidad de 200 metros durará solo 6 minutos en un estado de calma, sin tener en cuenta el estrés y el esfuerzo físico.
Otro problema con la solución de gas es que el nitrógeno y el helio penetran en los tejidos, saturándolos bajo presión, lo que requiere descompresión. Su tiempo total para los buceadores que trabajan a grandes profundidades, en el formato de máxima saturación, es de una semana.
Fragmento del diagrama que muestra la descompresión a máxima saturación. Profundidad 180 metros. En la parte superior, la dimensión de la escala tiene el formato días: horas.
Arriba hay un ejemplo de un perfil de descompresión para una inmersión de 180 metros. Una vez más, señalaré que no estamos hablando de buceo de corta duración, sino de trabajar en profundidad en forma “rotacional”.
Por tanto, para el trabajo submarino de un equipo de varios buceadores, se trata de un buque de apoyo completo con sistemas de alto rendimiento para la preparación y almacenamiento de mezclas de gases.
Y, al parecer, el "invento de Rogozin" permite un gran avance en esta área. Y no hay competidores. Es decir, nos encontramos ante otro producto,
¿"Inigualable en el mundo"?
Sin embargo, no todo es tan simple.
Y otros países tienen razones bastante objetivas para la ausencia de tales decisiones.
Echemos un vistazo a las dificultades que se interponen en el camino de implementar esta tentadora idea.
Problema 1
La respiración es un proceso extremadamente complejo que incluye mecanismos complejos de respiración externa (cómo ocurre la inhalación y cómo el gas ingresa a los pulmones) y respiración interna (transporte de gas, intercambio de gases entre sangre y tejidos y respiración celular).
Para no sobrecargar el material ya engorroso, simplificaré algunas cosas para ahorrar tiempo y simplificar la presentación, pero el significado permanecerá sin cambios.
En los alvéolos de los pulmones tiene lugar el intercambio de gases entre el aire alveolar y la sangre. La función de transporte en la sangre la realiza la hemoglobina, mientras que transporta el gas en dos direcciones: da CO2 a los pulmones, que antes tomaba de los tejidos corporales, y toma oxígeno, que luego lo entrega a los tejidos. En los tejidos, el proceso se invierte: se libera oxígeno y se "captura" CO2 para transportarlo a los pulmones.
Dado que vivimos en la superficie, todo el sistema de intercambio de gases se equilibra con la presión atmosférica normal. Y en la superficie funciona lo que se llama reloj suizo. Pero el reloj empieza a saltar cuando se altera el equilibrio. Con el aumento de la presión, la presión parcial de los gases cambia, lo que depende de dos cantidades: el porcentaje de gas en la mezcla y, de hecho, la presión.
A cierta presión, la afinidad del oxígeno con la hemoglobina aumenta hasta tal punto que esta última pierde su capacidad de transportar CO2. de tejidos. Lo que en última instancia conduce a un rápido desarrollo de daños graves en el sistema nervioso central con la consiguiente pérdida del conocimiento, convulsiones y muerte.
Este escenario es solo uno de muchos.
Cada gas de la mezcla debe estar equilibrado. Este hecho determina el uso de diferentes mezclas de gases para diferentes profundidades en el buceo técnico. El buceador comienza a bucear con un gas, luego (al alcanzar la profundidad establecida) cambia a otro y, al llegar al punto final de la inmersión, cambia al llamado "gas de fondo".
Al subir, los gases cambian en sentido contrario.
Normalmente se combinan los contenidos de oxígeno, nitrógeno y helio. El gas de fondo contiene la cantidad máxima de helio y la cantidad mínima de oxígeno.
Y la inmersión termina con una parada de descompresión extrema a 5-8 metros con oxígeno puro.
Buzos técnicos con cilindros que contienen mezclas para diferentes profundidades.
¿Cómo se relaciona esto con el experimento de respiración líquida?
Siempre que los experimentos se realicen a presión constante, no hay problemas. Pero durante el descenso y el ascenso, la presión cambiará. Esto significa que es necesario cambiar el contenido del gas disuelto en el fluido respiratorio. En condiciones de laboratorio, el líquido ciertamente se puede preparar con anticipación. Pero, ¿cómo se puede hacer esto en un aparato respiratorio compacto? Es completamente incomprensible.
Problema 2
No fue un accidente que el perro salchicha se colocara en la solución verticalmente, con la cabeza hacia abajo.
El hecho es que previamente al animal se le inyectó claramente algo que bloqueaba el centro respiratorio, reduciendo la excitabilidad (los propios desarrolladores hablaron de tal necesidad de suprimir los reflejos).
La posición del perro salchicha verticalmente boca abajo elimina el llenado completo de líquido de los pulmones.
¿Por qué es tan importante?
El hecho es que los alvéolos están cubiertos desde el interior con la capa más fina de tensioactivo pulmonar.
A continuación, déjeme citar:
Tensioactivo (del inglés tensioactivo): "tensioactivo", una mezcla de tensioactivos que recubren los alvéolos pulmonares desde el interior (es decir, que se encuentran en la interfaz aire-líquido). Evita el colapso (pegado) de las paredes de los alvéolos durante la respiración al reducir la tensión superficial de la película de fluido tisular que cubre el epitelio alveolar. El surfactante es secretado por un tipo especial de alveolocitos de tipo II de los componentes del plasma sanguíneo.
Sin él, los pulmones simplemente colapsan (como las paredes de una bolsa de celofán mojada).
Es decir, para reanudar la respiración después de cambiar de líquido a aire, será necesario el trabajo del equipo de reanimación.
Se argumenta que los fluidos modernos están libres de esta desventaja. En realidad, debe entenderse de la siguiente manera: son mejores que las primeras muestras.
Pero no hacen que la transición inversa (de líquido a gas) sea segura.
Problema 3
Hay un problema más delicado.
El hecho es que los pulmones no son la única cavidad de aire.
También están los senos maxilares y el oído interno.
Idealmente, es necesario quitar el aire de allí y también llenarlos de líquido. En teoría, esto es posible. Un médico capacitado lleva a cabo manipulaciones similares en condiciones especializadas. Pero no en un submarino en peligro.
Si un ingeniero observa el diagrama del oído interno, entonces (desde el punto de vista de la ingeniería) no verá ningún problema importante. Sin embargo, la complejidad se debe en gran parte a aspectos médicos.
El hecho es que todas las cavidades internas están llenas de receptores específicos, incluidos los extremadamente sensibles.
Por ejemplo, el oído interno contiene receptores para el aparato vestibular.
Los buceadores pueden estar familiarizados con la incómoda sensación de mareo en el ascenso, que ocurre cuando la presión no está equilibrada de manera uniforme. El cerebro recibe diferentes señales del oído izquierdo y derecho. Y no puede navegar en el espacio.
El oído interno en sí está separado de la faringe. Tampoco es una coincidencia.
La cuestión de la influencia de los reflejos y receptores en este proyecto prácticamente no está resuelta.
Este es un tema muy amplio. Y simplemente no será posible desmontarlo todo en un artículo. Pero como ejemplo, se puede demostrar la influencia de los receptores del triángulo nasolabial.
Durante la competición, los apneistas a veces se desmayan en el agua.
Por lo general, el mecanismo de ahogamiento es el siguiente: una persona que ha caído bajo el agua contiene la respiración y lucha activamente por la vida. Entonces comienza la deglución de agua; se cree que esto reduce la necesidad de inhalar. Después de eso, se produce una respiración profunda, pero como resultado del laringoespasmo, el agua no penetra en el tracto respiratorio inferior.
El laringoespasmo reflexivo evita que el agua ingrese a los pulmones, la respiración se detiene.
Al mismo tiempo, cuando una persona sube a la superficie, lo primero que debe hacer es quitarle la máscara y soplarle la cara. Los receptores reconocen la acción del aire. El cerebro comprende que el medio ambiente es seguro para respirar. Y se reanuda al instante, sin medidas adicionales.
¿Los desarrolladores mismos comprenden estos problemas?
Sí, lo entienden. Además, cito un fragmento de una entrevista con Andrey Filippenko publicada en el portal. tass.ru.
La inclusión en el dispositivo comienza con el hecho de que necesitamos suprimir la tos: se inyecta una sustancia especial por inhalación en una dosis necesaria para una persona en particular. Puede ser un inhalador externo o integrado en el dispositivo. Una persona simplemente no debe toser, no debe haber un cierre de la glotis (hay otra opción más difícil, con la configuración de un tubo de inhalación)
Problema 4
Si no entra en los detalles anatómicos de la estructura de la pleura y los pulmones, tenemos un esfuerzo muy pequeño para inhalar, por esta razón una persona no puede "respirar" un líquido denso por sí misma.
La situación se ve agravada por el hecho de que no todo el volumen de los pulmones está involucrado en el intercambio de gases real, sino solo el volumen alveolar. Por esta razón, la circulación constante de aire en los pulmones es vital para nosotros para que el aire alveolar cambie constantemente.
Es decir, relativamente hablando, se debe instalar un mecanismo en los pulmones de una persona que constantemente "agite" el fluido respiratorio si queremos que se utilice todo su volumen.
En este caso, el CO2 liberado por el cuerpo debe eliminarse de alguna manera del fluido respiratorio.
El problema de la ventilación está directamente relacionado con otro problema no resuelto: la pérdida de calor.
Normalmente, los pulmones representan solo el 15% de la pérdida total de calor. Pero esto es cuando se respira aire y en un estado normal.
Es importante considerar lo que sucede cuando nos congelamos y nuestros pulmones se llenan de líquido.
El mecanismo para combatir la hipotermia es el siguiente: los vasos periféricos se estrechan y el flujo sanguíneo a través de las extremidades disminuye. El cuerpo intenta mantenerse caliente dentro de sí mismo, aumentando el flujo sanguíneo interno, asegurando el funcionamiento de los órganos internos y del cerebro.
El área de la superficie respiratoria de los pulmones con una respiración profunda alcanza los 100 metros cuadrados. Que es 30 veces el área de la piel.
De hecho, se trata de un radiador grande en el que el cuerpo intentará retener el calor y el aparato de respiración de líquidos eliminará de forma más eficaz el calor restante de esta reserva.
La lista de problemas no se limita a los cuatro sonoros. Sin embargo, una mayor inmersión en ellos dentro del marco de un artículo no es práctico (por ejemplo, cómo se planea soplar repetidamente a través del compartimiento por el que saldrán los buzos, cómo se liberarán del líquido en sus pulmones, porque, como un perro salchicha, nadie los volteará en la superficie).
Cómo se ven los proyectos rusos reales
Históricamente, uno de los que estuvo en los orígenes de este tema en la URSS es Andrei Filippenko. Fue con su participación directa en la década de 1980 que se llevaron a cabo experimentos con perros.
En la etapa actual, la Fundación para la Investigación Avanzada (FPI) se ha sumado al proyecto.
En la década de 1980, científicos nacionales llevaron a cabo experimentos similares a los demostrados al presidente de Serbia. Y desde entonces, poco ha cambiado en ellos.
Video del archivo de A. Filippenko.
En los comentarios al video, uno de los espectadores hizo una pregunta completamente lógica (en la parte inferior de la captura de pantalla).
Sin embargo, también aquí se debe hacer una corrección. Escribió sobre la experiencia doméstica de 1988.
Mientras que en 1966 (es decir, 22 años antes), un científico estadounidense publicó los resultados de su trabajo en la misma dirección.
Una captura de pantalla del sitio de publicaciones científicas jstore.
Y antes de eso, en 1962 (26 años antes de los experimentos soviéticos), se publicó otro artículo sobre el mismo tema, "De los ratones como peces".
En otras palabras, ¿cuál es el resultado final?
¿Rogozin en 2017 demostró al presidente serbio (y al mundo entero) la experiencia de la muestra de 1962 (55 años de diferencia)?
¿En relación con qué epítetos se utilizaron en los medios de comunicación: “inventado”, “revolucionario”, “innovador” e “incomparable”?
Un ejemplo de presentación de la experiencia como una "invención" del sitio habr.ru
Pero, como decía el anuncio, y
"Eso no es todo"!
Al comentar sobre este problema, una persona con un avatar,
"Muy similar a Filippenko",
de la cuenta "Andrei Filippenko, PhD" escribió lo siguiente:
Por eso, a pesar de todas las críticas del FPI, me alegro de que en 2014 pude convencerlos de retomar la investigación sobre este tema, capacitar al personal de la fundación y organizaciones especializadas y transferir el conocimiento acumulado. Estoy especialmente orgulloso de haber logrado incluir en este trabajo a Sebastopol, una ciudad con la que tengo mucho en común.
No pretendo decir nada, pero la situación en su conjunto se parece sospechosamente al hecho de que la "reanudación de la investigación" significa una repetición de los experimentos de la década de 1960 con cambios cosméticos mínimos.
Pero se ha hecho algo, ¿no?
De hecho, se puede intentar argumentar que ha habido algunos avances en el proyecto.
Por ejemplo, reemplazar la solución utilizada inicialmente con un líquido de nueva generación: perfluoran.
Sin embargo, fue creado por científicos completamente diferentes para tareas completamente diferentes (reemplazar sangre donada).
Perftoran fue creado en 1984 en el Instituto de Biofísica Teórica y Experimental de la Academia de Ciencias de Rusia bajo la dirección del prof. F.F. Beloyartsev y G.R. Ivanitsky. La creación de un portador de oxígeno sin hemoglobina ("sangre artificial") recibió el Premio Estatal de Ciencia y Tecnología de la Federación de Rusia (1998). El personal del Departamento de Anestesiología y Cuidados Intensivos de la Academia Médica Estatal de Dnepropetrovsk bajo la dirección de Corr. NAS y AMS de Ucrania, prof. L.V. Usenko.
Así, cronológicamente, el desarrollo del proyecto se ve así:
1. Estudió la experiencia de los estadounidenses en la década de 1960.
2. Estos experimentos se repitieron en la década de 1980 con cambios mínimos.
3. Estudió los resultados de una investigación francesa relacionada con el buceo con apnea.
4. Decidimos utilizar perftoran creado por otros científicos en nuestro proyecto.
Deje que los lectores saquen sus propias conclusiones.
Conectando jóvenes profesionales
Los proyectos de diseño de tecnología prometedora también son una buena adición al enfoque del perro salchicha.
Andrey Filippenko actuó como consultor científico en proyectos de diploma (aparentemente) de estudiantes de la Academia Stieglitz.
Es importante entender que esta es una academia de arte industrial.
Es decir, los proyectos no fueron desarrollados por ingenieros, sino por diseñadores. Sin embargo, las imágenes pueden usarse para popularizar la dirección.
Como ejemplo, propongo considerar uno de estos proyectos.
La propuesta consiste en la creación de un aparato especial con un peso de hasta 5 toneladas, que por helicóptero u otro aviación por transporte se entrega al lugar del accidente en pocas horas. La tripulación está formada por tres personas, una en la esfera y las otras dos sentadas en un compartimento húmedo en trajes con respiración líquida.
Dado que los marineros del submarino dañado se encuentran en condiciones desfavorables, las posibilidades de un rescate exitoso disminuyen con el tiempo. Al mismo tiempo, los sistemas de rescate modernos existentes que utilizan barcos de apoyo, naturalmente, tienen un límite en la velocidad de llegada al sitio.
El concepto desarrollado se basa precisamente en la velocidad. Al mismo tiempo, a la niña se le hace la pregunta: por qué el dispositivo no está equipado con ningún medio técnico, como manipuladores.
A lo que ella responde que los manipuladores pesan mucho. Y luego no será posible transportar el dispositivo por aire.
Al mismo tiempo, no está nada claro: ¿cómo los dos buzos que llegaron podrán ayudar a los marineros dentro del barco? No tienen comida, ni suministro de agua, ni aire, ni medios de rescate o asistencia. No tienen nada en absoluto.
Llegar rápidamente a un sitio de buceo con sus súper trajes no tiene sentido práctico.
Especulaciones sobre la tragedia con Kursk.
Luego de la tragedia que le sucedió a Kursk, los partidarios de la dirección de la respiración líquida comenzaron a referirse a esta tragedia, argumentando la necesidad de su "proyecto rompedor" (que ha estado abriéndose camino durante 60 años y está a punto de abrirse paso).
En este caso, regularmente se cometen inexactitudes.
La primera inexactitud es nadie sabe salvar.
En 1939, los estadounidenses llevaron a cabo una operación de rescate desde el submarino USS Squalus.
El rescate se llevó a cabo según el escenario clásico: un barco de apoyo y una cápsula navegando entre él y el barco de emergencia, que en 5 "viajes" sacaron a la superficie a todos los que sobrevivieron después del accidente.
Esquema tomado de сайта se presenta a continuación.
El barco estaba a una profundidad de 240 pies (70 metros).
Y esto sucedió, piénselo, en 1939.
Permítanme recordarles que Kursk se hundió a una profundidad de 110 metros, pero las dimensiones del barco eran incomparables con el USS Squalus: 154 metros de largo, 18 metros de ancho y unos 15 metros de altura hasta la escotilla de emergencia.
La cápsula de rescate se veía algo así, no el hecho de que sea uno a uno, pero el modelo es similar.
La segunda imprecisión es que no se pudo guardar "en horas".
Permítanme recordarles que esta no fue una campaña militar a través del Océano Atlántico. Fue un ejercicio, un evento planeado. Y esto significa que nada impidió que el barco de rescate fuera llevado al mar (también necesitan entrenar).
E incluso si el barco de rescate no se hubiera llevado al mar con anticipación y la distancia a Murmansk fuera de solo 300 km, entonces podría haber llegado al lugar en 12 horas.
Es necesario aclarar aquí.
Sí, rescatar personas desde 600 metros no es fácil. Pero bajar la campana de buceo 100 metros es una tarea trivial. Y aquí no puede haber excusas. Además de la declaración de falta de preparación técnica y material completa para operaciones elementales.
Hoy en día, dicha operación se lleva a cabo de forma rutinaria durante los ejercicios (lo que agrada).
Hallazgos
El tema de la respiración líquida es potencialmente prometedor. Sin embargo, su desarrollo posterior depende directamente de la solución de toda una gama de problemas complejos mencionados en el artículo.
Estas tareas, a su vez, no se están resolviendo.
Esto también se debe al hecho de que no se comprende cómo, en general, uno puede abordar su solución (cómo ventilar el líquido en los pulmones, cómo suministrar a una persona alimentos y alimentos, cómo resolver el problema de la termorregulación y los reflejos).
Pero la paradoja es que sin soluciones a estos problemas: simplemente no hay nada que desarrollar en el proyecto.
Ya que se ha hecho todo lo que ya se podía hacer. Y luego, simplemente marcando el tiempo y demostrando viejos experimentos.
Todos los científicos serios lo saben muy bien. Por lo tanto, no ven ninguna razón para hacer reír a todo el mundo mostrando viejos experimentos bajo el disfraz de investigación revolucionaria.
Desde otro punto de vista, esto es bastante posible de mostrar. Por ejemplo, en jornadas de puertas abiertas o en eventos especializados para jóvenes estudiantes de universidades técnicas con el fin de llamar la atención sobre la industria, así como motivar el interés científico entre los jóvenes profesionales.
- Alexanr Vorontsov
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