На грани возможного: Наука выживания

Как выяснилось в начале XX в., именно отравление углекислым газом мешало многим подводникам британского флота работать на глубине. Подводнику постоянно подавался воздух с поверхности, который затем выходил через дренажный клапан на боку шлема. Углекислый газ – это побочный продукт метаболизма, выбрасываемый с выдыхаемым воздухом. Таким образом, при дыхании внутри водолазного костюма накапливался углекислый газ, начиная постепенно повышать содержание CO₂ во вдыхаемом воздухе. Объем излишка зависел от скорости прохождения воздуха через водолазный костюм. От физической деятельности, повышавшей скорость метаболизма, концентрация углекислого газа увеличивалась еще больше. Поскольку двухпроцентное содержание CO₂ при нормальном атмосферном давлении практически не отражается на самочувствии подводника, скорость подачи воздуха высчитывалась так, чтобы не превышать эту границу. Однако в то время еще не знали, что воздействие углекислого газа под давлением усиливается и что на глубине 60 м, где давление составляет 5 атмосфер, 2-процентное содержание CO₂ приравнивается по воздействию к 10-процентному содержанию CO₂ на поверхности. В результате при чрезмерной физической нагрузке у подводников начиналась одышка, нередко они теряли сознание. Однако стоило определить причину, и проблему удалось устранить – повышением скорости закачивания воздуха пропорционально внешнему давлению воды.

Отравление углекислым газом может возникнуть и при использовании описанного выше аппарата с замкнутой схемой дыхания, если заполненный натровой известью сепаратор, удаляющий CO₂, выйдет из строя. Это одна из причин, по которой военные подводники во время Второй мировой иногда теряли сознание и тонули даже на небольшой глубине.

Очередной толчок исследованиям воздействия углекислого газа на глубине дала трагедия, происшедшая за три месяца до начала Второй мировой войны. В июне 1939 г., во время морских испытаний на ливерпульском рейде затонула британская подлодка «Фетида», унеся с собой 99 жизней. Выжили только четверо. И снова призвали на помощь Дж. Холдейна – на этот раз от имени профсоюзов, к которым принадлежали многие члены экипажа, – расследовать причины смерти. Он подобрал себе четырех добровольных помощников{17} и сымитировал условия спасательного шлюза в маленькой стальной камере. Уже через час у всех участников эксперимента начались сильные головные боли, а у некоторых рвота – из-за повышенного содержания углекислого газа.

Углекислый газ составляет около трех процентов выдыхаемого воздуха, поэтому в замкнутом пространстве, где человек вынужден вдыхать отработанный воздух, уровень углекислого газа повышается. На поврежденной подлодке передозировка углекислого газа может возникнуть раньше, чем станет ясно, что пора покидать судно – в случае с «Фетидой» содержание CO₂ повысилось примерно до 6 % (норма для атмосферы – 0,04 %). Но дело не только в этом. Парциальное давление углекислого газа в воздухе поднимается еще выше при использовании спасательных шлюзов. На подлодке аварийно-спасательные люки открываются наружу, чтобы внешнее давление воды герметично прижимало их в закрытом состоянии к борту. Чтобы их открыть, нужно уравнять давление внутри подлодки с наружным давлением, заполнив спасательный отсек морской водой. Как только перепад давления устранится, можно будет открыть люки и экипаж, надев дыхательные аппараты, поднимется на поверхность. Поскольку воздух в спасательном шлюзе сжат под напором поступающей воды, парциальное давление углекислого газа будет постепенно расти.

Холдейн вместе с доктором Мартином Кейсом проводил всесторонние эксперименты, исследуя воздействие повышенного содержания углекислого газа под возросшим давлением. Под давлением в одну атмосферу увеличение процента CO₂ с 0,04 до 6 практически не ощущалось, но под давлением в десять атмосфер наблюдалось ощутимое ухудшение результатов в тестах на моторику, все испытуемые демонстрировали потерю координации, и через пять минут большинство теряло сознание. Под водой дезориентация или обморок могут привести к летальному исходу. Из экспериментов Холдейна можно предположить, что после внезапной декомпрессии спасательного шлюза «Фетиды» повышенная концентрация углекислого газа в оставшемся воздухе ослабила способность подводников принимать адекватные решения и помешала им правильно надеть и отрегулировать дыхательные аппараты.