На грани возможного: Наука выживания

Как уже, должно быть, очевидно, Дж. Холдейн был человеком достаточно эксцентричным и не раз подвергал собственный организм (и организмы коллег) проверкам на прочность. Помимо этого он отличался дотошностью, поэтому последовательно изучал воздействие CO₂ при низких температурах, характерных для глубины. Он описывал, как однажды «погрузился на тридцать пять минут в тающий лед, дыша воздухом с 6,5-процентным содержанием углекислого газа, а в заключительной стадии эксперимента еще и под давлением в 10 атмосфер. Я потерял сознание. У одного из наших испытуемых произошел разрыв легкого, но сейчас он поправляется; шестеро человек по одному и более раз теряли сознание, у одного случились судороги».

Остается только гадать, как отреагировал бы на такое Комитет по вопросам здравоохранения и безопасности в наши дни. Однако лишь благодаря мужеству Холдейна и его коллег мы обладаем научным материалом по воздействию газов на человеческий организм под давлением. Эти данные помогли (и помогают) спасти не одну жизнь.

Где предел?

Сжатым воздухом нельзя пользоваться на глубине ниже 30 м – из-за опасности азотного наркоза. Азот необходимо заменять, а объем кислорода по мере погружения нужно постоянно регулировать так, чтобы давление не превышало 0,5 бар. Для восстановления баланса вдыхаемого газа используется гелий, и на глубинах, превышающих 30 м, ныряльщики обычно дышат кислородно-гелиевой смесью (так называемый «гелиокс» или КГС). Как инертный газ гелий имеет ряд преимуществ перед азотом. Во-первых, он обладает меньшим наркотическим эффектом. Во-вторых, им легче дышать, поскольку он разреженнее и менее вязкий – его молекулярная масса составляет всего четыре единицы (молекулярная масса азота, для сравнения, – 28 единиц). Гелий труднее растворяется в воде, что сокращает объем растворенного в крови газа и время на декомпрессию. Однако у гелия есть и недостатки, среди которых – высокая теплопроводность, ведущая к тому, что с выдыхаемым воздухом теряется много тепла, поэтому ныряльщику требуется дополнительное утепление, чтобы не замерзнуть. Кроме того, из-за низкой плотности повышается тембр голоса, человек начинает разговаривать как персонаж мультфильма. Происходит это потому, что звук в гелии распространяется быстрее, а значит, повышается резонансная частота дыхательных путей.

На глубине более 200 м (21 бар) у людей и сухопутных животных развивается нервный синдром высокого давления (НСВД). Это нервное расстройство, известное в просторечии как «трясучка», поскольку вызывает дрожь. Помимо нее наблюдаются также головокружение, тошнота и кратковременные периоды отключения внимания – так называемый микросон. Причины НСВД еще недостаточно изучены, однако предположительно он может возникать из-за прямого воздействия давления на нервную систему, поскольку изолированные нервные клетки демонстрируют сходную гипервозбудимость при создании аналогичного давления в лабораторных условиях. Примечательно, что действие давления и действие анестезии взаимообусловлены. Головастики, например, замирают под воздействием слабого алкоголя (2,5 %) или высокого давления (20–30 бар), однако при одновременном воздействии того и другого благополучно продолжают плавать. Мыши под общим наркозом при увеличении давления просыпаются. НСВД же, напротив, под общей анестезией слабеет. Непосредственно на человеке такой эксперимент никогда не проводился, однако в результате экспериментов на животных выяснилось, что НСВД можно частично побороть добавлением небольшого количества азота к кислородно-гелиевой смеси. Такая смесь называется «тримикс» или КАГС.

НСВД ставит предел глубины, на которую может погрузиться ныряльщик в естественной среде. На гелиоксе предел этот составляет 200–250 м, однако на специальных дыхательных смесях, например, тримиксе, как показывают экспериментальные погружения, человек может выдержать глубину до 450 м в открытом море (и 600 м – в компрессионной камере). Однако подобные глубины все равно остаются уделом испытателей, обычному человеку туда путь заказан. Морские млекопитающие, напротив, активно осваивают области, лежащие ниже 200 м: кашалоты ныряют до 1100 м, а морские слоны достигали и полутора километров глубины. Многие другие представители фауны – рыбы, бактерии, многощетинковые черви – выдерживают и большие глубины, обитая вокруг «черных курильщиков» на срединно-океанических хребтах. Почему же у них не возникает НСВД? Исследования глубоководных видов показывают, что у этих животных гораздо выше порог чувствительности к НСВД. Более того, высокое давление необходимо им для нормального функционирования организма, поскольку в их случае именно декомпрессия может вызвать состояние, сходное с НСВД. Поэтому их можно назвать «облигатными барофилами». В настоящее время ученые бьются над загадкой, как под таким экстремальным давлением функционируют клетки организма.

Жизнь на глубине