Може ли човек да диша течност

Първите експерименти с дишане на течност са проведени малко след Първата световна война, когато лекарите започват да изследват кислородни солени разтвори като начин за излекуване на белите дробове на войници, засегнати от отровен газ. Но едва в разгара на Студената война в края на 50-те години започват сериозни изследвания, тъй като американския флот търси възможност как моряци да избягат от потъваща подводница, без да страдат от кесонна болест (още декомпресионна болест или болест на водолазите) – състояние в резултат на вдишване на въздух под налягане: когато водолазът се спуска и налягането на водата се увеличава, все повече азот от въздуха се разтваря в тъканите му; ако след това се изкачи твърде бързо на повърхността, внезапният спад на налягането кара този азот да излезе, образувайки малки мехурчета, които могат да причинят силна болка в ставите, въздушни емболии, удари и смърт. Следователно водолазите трябва да се изкачват бавно и да правят чести декомпресионни спирания, за да позволят на азота постепенно да се освободи от тялото.

Но ако вместо въздух водолаз (или подводничар) може да диша кислородна течност, тогава налягането вътре и извън белите му дробове би било равно, предотвратявайки натрупването на азот и съответно необходимостта от декомпресиране. Дишането на течност също би помогнало за намаляване или премахване на други опасности от дълбокото гмуркане, включително азотна наркоза – интоксикация, причинена от дишането на азот под налягане. Самият кислород също става опасен под определена дълбочина – явление, известно като кислородна токсичност. За да се избегнат тези ефекти, водолазите използват различни дихателни газови смеси, които разреждат кислорода и азота с хелий. Но дори и това работи само до известна степен, тъй като под около 160 метра дишането на хелий може да предизвика тежки тремори и други неврологични ефекти. В резултат на това най-голямата дълбочина, на която водолаз, който диша газ под налягане, е успявал да се спусне, е 701 метра.

Mеханичен вентилатор от средата на 20 век

През 1962 г. екип, ръководен от д-р Йоханес Клистра от университета Дюк, успява да накара мишки и други малки животни да дишат кислороден физиологичен разтвор под налягане до 160 атмосфери. Това високо налягане е необходимо за разтваряне на достатъчно кислород във течността. Но докато дишането се поддържа по този начин за около час, животните умират скоро след това от респираторна ацидоза – тоест, натравяне с въглероден диоксид. Това разкрива един от основните недостатъци на течното дишане, който измъчва изследователите оттогава: докато течността за дишане може лесно да достави достатъчно кислород до тялото, тя е далеч по-малко ефективна при отстраняването на издишания въглероден диоксид. За да се предотврати ацидоза, средният човек би трябвало да премества 5 литра дишаща течност в минута през белите си дробове, докато е в покой, и 10 литра в минута, когато извършва всякакъв вид физическа активност. Дебитът на човешките бели дробове не е в състояние да поддържа такова нещо продължително време. Така всяка практична система за дишане на течности би трябвало да изпомпва активно течността в и от белите дробове, подобно на механичните вентилатори, използвани в болниците.

През 1966 г. американските изследователи Леланд Кларк и Фрнк Голан обаче правят пробив в изследванията на дишането на течности, като заменят оксидирания физиологичен разтвор с екзотична течност, наречена перфлуоровъглерод или PFC. За първи път разработен като част от проекта Манхатън по време на Втората световна война, PFC е безцветна течност, съставена от елементите въглерод и флуор. Връзката между тези два елемента е сред най-силните по природа, което прави PFC нереактивен и биологично инертен. Той е двойно по-плътен от водата, но една четвърт от вискозитета и може да побере почти 20 пъти повече кислород и въглероден диоксид от водата – свойства, които го правят идеален като дихателна течност. Първите експерименти на Кларк и Голан включват просто потапяне на плъхове и мишки в PFC и без някакви спомагателни дишането им средства. Въпреки че голямата плътност на течността затруднява дишането, животните успяват все пак да оцелеят напълно потопени до 20 часа без никакви вредни ефекти. По-големите животни изискват използването на допълнителна вентилация, за да се предотврати натрупването на въглероден диоксид, но експериментите върху анестезирани кучета допълнително демонстрират жизнеспособността на PFC като дихателна течност.

Работата на Кларк и Голан по скоро е поета от Клистра, който между 1969 и 1975 г. провежда едно от най-изчерпателните проучвания за дишането на течност в историята, използвайки както животни, така и хора като субекти. В хода на това изследване водолазът на ВМС на САЩ Франсис Дж. Фалейцик става първият човек, който диша както кислороден разтвор, така и PFC. Въпреки че не получава никаква медикаментозна помощ, освен локална анестезия за улесняване на интубацията, Фалейцик не намира преживяването за прекалено неудобно, въпреки че среща трудности при източването на течността от белите дробове и в резултат на това развива пневмония.