В 1984-1987 годах на базе Южного отделения Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН в Геленджике были проведены первые в СССР экспериментальные спуски водолазов-испытателей в гипербарическом комплексе на глубину 450 метров и первые в мире исследования работоспособности человека при чрезвычайно высокой плотности дыхательной газовой среды на основе неона с имитацией условий нахождения на глубине 2000 метров.
Об этих экспериментах подробно и на доступном языке спустя много лет было рассказано на сайте участника исследований, Гусейнова Тимура Юсуфовича (https://dr-timur.ru/books/67), старшего научного сотрудника Института медико-биологических проблем Минздрава СССР (ИМБП МЗ СССР) в период с 1985 по 1989 гг. В том числе были опубликованы воспоминания его коллеги, который также принимал участие в опытах, – Виктора Лаврова, реаниматолога клинического отдела ИМБП МЗ СССР.
Первый опыт
Воспоминания Виктора Лаврова
Впервые я познакомился с лабораторией И.П. Полещука в 1984 году. Тогда межведомственная комиссия разрешила спуск в гелиокислородной среде на 450 м. Я был единственным реаниматологом клинического отдела ИМБП МЗ СССР, получившим доступ медицинской комиссии на водолазные работы до «предельных глубин». ИМБП предлагал спуск до 500 м, однако против этого возразили военные, так как у них в г. Ломоносове (40-й Институт) достраивалась барокамера на 500 м. Рекорд погружения в СССР ими уже был запланирован. А опережение военных какими-то штатскими в их планы не входило.
Они действительно провели спуск на 500 м вначале 90-х годов. И совершено справедливо ребята, участвующие в этом эксперименте, получили звание Героев Советского Союза. Наши же ребята, осуществившие спуск на 450 м за 6 лет до этого, тоже совершено заслуженно стали «отличниками здравоохранения».
В 1984 году я впервые попал на базу Института Океанологии в славный город Геленджик, где участвовал в медицинском обеспечении эксперимента «Гелий-450».
В 1986 году ученый совет ИМБП утвердил цикл гипербарических экспериментов в неоново-кислородной среде. Я участвовал в первом эксперименте этого цикла – «Неон 200». В этом эксперименте впервые в мире был осуществлен спуск в неоновокислородной среде до давления 20 атмосфер, и переход из неоновокислородной среды в гелиокислородную. Дело в том, что смена газовой среды была теоретически опасна развитием кессонной болезни вследствие изобарической противодиффузии.
В экипаж отсека «Шар», где проходили испытания, входили я и Юрий Захаров.В жилом отсеке страховал Игорь Маловацкий.
Компрессия в «Шаре» была очень медленной, около 1 м в минуту. На 200 м пришли в штатном режиме. В неоновокислородной атмосфере находились сутки. Весь комплекс запланированных исследований по физической нагрузке и внешнему дыханию был выполнен.
Немного о переходе – самом рискованном этапе эксперимента. Когда открылся переходной люк, было ощущение, как будто повеяло свежим ветром. И сразу стало легче дышать. После перехода минут через 5-10 начался кожный зуд задних поверхностей голеней и бедер, который продолжался 2-3 часа. Надо сказать, что научный руководитель эксперимента Генин А.М. предполагал возможность развития осложнений вплоть до синдрома Меньера (хроническое заболевание внутреннего уха, при котором нарушается циркуляция жидкости в нём). Но все обошлось.
Вскоре к нам в жилой отсек «отшлюзовали» Тимура Гусейнова для отработки методики вспомогательной вентиляции легких.
Мужик он хороший и мог бы придумать что-нибудь более приятное. При этой методике необходимо было в трахею через нос провести довольно толстую трубку. Причем сделать это самостоятельно. То есть ощущения,я вам скажу, еще те. Когда тренировались на земле, при попадании катетера в пищевод вместо трахеи, рвотный рефлекс превалировал над все остальными чувствами. И соответствующие звуки разносились по всему барокомплексу. Было такое впечатление, что рота солдат отравилась самогоном. Но, как ни странно, наверное, благодаря тренировкам, в барокамере у меня все прошло достаточно гладко.
А с Тимуром был однажды опасный эпизод. Он переусердствовал с распылением лидокаина в трахею и «поплыл». Побледнел, стал заваливаться на спину и на несколько секунд отключился. Правда, через пару минут оклемался и бодро продолжил работу.
После окончания этого эксперимента ученный совет ИМБП принял решение о полной серии экспериментов в неоновокислородной среде. На 250, 350 метров…
В этой серии экспериментов принимали участие сотрудники лаборатории И.П. Полищука (Р.Д. Унку, В.Н. Сименцов, А.Е. Михненко, М.С. Щищенко), сотрудники клинического отдела Л.Л. Стажадзе и лаборатории И.Б. Гончарова (Гусейнов Т.Ю., Матвеев Ю.А., Лавров В.), сотрудник 3 ГУ Бобровницкий М.П., сотрудники Южного отделения Института Океанологии – Олег Скалацкий, Валерий Антипов, Михаил Крылов.
В обеспечении принимали участие все вышеперечисленные и Суворов А., Родченков С., Богданов В., Тутубалин В., Антипов В, Скудин В., Подымов В., Куприков О., Юрчик А., Спирьков П., Машейко В., Хабихожин Х., Фальков Ю.
Запредельные глубины
Комментарии Тимура Гусейнова
Экспериментальные работы проводились на базе Южного отделения Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН в г. Геленджике в 1986-1987 годах.
Научным руководителем был потрясающий ученый и организатор Генин А.М., профессор Института Медикобиологических проблем (ИМБП).
Испытателями являлись научные сотрудники ИМБП, главным образом, сотрудники лаборатории И.П. Полищука и клинического отдела, а также научные сотрудники и водолазы Южного отделения НИИ Океанологии.
У каждого сотрудника была своя тема научных исследований. Участники гипербарических работ окончили профессиональную водолазную школу и курсы по подводной специфизиологии и медицине в ВМА имени Кирова (Ленинград). Окончившие эти курсы имели право обеспечивать глубоководные водолазные работы без ограничений по глубине.
Для того, чтобы оценить идею и размах эксперимента, нужны элементарные представления о подводной физиологии. Специалисты извинят меня за сознательное упрощение.
Существует несколько факторов, ограничивающих глубину погружения, на которой могут работать люди. Одним из факторов является плотность газовой смеси, которая возрастает пропорционально давлению. Природа не рассчитывала, что человеку понадобится дышать тяжелыми газовыми смесями. Представьте себе, что Вы вынуждены вдыхать и выдыхать воздух такой же тяжелый и плотный как вода. Представьте себе, как этот воздух с трудом протискивается в ноздри и трахею. Хватит ли сил дыхательных мышц, чтобы обеспечить дыхание? А если хватит, то надолго? Для полноты восприятия, учтите, что ощущение нехватки воздуха мгновенно вызывает стрессовую реакцию. А точнее, паническое состояние. Паническое состояние сопровождается потерей контроля над ситуацией, повышением потребности в кислороде, неконтролируемой двигательной активностью. Порочный круг замыкается.
В пределах рабочих глубин, замена азота воздуха на гелий решает проблему плотности. И тот и другой являются инертными газами, и необходимы для разбавления кислорода до безопасной «концентрации» (если правильно – парциального давления). При большой «концентрации» кислорода скоро наступает смерть от судорожного синдрома. Гелий в отличие от азота гораздо легче и более текучий. Используя гелиокислородные смеси, человек в экспериментальных спусках уже реально опускался на глубину 450-500 метров (45-50 атмосфер). Однако работоспособность человека в этих условиях уже значительно ограничивалась.
А возможно опуститься на глубину 1-2 км?
На этот вопрос и должен был ответить новый эксперимент. Но такое давление и без фактора плотности может оказывать неизученные и непредсказуемые воздействия. А допускать сочетание двух неизвестных факторов неразумно и ненаучно.
Схема эксперимента была такова – азот воздуха заменяется на неон. Это достаточно тяжелый инертный газ, но в отличие от азота без наркотического эффекта. Планировалось достижение давления 25-35 атмосфер. При этом плотности газовой среды примерно такая же, как в гелиокислородной среде при давлении 100 – 150 атмосфер. Это соответствует глубине 1-1,5 км. Для полноты ощущений, представьте себе, что Вы заполнили невесомый контейнер объемом 1 м3 (куб с гранью 1 м) неоново-кислородной атмосферой из барокамеры под давлением 35 атмосфер. Затем этот контейнер вынесли на воздух и поставили на пол. Чтобы поднять этот «пустой» контейнер, пришлось бы изрядно поднатужится. Он бы весил около 30 килограмм! Теперь постарайтесь представить себе ощущение мышек, которых посадили в этот контейнер. Участники эксперимента это себе легко представляют.
Остается добавить еще несколько второстепенных особенностей условий эксперимента:
- При повышении плотности газовой среды резко увеличивается ее теплопроводность и теплоемкость. Опять поможет аналогия с водой. При длительном пребывании в воде диапазон комфортной температуры очень узкий. Чуть горячее, вы будете перегреваться. Чуть холоднее, Вы будете переохлаждаться. И то и другое одинаково опасно.
- Речь в измененной газовой среде становиться непонятной. Поэтому общение или резко ограничено или невозможно.
- Даже инертные газы при большом давлении оказывают воздействие на центральную нервную систему человека. Этот эффект может быть по типу наркотического или «нервного синдрома высокого давления». В атмосфере неона прогнозировался последний.
- Размеры «Шара» были больше, но соизмеримы с размерам спускаемого космического аппарата. Жить и работать там планировалось несколько недель (до перехода в жилой отсек). В замкнутом пространстве небольшого объема (5 куб м.) возникали многочисленные проблемы психологического характера. Например, связанные с личной гигиеной. Атмосфера «Шара» работала по замкнутому контуру. Углекислота и запахи поглощались собственными фильтрами. Для обеспечения этого постоянно работали электромоторы. Кислород подавался по мере расходования на дыхание.
- При достижении давления 25-35 атмосфер и экспозиции около 5 часов, из барокамеры можно выйти не раньше, чем через неделю, а в идеале – не раньше, чем через две недели. Столько требуется для периода медленного снижения давления – декомпрессии. При быстром снижении давления с кровью будет то же что с теплой бутылкой шампанского при ее открытии. Для сравнения, при проблемах со здоровьем космонавта, его можно посадить на землю в течение суток.
Естественно, что над проблемой безопасности активно работали. Отсек «Шар» с неоновокислородной смесью был состыкован с жилым отсеком, имеющим гелиокислородную среду. При одинаковом давлении в «Шаре» и жилом отсеке можно было в течение 5 минут перейти в жилой отсек. Естественно, в нем были люди. Однако было значимое «но». При переходе из «Шара» в жилой отсек, существовала теоретическая возможность необычной формы кессонной болезни. Необычной, так как ее причиной является не изменение давления, а изменение состава газовой среды. При замене газовой среды с более тяжелой на более легкую, возникает эффект изобарической противодиффузии. Если мяч надутый, например, неоном при том же давлении поместить в атмосферу гелия, легкий подвижный гелий будет поступать (диффундировать) в мяч быстрее, чем неон выходить из мяча. В конечном итоге мяч лопнет. Поэтому, что будет с человеком при экстренной замене газовой среды, было непонятно.
Это было одной из причин проведения тренировочных спусков на 200 и 250 м (20-25 атмосфер). Было показано, что при относительно медленной смене газовой среды отмечался только своеобразный дискомфорт. Относительно медленной сменой я называю ситуацию открытия шлюза между отсеками без активного перемешивания газовой среды. Испытатели из шара переходили в жилой отсек через 15-20 минут.
Но что будет при экстренном переходе в жилой отсек, однозначно понятно не было. Поэтому возникла необходимость в возможности искусственной или вспомогательной вентиляции легких в «случае чего».
Здесь я субъективен и хочу остановиться поподробнее...
Аппараты искусственной вентиляции легких рассчитаны человеком для нормальной плотности газовой среды. В условиях высокой плотности аппараты не могут поддерживать заданные объемы вентиляции и в конце концов останавливаются. У меня возникла идея перспективности вспомогательной высокочастотной вентиляции легких. Смысл в том, что в трахею вводиться трубка с диметром в два раза меньше диаметра трахеи. Через нее под давлением, с частотой 100-200 в минуту подаются небольшие порции газовой смеси. Толчки подачи воздуха увеличивают перемешивание и газообмен. При этом сохраняется возможность самостоятельного дыхания. Вроде все логично. Осталось только провести тонкую интубационную трубку в трахею у человека в сознании. Это называется интубация трахеи. Рутинная процедура, которую делает анестезиолог с помощью ларингоскопа у пациента в состоянии наркоза на фоне медикаментозной тотальной мышечной релаксации.
Мы с участниками обрались. Объясняю, что будем делать. Рядом плещется теплое море. В глазах мужиков вижу вежливое понимание необходимости это сделать. Вызвался Вадик Семенцов. Анестезирую нос и ротоглотку. Провожу катетер через нос. Следующий этап, под контролем ларингоскопии увидеть голосую щель, и провести катетер в трахею. Поясняю. Клинок ларингоскопа длиной около 11 см. Им нужно пройти примерно до уровня щитовидного хряща (простонародно – кадык), поднять мягкие ткани, надгортанник и увидеть вход в трахею. После нескольких попыток становится понятно, что даже при самообладании Вадика, это невозможно. В глазах мужиков вижу вежливое понимание. Крах. Импровизирую. Говорю, что я могу это сделать себе сам. В газах мужиков вижу вежливое непонимание. Последовательно анестезирую себе нос, ротоглотку, голосовые связки, трахею. На глубоком вдохе со второй попытки провожу трубку в трахею. Подключаюсь к аппарату высокочастотной вентиляции легких. Все получилось. Стараюсь не показать своего изумления. Небрежно извлекаю интубационную трубку. Пауза. Встает Вадик «Ну ка, ну ка…». В течение получаса это сделали все. И в дальнейшем не было случая, чтобы у кого-то не получилось. Поверьте, если Вы спросите анестезиолога, может ли человек сам себе заинтубировать трахею, он скажет, что это невозможно.
Самое смешное, что испытания на пробных спусках показали, что с повышением плотности, эффективность этого вида вспомогательного дыхания катастрофически снижается. Но оказался эффективным запасной вариант. Смысл его был в том, что газовую смесь в загубник на вдохе в легкие вдувал инжектор. Триггером к срабатыванию инжектора было отрицательное давление при попытке вдоха. Естественно было предусмотрена и ручная система запуска инжектора. Данная система как искусственной,так и вспомогательной вентиляции легких оказалась поразительно удачной. Естественно, объем газовой смеси из активного сопла инжектора с повышением плотности прогрессивно снижался. Но объем подсасываемого воздуха прогрессивно увеличивался. Дело в том, что объем подсасываемого воздуха прямо пропорционален массе газа выходящего из сопла активного инжектора. А эта масса газа увеличивается прямо пропорционально плотности окружающей газовой среды. Возникала взаимная компенсация, и на выходе инжекционная система имела линейные объемные характеристики независимо от изменения давления (плотности). Хочется надеяться, что эта находка где-то используется на практике.
После экспериментов все члены экипажей «Шара» писали отчет по пребыванию в условиях неоновокислородной среды. У меня чудом сохранился оригинал моего отчета.
Этот необычный эксперимент полностью вписывается в определение «впервые в мире».
Хронология
Предварительная хронология экспериментальных спусков по теме «Неон». (может быть ошибка в месяце). В жилом отсеке могут быть перечислены не все участники (не всех помню по имени).
● Февраль-март 1986 года. Достижение в неоновокислородной среде «Шара» давления 20 атмосфер. В «Шаре» Юра Захаров и Витя Лавров. Длительность пребывания в «Шаре» – сутки. В жилом отсеке Игорь Маловацкий. В период декомпрессии, в жилой отсек был «отшлюзован» Тимур Гусейнов.
Юра Захаров и Витя Лавров были первыми в мире, кто попробовал неоновокислородную внешнюю среду на «вдох». Честь быть первыми выпадает единицам. И это всегда очень трудно.
● Май-июнь 1986 года. Достижение в неоновокислородной среде «Шара» давления 25 атмосфер. В «Шаре» Радион Унку и Олег Скалацкий. Длительность пребывания в «Шаре» – сутки. В жилом отсеке Валера Антипов. В период декомпрессии в жилой отсек был «отшлюзован» Тимур Гусейнов.
Комментарии. Достигнута новая ступень плотности и давления.
● Июнь-август 1986 года. Достижение в неоновокислородной среде «Шара» давления 40 атмосфер. В «Шаре» Михненко Саша и Вадим Семенцов. Время пребывания в «Шаре» – суток. В жилом отсеке Юра Матвеев и Михаил Крылов.
Комментарии. Планировалось достижение 35 атмосфер. В связи со штатным течением эксперимента и пожеланиям экипажа «Шара» давление подняли до 40 атмосфер. Впервые в мире было доказано, что даже при такой плотности газовой среды дыхание и работа возможны. По настоящее время этот рекорд остался непобитым. Ребята подготовили почву для последующего длительного эксперимента при меньшем давлении. В этом эксперименте была еще одна сложность. Жилой отсек рассчитан на давление в 35 ата. Отсек «Шар» по давлению превысил жилой отсек. Экстренный переход в случае нештатной ситуации был уже невозможен.
Это был потрясающий день. Была гордость за ребят и всех нас. У меня и сейчас перед глазами картинка. Ребята «повесили» лист бумаги в атмосфере «Шара». И он как в воде висел и не падал. Зрелище фантастическое и противоестественное.
● Ноябрь-декабрь 1987 года. Достижение в неоновокислородной среде «Шара» давления 25 атмосфер. В «Шаре» Юра Захаров и Тимур Гусейнов. Длительность пребывание в «Шаре» – 9 дней. В жилом отсеке Худзинский и Расходов.
Комментарии. Первое длительное пребывание в неоновокислородной среде «Шара».
● Декабрь 1987 года. Планировалось длительное пребывание в неоновокислородной среде при давлении 35 ата. Но в связи с неполной герметичностью системы или каких-то других причин, запасы неона не позволили выполнить эксперимент полностью. В отсеке "Шар" было достигнуто давление 25 ата. И весь эксперимент оказался «укороченным». Экипаж «Шара» – Шура Михненко и Миша Шищенко. В жилом отсеке страховали Вадик Семенцов, Витя Лавров, и Михаил Бобровницкий.
Командой эксперимента, каждым её участником, была проведена гигантская научная и практическая работа. Более подробно узнать о том, как проходил эксперимент, ознакомиться с личными описаниями ощущений участников во время исследований и списком работ, проведенных на гипербарическом комплексе Южного отделения НИИ Океанологии им. Шишрова можно на сайте https://dr-timur.ru/books/67.