Как же скажется на дыхательной деятельности повышенное давление?
При нормальном атмосферном давлении масса воздуха в легких составляет лишь несколько граммов. Чтобы обеспечить его обновление, больших мышечных усилий не нужно. Другое дело, если мы окажемся на глубине, скажем, 100 метров. Тут давление в 11 раз больше, чем на поверхности. Во столько же возрастет плотность (а следовательно, и масса) воздуха в легких. А это приведет к тому, что легкие не успеют полностью обновить такое количество воздуха. Прежде чем закончится выдох, нервные импульсы уже заставят легкие начать вдох.
А результат? Часть отработанного воздуха остается в легких. Нарушается их нормальная «вентиляция». Количество углекислого газа в легких, а значит, и в крови возрастает.
Может показаться, что ничего страшного здесь нет. Ведь избыток углекислого газа вызывает учащение дыхания. При этом «вентиляция» легких улучшится, и все придет в норму.
CO2 «тормозит» легкие, кислород действует наоборот. Однако это не так. Мы не приняли во внимание одно существенное обстоятельство. Мы дышим, потому что организму нужен кислород. Его содержание в легких тоже влияет на ритм дыхания. Только если повышенная концентрация углекислого газа вызывает учащенное дыхание, то большое содержание кислорода в легких, наоборот, — замедленное. А при повышенном давлении (не забывайте, что мы с вами мысленно опустились на стометровую глубину) количество кислорода в легких заметно возрастает по сравнению с обычным.
Получается любопытная вещь. С одной стороны, под действием углекислого газа ныряльщик должен дышать чаще. С другой — в легких у него много кислорода, и поэтому он должен дышать реже. Как же ему быть?
Нервные клетки, управляющие дыханием, «не знают», что делать. Из-за этого в организме начинаются расстройства. Это и воспринимается как глубинное опьянение.
Виновники глубинного опьянения найдены. Итак, дело вовсе не в азоте. Виноваты во всем углекислый газ и кислород. Теперь мы можем понять, почему Джанни Реджи удавалось бороться с опьянением, если он делал глубокие и медленные вдохи. Ведь при этом «вентиляция» легких улучшается и количество углекислого газа в них становится более приемлемым для организма.
Напрашивается и другой способ избежать глубинного опьянения. Нужно уменьшить содержание кислорода в легких ныряльщика. Скажем, пусть он дышит газовой смесью с небольшой концентрацией кислорода.
Ханнес Келлер решил проверить это предположение. В августе 1960 года он поставил свой первый рекорд, опустившись в озере Лаго Маджиоре на глубину 156 метров. В основном баллоне у него была дыхательная смесь, состоявшая из 5 процентов кислорода и 95 процентов азота. Для дыхания в начале погружения она непригодна — ныряльщик, пользуясь ею, испытывал бы на небольших глубинах кислородный голод. Поэтому на первых 30 метрах спуска под воду Келлер дышал обыкновенным сжатым воздухом. А затем перешел на свою смесь, которая на больших глубинах оказалась весьма эффективной.
Путь к глубинам. Никаких симптомов глубинного опьянения Келлер не чувствовал. Его смелый эксперимент показал, что барьер глубины лежит значительно ниже, чем полагали. Сам исследователь считает, что этот барьер находится где-то на глубине в несколько километров.
Можно подумать, что таким образом проблема глубоководных спусков с аквалангом решена. Но не торопитесь с выводами.
Достигнуть большой глубины — это лишь полдела. А вторая половина дела — подняться обратно на поверхность. Здесь ныряльщики тоже сталкиваются с немалыми трудностями.
Подняться не легче, чем спуститься. Дело в том, что при повышенном давлении увеличивается растворимость газов в жидкости. Скажем, количество азота, растворенного в крови, с каждыми десятью метрами глубины возрастает примерно вдвое. А это влечет массу неприятностей. И возникают они тогда, когда ныряльщик начинает подъем к поверхности.
Вспомните, что происходит, когда открывают бутылку с газированным напитком. Если пробку вытаскивать осторожно, растворенный в жидкости газ с шипением выходит из горлышка. В жидкости появляются пузырьки газа, но в общем их немного. Иначе все обстоит, если пробка выскакивает сразу. При этом газ выделяется так интенсивно, что жидкость вскипает от пузырьков.
Нечто подобное происходит в организме ныряльщика. Если он поднимается медленно, азот из крови выделяется постепенно, и ничего страшного не происходит. А при быстром подъеме? В этом случае выделение азота происходит так бурно, что в крови образуются многочисленные пузырьки. Они могут закупорить кровеносные сосуды, и тогда…
Тише едешь, дальше будешь. Чтобы избежать несчастных случаев, подъем не должен быть очень быстрым. Время его зависит от глубины, на которую ныряльщик погружается. Обычно водолазы и аквалангисты пользуются специальными таблицами декомпрессии. В соответствии с этими таблицами ныряльщик на пути к поверхности делает ряд остановок определенной продолжительности — чтобы максимально снизить содержание азота в крови.
К первым сообщениям о глубоководных спусках Келлера многие специалисты отнеслись сдержанно. И понятно, почему: увеличивается глубина погружения — растет время подъема на поверхность. Например, Вукей, спустившийся до глубины 180 метров и пробывший там лишь несколько минут, вынужден был подниматься в течение 12 часов! Ясно, что практическая польза таких спусков под воду невелика.
«Космические» скорости подъема на поверхность. Однако подробности погружений, которые совершал Келлер, заставили специалистов развести руками. Оказалось, он тратил на подъем к поверхности гораздо меньше времени, чем предусматривалось общепринятыми таблицами декомпрессии. Например, спустившись на глубину 222 метров в озере Лаго Маджиоре, он поднялся на поверхность спустя 53 минуты после того, как коснулся дна!
53 минуты у Келлера и 12 часов у Вукея. Нетрудно оценить значение опытов швейцарца. Они означают не просто рекордные погружения. Это путь к завоеванию человеком морских глубин. И, разумеется, к их освоению.
В чем же секрет Келлера? К сожалению, пока известно немногое. Швейцарец хранит свое открытие в тайне. Однако, судя по отрывочным сообщениям в зарубежной печати, суть его способа заключается в следующем.
Во время своих спусков Келлер дышит газовой смесью особого состава, который по мере погружения меняется. Этим он препятствует тому, чтобы один какой-нибудь газ в большом количестве растворялся в тканях. Тщательно изучив особенности выделения различных газов при различных давлениях, Келлер составил свои собственные таблицы декомпрессии. Любопытно, что при составлении этих таблиц он пользовался «услугами» электронно-вычислительной машины. Он надеется на ее помощь и в дальнейших своих экспериментах, цель которых — километровые глубины.
Искусственные жабры. Келлер не единственный, кто ищет путь на дно океана. В одной из лабораторий США ученые всерьез работают над созданием… искусственных жабр. Они мыслятся в виде портативного аппарата, который будет насыщать кровь кислородом и удалять из нее углекислый газ. Легкие при этом остаются «без работы». По мнению Жака Ива Кусто, таким способом в будущем удастся достичь глубин в несколько километров.
Нелегко предсказать, когда это осуществится. Одно несомненно: у человека есть немало возможностей чувствовать себя в воде как рыба. Во всяком случае, эксперименты с животными показали, что соперничать с рыбами можно не только благодаря аквалангу или искусственным жабрам.
Собака в аквариуме. На дне огромного аквариума — собака. У нее над головой полутораметровый слой воды. Слегка виляя хвостом, животное бродит по дну, тычется носом в стекло. Пасть открыта, бока ходят ходуном. Собака дышит… водой!
Может быть, вы слышали о попытках научить собак нырять с аквалангом. Но на этот раз дело обстоит иначе. Никакого акваланга на собаке нет. Единственное, что на ней надето, — брезентовый пояс с карманами, которые заметно оттопыриваются. Там свинцовые пластины. Они нужны, чтобы животное крепче стояло на ногах и — зачем скрывать! — чтобы его поменьше подмывало всплыть на поверхность. Ведь что ни говори, а чувствует она себя тут явно не в своей тарелке.
Впрочем, со временем животное несколько привыкает к необычной обстановке. Вокруг шныряют рыбешки. Пузырьки воздуха, которые выходят изо рта, не раздражают животное, как в первые часы пребывания под водой.
Гораздо труднее привыкнуть к этому зрелищу людям, которые окружили аквариум и наблюдают за подводной собакой. И это несмотря на то, что они прекрасно знают, в чем тут дело.
Эксперимент подходит к концу. А вернее, первая его стадия. Собаку вытаскивают из аквариума, вытряхивают из ее легких воду. Затем, массируя животному грудную клетку, заставляют его снова начать дышать воздухом.
Животное опять в своей стихии. Стряхнув с себя воду, оно жадным взглядом следит за человеком в белом халате. В руках у него кусок мяса. Собака ловит его на лету. А после этого послушно идет за своим «кормильцем». Он ведет ее в лабораторию, где организм животного будет подвергнут тщательному обследованию.
Вероятно, читателя уже начинают мучать сомнения: не главу ли из научно-фантастической повести ему пересказывают? Нет, все это происходило в действительности.
Такие эксперименты проводились и проводятся в Лейденском университете в Голландии. Автор их — известный физиолог профессор Иоханнес Кильстра. Он занимается изучением особенностей легочного дыхания. Это нужно и для разработки эффективных способов возвращать к жизни утонувших, и для спасения новорожденных, которые появились на свет бездыханными, и… как знать, не пригодятся ли результаты необычных опытов с собаками будущим покорителям голубого континента?
Ученый начал с того, что заинтересовался, казалось бы, детским вопросом: почему человек или, скажем, собака гибнут, захлебнувшись водой?
На первый взгляд все объясняется просто — нечем дышать, ибо легкие, в отличие от жабр, не приспособлены к тому, чтобы извлекать из воды кислород. Но оказалось, это не совсем так.