Найдется ли замена гелию?

Какими же свойствами должен обладать преемник гелия? Главное, чтобы он не оказывал на организм человека токсического воздействия, не был ядом при низких и при сверхвысоких парциальных давлениях.

Это свойство обязательное, никакие компромиссы здесь недопустимы. Часто называют еще одно необходимое свойство основного компонента сверхглубоководных дыхательных смесей - его малую плотность, меньшую, чем плотность гелия. А раз так, то выбора нет: существут лишь один газ легче гелия - водород.

Водород несравненно дешевле гелия, добыча его легка, а запасы практически неограниченны. Казалось, водород давно должен был бы вытеснить гелий из водолазной практики, но у него есть очень большой недостаток - в смеси с кислородом он ... взрывается. Нельзя же всерьез предлагать человеку дышать "гремучей смесью"! Ценой больших усилий удалось доказать, что если содержание кислорода не превышает 4%, то смесь перестает быть взрывоопасной. А это значит, что начиная с глубин порядка 100 м бедную кислородом смесь все же можно использовать для дыхания водолазов.

Первая попытка заменить гелий водородом относится к 1945 г. Энтузиаст-экспериментатор Зоттерсторм, швед по национальности, погрузился в море на рекордную по тем временам глубину, дыша смесью водорода и кислорода с 4-процентным содержанием последнего. Смесь оказалась пригодной для дыхания, но при подъеме отважного испытателя на поверхность обеспечивающий спуск матрос допустил по невежеству ошибку, грубо нарушив режим декомпрессии. Зоттерсторм погиб. Желающих продолжить его дело не нашлось.

Прошло много лет. Вновь водород привлек внимание ученых-физиологов. В Соединенных Штатах профессор Рольф Брауэр, предвидя приближение "гелиевого" барьера, организовал серию опытов с водородо-кислородом. В качестве испытуемых в проведенных им экспериментах выступали обезьяны. Сознавая, что беспечнее отношение к необычным смесям чревато взрывами, жертвами и убытками, Брауэр заказал специальную небольшую камеру и смонтировал ее Далеко в стороне от лабораторных помещений, укрыв ее корпус в глубоком бетонном колодце. Крыша навеса над камерой была сделана из легкого стеклопластика, обслуживание оборудования и съем информации производились с помощью дистанционных устройств.

Опыты Брауэра дали обнадеживающие результаты. Обезьяны выдерживали давление 60 - 70 кг/см² без характерных признаков гипербарического нервного синдрома. Убедившись, что водород не токсичен, Брауэр предложил провести эксперимент с участием людей, и фирма "Комекс" согласилась его организовать. Это было в 1968 г.

Мы уже упоминали о том, что повышенный интерес Анри Делоза к водороду возник в связи с результатом третьего опыта программы "Физали", который вызвал у физиологов фирмы похоронное настроение в отношении гелия. Но тогда у французов не было берегового комплекса, способного обеспечить безопасность в опытах с водородом. Поэтому было решено организовать спуск водолазов прямо в море. Такое намерение противоречило принятому в "Комексе" принципу постепенной отработки нового по схеме "сухая" камера - гидротанк - открытое море. Но делать было нечего, и специалистам фирмы пришлось основательно потрудиться, чтобы морской эксперимент, названный "Гидро" (от слова Hydrogen - водород), прошел без происшествий.

Выбранная схема погружения выглядит следующим образом. Испытуемые опускаются в море на глубину 250 м в водолазном колоколе, используя обычную гелиокислородную смесь. Рядом с колоколом на отдельной раме под воду погружается своеобразная беседка, представляющая собой двухместную скамью, окруженную баллонами с водородно-кислородной смесью и накрытую сверху большим прозрачным колпаком из органического стекла. Два водолаза, участвующие в опыте, должны открыть вентили баллонов, наполнить смесью пространство под колпаком, а затем усесться на скамью, по-прежнему дыша из своих гелио-кислородных аппаратов. Нижний обрез колпака располагается на уровне плеч сидящих людей, и их головы находятся в газовом пузыре. Закрепившись на скамье, один из испытуемых открывает иллюминатор шлема своего гидрокомбинезона и, выпустив изо рта загубник, вдыхает водородную смесь из-под колпака. Сидящий рядом с ним водолаз продолжает дышать гелио-кислородом из аппарата и внимательно наблюдает за своим товарищем. При появлении любых признаков плохого самочувствия испытуемый сам или с помощью страхующего его водолаза должен закрыть иллюминатор и вновь включиться в аппарат.

28 октября 1968 г. эксперимент "Гидро" начался. Водолазы тщательно отработали на малой глубине свои действия, затем колокол ушел на глубину 250 м. Участники опыта использовали шланговые дыхательные аппараты с подачей смеси из колокола и гидрокомбинезоны с электрообогревом. Сразу же после выхода в воду водолазы начали мерзнуть - гидрокомбинезоны не обеспечивали защиты от холода морских глубин. Прошло всего несколько минут и физическое состояние обоих испытуемых стало неудовлетворительным. Опыт пришлось прекратить, а колокол с экипажем поднять на поверхность.

Этот неудавшийся эксперимент был последней попыткой "Комекса" проводить исследовательские работы в море, минуя береговые подготовительные этапы. На некоторое время опыты с водородом пришлось прекратить, и Делоз приступил к сооружению в гипербарическом центре фирмы камеры для животных, подобной камере Брауэра в США.

Пока в Марселе шло строительство, американская фирма "Джи энд Джи Марин Дайвинг", специализирующаяся в области водолазной физиологии, отработала методику имитационных погружений животных на водороде до глубины 300 м. В одном из опытов собака провела на этой "глубине" около 36 ч, была благополучно декомпрессирована и осталась здоровой. В 1971 г. эта же фирма провела эксперимент с участием человека. Испытуемый, находясь на "глубине" 60 м, дышал попеременно дыхательными смесями на основе азота, гелия и водорода. Опыт прошел успешно.

Гораздо менее удачно проходили эксперименты в новой камере "Комекса". Сотрудники Делоза много раз пытались повторить опыты американцев с животными. Только в 1971 г. ими были проведены три "спуска" обезьян на водородно-кислородной смеси на 150, 300 и 600 м. Все животные погибли или прямо в камере, дали вскоре после окончания декомпрессии. Основываясь на полученных отрицательных результатах, французы пришли к мнению, что водород при больших давлениях все же не является биологически инертным газом. Они считают, что, накапливаясь в тканях, водород вступает в реакцию с гидроксильными группами и каким-то образом нарушает обмен веществ, что в итоге вызывает летальный исход.

Справедливо ли уже сейчас списывать водород со счетов? Думается, что этот вопрос требует еще дополнительных исследований и экспериментов.

Многочисленные попытки заменить гелий в дыхательных смесях предпринимались еще задолго до того, как родился термин "гипербарический нервный синдром" и физиологи впервые задумались о приближении "гелиевого" барьера. Очень уж много хлопот доставлял и доставляет пока незаменимый гелий медикам и инженерам, участвующим в исследовании и практическом освоении новых возможностей в водолазном деле.

Гелий не только дорог, но и текуч. Удержать его в гипербарической камере исследовательского центра или жилой камере рабочего палубного комплекса нелегко, а собрать для повторного использования и того сложнее. Сейчас применяют дорогие и громоздкие установки утилизации гелия, выходящего в составе отработанной смеси из камер и колоколов во время декомпрессии, однако удается обеспечить возврат не более чем трех четвертей чистого гелия.

Андре Лабан - начальник подводного отряда 'Преконтинента-3' - ведет со дна Средиземного моря переговоры по радио с американскими акванавтами. Переговорное устройство смонтировано аппарате замкнутого цикла дыхания, мешок которого заполнен неонокислородной смесью

Непривычный тепловой режим в заполненных гелием отсеках барокамер и подводных домов отнюдь не способствует сохранению хорошего самочувствия его обитателей: пока организму человека удается приспособить свои теплорегулирующие свойства к новым условиям, проходит около двух недель беспокойной жизни. Проблема же разборчивости речи в гелиевой среде до сих пор не имеет оптимального решения. Сейчас уже разработаны и даже выпускаются серийно электронные корректоры речи, понижающие тон голоса почти до нормы. Однако постоянно использовать эти устройства в повседневном общении жителей подводной лаборатории неудобно. В силу этого не могло не родиться направление исследований, цель которых - подобрать газ (основу дыхательных смесей), лишенный хотя бы некоторых из указанных недостатков. В настоящее время таким газом считают неон - химически инертный газ, имеющий плотность, в пять раз превышающую плотность гелия (хотя почти в 1,5 раза меньшую, чем плотность атмосферного воздуха). Чистый неон, правда, пока очень дорог, и объем его добычи весьма мал.

Гипербарический комплекс Пенсильванского университета объединяет шесть камер. Здесь проводились исследования искусственных дыхательных смесей на основе азота, гелия, неона и других инертных газов

Первые опыты с неонокислородными смесями были выполнены физиологами "Оушн Системе" еще в 1964 г. Эксперименты на животных показали, что неон не токсинчен даже при больших парциальных давлениях. Во время имитации погружения на 200 м в 1965 г. и на 250 м в 1969 г. испытуемые (водолазы фирмы) дышали в течение нескольких минут из дыхательных аппаратов, снаряженных смесью с добавлением неона, и выполняли при этом различные тесты и задания, в том числе и требующие физических усилий. Опыты прошли хорошо. Никаких нарушений в организме людей обнаружено не было. Водолазам новая смесь тоже понравилась, хотя они и отмечали "неприятные ощущения на языке" и металлический привкус во рту. 1971 г., имитируя спуск на 122 м, водолазы "Оушн Системс" дышали по полчаса смесью с весьма высоким содержанием неона, достигавшим 72 - 75%. Физиологи не отметили никакого вредного воздействия ее на организм. Работоспособность водолазов тоже нисколько не уменьшилась.

Ну а как проявились прочие немаловажные свойства неона? В ходе эксперимента "Преконтинент-3"был такой эпизод: начальник французского подводного отряда Андре Лабан провел уникальную "перекличку акванавтов" - переговоры по радио с экипажем "Силаба-2". Микрофон был смонтирован в дыхательном аппарате, мешок которого заполняла неонокислородная смесь. Разборчивость речи оказалась вполне удовлетворительной, абоненты прекрасно слышали друг друга, хотя и не очень хорошо понимали своих собеседников - французы неважно владели английским, американцы еще хуже говорили по-французски.

Летом 1971 г. в Соединенных Штатах состоялся межведомственный эксперимент, который должен был дать ответ на два важных вопроса: во-первых, можно ли существенно расширить "глубинный диапазон" использования смесей на основе неона, и, во-вторых, сыграет ли возрастающая с ростом давления плотность дыхательных смесей роль главного тормоза на пути вглубь.

Сущность опыта заключалась в следующем. Испы- туемым водолазам, живущим "в насыщении" на большой "глубине" и дышащим обычным гелиокислородом, должна была подаваться свежая более плотная смесь на основе неона с таким расчетом, чтобы общая плотность вдыхаемого газа постепенно возрастала без изменения его давления. Так, не уходя дальше "вниз", водолазы могли попробовать подышать смесью, плотность которой соответствовала бы плотности гелиевой смеси на многих сотнях метров глубины.

В подготовке к эксперименту, как и в самом опыте, участвовало более 100 физиологов и врачей ВМС США, частных фирм, государственных организаций. Чет-ерка отобранных для опыта водолазов два месяца ыполняла погружения "с насыщением" на разные "глубины", оставаясь в камере на срок от одного до нескольких дней. При каждом "спуске" выполнялись специально разработанные серии измерений: в числе прочих регистрировались, например, 19 параметров, характеризующих функционирование органов дыхания, 19 параметров, отражающих работу центральной нервной системы, измеренная в трех точках температура тела и т. д.

Собственно эксперимент начался 7 августа. Давление гелиокислородной дыхательной смеси было поднято до уровня 122 м и сохранялось неизменным 4,5 суток. Затем водолазы отправились дальше вглубь. На остановке 210 м они провели 2,5 дня, на горизонте 275 м - еще 2,5 дня. Наконец, 16 августа они достигли заданной "глубины" - 366 м.

Остановки на промежуточных горизонтах, естественно, использовались не только для акклиматизации испытуемых. Физиологи собрали обильный материал, поочередно подавая водолазам смеси, содержащие гелий, азот и неон. На каждой остановке и для каждой смеси выполнялся полный объем измерений и анализов.

Но главная часть программы была выполнена на горизонте насыщения 366 м, на котором испытуемые провели около 5,5 сут. Чтобы не тратить большого количества неона на создание атмосферы нужного состава во всем объеме камеры, содержащая неон смесь подавалась в шланговые аппараты, из которых дышали испытуемые. Добавляя в гелиокислород определенное количество неона, физиологи создавали смесь, плотность которой соответствовала плотности чисто гелиевой смеси на глубинах сначала 610 м, затем 985 м, 1220 м и, наконец, 1525 м!

Самочувствие водолазов в ходе опыта все время оставалось удовлетворительным. Лишь при переходе со смеси на смесь, особенно в момент добавления неона в чистый гелиокислород, у них появлялись на некоторое время кожный зуд и головокружение. На последних этапах, как и на всех промежуточных остановках, испытуемые выполняли полный цикл медико-физиологических заданий. 21 августа началась декомпрессия, которая благополучно завершилась через 10 дней.

Что же удалось доказать этим уникальным экспериментом? Уже на первой ступени 122 м добавление азота в смесь лишало водолазов работоспособности из-за азотного наркоза. Дыхание же неоном даже при максимальной плотности смеси не влияло на состояние испытуемых. Лишь при больших физических нагрузках водолазы начинали задыхаться - их легкие не справлялись с перекачкой смеси, почти в 22 раза более тяжелой, чем атмосферный воздух.

По-видимому, высокая плотность дыхательной смеси действительно серьезное и в конечном итоге непреодолимое препятствие на пути в глубины. Но весь вопрос в том, на каком горизонте ждет человека этот новый барьер - "барьер плотности"? В августе 1971 г. американские исследователи показали, что возрастание плотности смеси - не помеха вплоть до глубин 1,5 км (!) при условии, конечно, что смесь будет не тяжелее гелиокислорода. Но прошло полгода и экспериментаторы во Франции обнаружили, что уже на 600 м сильно сжатый гелий способен вызвать одышку, лишить водолаза сна. Может быть, придется изменить схему погружения - уходить вглубь, к километровым глубинам только в период бодрствования и на несколько часов, а отдыхать, спать на вдвое меньших горизонтах? Но как быть тогда с необходимостью акклиматизации при спуске? Может быть, здесь вновь окажется полезной давняя идея Келлера о чередовании смесей? Видимо, впереди еще очень много работы.

Проблема сверхглубоководных спусков все еще ждет свежих идей, смелых экспериментов и отважных испытателей - первопроходцев в пучины Мирового океана.