Когда вместо воздуха человек дышит чистым кислородом , основную часть альвеолярного пространства, прежде занятую азотом, заполняет кислород. В этом случае альвеолярное РО2 на высоте 9144 м у летчика достигло бы достаточно высокого уровня, равного 139 мм рт. ст., вместо 18 мм рт. ст. при дыхании воздухом.

Красная кривая на рисунке демонстрирует насыщение кислородом гемоглобина артериальной крови при дыхании чистым кислородом на различных высотах. Обратите внимание, что насыщение остается выше 90% при подъеме до высоты около 11887 м и затем быстро падает, достигая примерно 50% на высоте около 14326 м.

Сравнение двух кривых насыщения артериальной крови кислородом на рисунке наглядно демонстрирует, что при дыхании чистым кислородом в негерметизированном самолете летчик может подняться значительно выше, чем при дыхании воздухом. Например, в условиях дыхания кислородом насыщение артериальной крови кислородом на высоте 14326 м составляет примерно 50%, что эквивалентно насыщению артериальной крови кислородом на высоте 7010 м при дыхании воздухом.

Известно, что без акклиматизации у человека обычно сохраняется сознание до тех пор, пока насыщение артериальной крови кислородом не снизится до 50%. Следовательно, если летчик дышит воздухом, предельной высотой для его кратковременного пребывания в негерметизированном самолете является 7010 м, а если он дышит чистым кислородом, предельная высота - 14326 м при условии, что аппаратура для снабжения кислородом функционирует идеально.

Острые проявления гипоксии

У неакклиматизированного человека при дыхании воздухом некоторые основные признаки острой гипоксии (сонливость, умственная и мышечная утомляемость, иногда головная боль, тошнота и эйфория) начинают проявляться примерно на высоте 3657,6 м. Эти симптомы прогрессируют до стадии мышечных подергиваний и судорожных приступов на высоте, превышающей 5486,4 м, и, наконец, при подъеме выше 7010,4 м неакклиматизированный человек впадает в коматозное состояние с наступающим вскоре вслед за этим смертельным исходом.

Одним из самых существенных эффектов гипоксии является уменьшение умственной работоспособности, что приводит к ухудшению памяти и способности к критической оценке ситуаций, появляются трудности при выполнении точных движений. Например, если летчик без акклиматизации находится на высоте 4500 м в течение 1 ч, его умственная работоспособность обычно падает приблизительно на 50% нормы, а после 18 ч пребывания на такой высоте этот показатель снижается примерно до 20% нормальных значений.

Человек, находящийся на больших высотах в течение дней , недель или лет, все больше адаптируется к низкому РО2 и его отрицательное воздействие на организм уменьшается. Это позволяет человеку выполнять более тяжелую работу, не испытывая симптомов гипоксии, или подниматься еще выше.

Основными средствами адаптации к гипоксии являются: (1) значительное увеличение легочной вентиляции; (2) увеличение количества эритроцитов; (3) увеличение диффузионной способности легких; (4) увеличение васкуляризации периферических тканей; (5) увеличение способности тканевых клеток использовать кислород, несмотря на низкий РО2.

Увеличение легочной вентиляции - роль артериальных хеморецепторов. Непосредственное воздействие сниженного РО2 стимулирует артериальные хеморецепторы, что максимально увеличивает альвеолярную вентиляцию примерно в 1,65 раза по сравнению с нормой. При этом компенсация на высоте происходит в течение нескольких секунд, что позволяет человеку подняться на несколько сотен метров выше, чем было бы возможно без увеличения вентиляции.

В дальнейшем если человек остается на очень большой высоте несколько дней, хеморецепторы опосредуют еще большее увеличение вентиляции (приблизительно в 5 раз выше нормальных значений).

Немедленное увеличение вентиляции при подъеме на большую высоту вымывает значительное количество углекислого газа, уменьшая Рсо2 и увеличивая рН жидкостей организма. Эти изменения тормозят дыхательный центр ствола мозга, таким образом противодействуя стимуляции дыхания через влияние сниженного РО2 на периферические хеморецепторы каротидных и аортальных телец.

Но в последующие 2-5 сут это торможение угасает , позволяя дыхательному центру реагировать в полную силу на гипоксическую стимуляцию периферических хеморецепторов, и вентиляция возрастает примерно в 5 раз.

Полагают, что причиной угасания торможения является снижение концентрации ионов бикарбоната в спинномозговой жидкости и мозговой ткани. Это, в свою очередь, уменьшает рН жидкости, окружающей хемочувствительные нейроны дыхательного центра, что усиливает его активность, стимулирующую дыхание.

Важным механизмом постепенного уменьшения концентрации бикарбонатов является почечная компенсация дыхательного алкалоза. Почки реагируют на снижение Рсо2 уменьшением секреции ионов водорода и увеличением выведения бикарбонатов. Эта метаболическая компенсация дыхательного алкалоза постепенно снижает концентрацию бикарбонатов плазмы и спинномозговой жидкости, возвращая рН к нормальному значению, и частично снимает тормозное влияние на дыхание низкой концентрации ионов водорода.

Таким образом, после осуществления почечной компенсации алкалоза дыхательный центр становится значительно более чувствительным к связанному с гипоксией раздражению периферических хеморецепторов.

История человечества насчитывает более двух тысяч лет. Но история Земли, места, где живут люди, началась гораздо раньше, около 4 миллиардов лет назад. Именно тогда на планете появилась жизнь. Сначала на Земле жили только растения, но потом стали появляться беспозвоночные животные и позвоночные животные. Около 65 миллионов лет назад развилось множество млекопитающих, и некоторые обезьяноподобные животные получили способность к прямохождению. Именно из этих животных впоследствии эволюционировал человек. Человека и животных объединяет одно - они не могут жить без атмосферы.

Атмосфера состоит из кислорода и диоксида углерода. Кислород - бесцветный и безвкусный газ. Он входит в состав многих органических веществ и есть во многих клетках. Во время дыхания человек получает кислород из воздуха, он поступает в лёгкие. В лёгких кровь забирает кислород, и человек выдыхает углекислый газ. Казалось бы, кислород везде, и он не сможет сделать человеку ничего плохого. Но это не так. Нельзя дышать воздухом, в котором находится кислород без примесей.

Почему же нельзя дышать чистым кислородом?

• На этот вопрос помогают ответить учёные. Чистый кислород без примесей даже при обычном давлении повреждает ткань и не позволяет удалиться углекислому газу. Максимальное количество времени, которое можно дышать чистым кислородом - 10-15 минут. Если дольше, то можно отравиться. Сначала кислород опьяняет человека, потом он теряет сознание, у него начинаются судороги. Если человека не спасти, то возможен летальный исход.
• Опасность отравления кислородом учитывается, например, при производстве кислородных подушек и иных подобных аппаратов. Внутри каждой кислородной подушки находится смесь газов, в которой кислорода в чистом виде только около 70%. Остальные 30% относятся к смеси других веществ.
• Чистым кислородом можно не отравиться, если атмосферное давление находится очень далеко от нормы и является очень пониженным. Но такое происходит очень редко, поэтому важно быть очень осторожным. Опасность кислородного отравления существует у людей, работающих в шахтах и моряков-подводников. Поэтому очень важно знать, как оказать первую помощь при кислородном отравлении. Например, подводникам надо уменьшить глубину спуска, остановиться, а пострадавшему дать подышать газовой смесью. Глубину спуска вообще очень важно контролировать.

Доктор Стивен Джуан – «волшебник странностей», ученый, преподаватель, журналист и антрополог. В книге «Странности нашего тела» он раскрывает многочисленные тайны человеческого существа.

Сверху донизу, снаружи и изнутри, справа и слева весь наш организм – это сплошная загадка. Рождение и смерть, несчастный и счастливый случай, реальность заболеть и возможность выжить в критической ситуации, как мы устроены – все, что вы хотели бы узнать о своем теле, и даже то, о чем вы и не догадываетесь, и не задумываетесь, объясняет на страницах своей книги доктор Стивен Джуан. Карлики и великаны, редчайшие генетические аномалии, развенчание или утверждение распространенных суждений, проблемы болезни и долголетия – как много всего вмещает эта книга!

Автор то серьезно, то с юмором отвечает на любые вопросы читателей, даже на самые наивные или глупые. Несмотря на то что в тексте присутствует множество ссылок на научные исследования, книгу читать легко и интересно.

Книга:

Разделы на этой странице:

Безопасно ли взрослому человеку дышать чистым кислородом?

Этот вопрос задала Арта Самандиего из города Гватемалы, Гватемала.

Вдыхать чистый кислород не следует, если только это не особая ситуация под наблюдением врачей. Кислород слишком высокой концентрации или вдыхаемый под высоким давлением может оказаться токсичным. Когда ныряльщик без скафандра получает слишком много кислорода под высоким давлением, у него могут возникнуть конвульсии, повреждения легких и смерть из-за отравления этим газом. Однако иногда пациенту предписывается дышать чистым кислородом, который поступает малыми порциями в полностью закрытое помещение, а если это происходит на уровне моря, то под более высоким, чем обычно, давлением; за такими пациентами всегда очень тщательно наблюдают. Это называется гипербарической кислородной терапией. Она используется в ситуациях декомпрессии (кессонной болезни), от которой страдают ныряльщики, слишком быстро всплывшие на поверхность, а также при отравлении угарным газом или дымом, при газовой гангрене, пересадке кожи, которая плохо приживается, при некоторых ожогах и инфекциях, а также еще в нескольких случаях. Таким образом дополнительные дозы кислорода могут спасти жизнь 62 .

По сравнению с беременными, страдающими от утренней тошноты, женщины, которые ее не испытывают, гораздо чаще рожают преждевременно или имеют выкидыши.

По неизвестным причинам дети, зачатые в холодные месяцы, обладают более высоким коэффициентом интеллекта, чем те, которых зачали в теплое время года.

Воздух, которым мы дышим и к которому мы привыкли на Земле, состоит из смеси газов примерно следующего состава: 78 процентов азота, 20 процентов кислорода, 1 процент аргона и небольшое количество других газов.

Мы знаем, что в этой смеси кислород - наиболее важный и необходимый для поддержания жизни компонент. При дыхании человек потребляет кислород и выдыхает углекислый газ, возникший в организме в процессе обмена веществ. Это значит, что состав окружающего воздуха меняется с каждым вдохом и выдохом.

На открытом месте воздух быстро освежается, и его состав остается в норме. Иначе обстоит дело в закрытом помещении, например в кабине космического корабля.

Если бы у космонавтов не было соответствующего оборудования для освежения воздуха, они погибли бы в течение нескольких часов от кислородного голодания, при котором недостаток кислорода порождает различные болезненные явления и даже смерть, если в воздухе кабины останется только 7 процентов кислорода. Второй вредный фактор - излишек углекислого газа - тоже приводит к значительным осложнениям.

Отсюда следует, что воздух в кабине космического корабля должен постоянно освежаться. Но как? В этом и состоит главная проблема.

Проще всего было бы иметь баллоны, как у аквалангистов, но в этом случае пришлось бы загружать корабль большим количеством громоздких и тяжелых баллонов.

При коротких орбитальных полетах, или даже при путешествии на Луну это конечно возможно, но совершенно неприемлемо при длительных космических полетах.

Для человека, находящегося в полулежачем положении и не выполняющего тяжелой физической работы, требуется около 1 килограмма кислорода в сутки. Таким образом, планируя путешествие на Марс, пребывание на этой планете и возвращение на Землю, следовало бы предусмотреть багаж в количестве около 550 килограммов кислорода на одного космического путешественника.

Но запас кислорода - это еще не все, надо подумать о веществе, необходимом для поглощения из атмосферы кабины накапливающегося в ней углекислого газа. Если воздух не очищать, количество двуокиси углерода будет нарастать, что вызовет нарушение жизнедеятельности организма космонавтов, а при концентрации 20–30 процентов, может стать причиной их смерти.

Чтобы предотвратить вредное влияние углекислоты, чаще всего помещают в кабине двуокись калия, которая превосходно поглощает углекислоту и удобна в употреблении. Но и этот способ не лишен недостатка. Дело в том, что двуокись калия весьма быстро насыщается так, что необходим запас этого вещества в размере около 1,5 килограмма в сутки на одного человека. Это значит, что для двух путешественников, отправившихся на Марс, потребуется запас около 1650 килограммов двуокиси калия. Суммируя это количество с запасом кислорода, нужным для дыхания, мы получим вес 2,8 тонны, что для космического корабля, в котором каждый грамм веса на счету, совершенно неприемлемо.

Трудности, возникающие при химическом поглощении двуокиси углерода, вынуждают нас к поискам других решений этой проблемы.

Известно, что растения в процессе своей жизнедеятельности превосходно поглощают углекислоту и выделяют кислород. Кажется просто: достаточно взять с собой в кабину корабля нужное количество живых растений. Однако, условия в кабине таковы, что решить эту проблему не так уж просто.

Чтобы снабдить одного космонавта нужным количеством воздуха, годного для дыхания, необходимо разместить в кабине целое поле площадью 100 м 2 со слоем почвы в 10 см, что конечно практически неприемлемо. Большие надежды на удовлетворительное решение проблемы дают опыты, проведенные с водорослями.

Оказалось, что один из видов водорослей семейства хлорелл может стать прекрасным средством для освежения воздуха в кабинах космических кораблей и одновременно может служить источником снабжения космонавтов свежими овощами и питанием, о чем мы пишем подробнее ниже.

Одноклеточные водоросли семейства хлорелл, если обеспечить им надлежащий уход, растут с такой быстротой, что за сутки масса увеличивается в 5, 7 и даже в 10 раз. Небольшой аквариум с водой и водорослями, емкостью 65 литров, вполне достаточен для снабжения одного человека воздухом и питанием в течение многих дней.

Хлорелла уже несколько лет подвергается всесторонним опытам во многих странах. В одной из лабораторий хлорелла выдержала уже первый экзамен, поставляя воздух двум мышам, в течение 17 дней находившимся в герметически замкнутом помещении.

В другой лаборатории американский ученый провел опыт с хлореллой в условиях, близких к космическому путешествию. Он заперся в герметической кабине, в которой был установлен сосуд с водой и водорослями, и находился там в течение 26 часов, потребляя для дыхания исключительно кислород, выделяемый водорослями. После опыта ученый сказал, что «воздух был постоянно свежим и приятно пахнул влажным сеном».

Водоросли в общем весьма нетребовательны. Для жизни им необходимы только вода, свет, двуокись углерода и небольшое количество некоторых химических веществ. Но кроме достоинств у водорослей есть и недостатки. Культивировать их весьма трудно и уход за ними нужен тщательный - они весьма нежны и чувствительны ко всяким внешним влияниям, подвержены вирусным и бактериальным болезням, легко погибают. Поэтому трудно надеяться, что водоросли станут единственным источником снабжения обитателей космического корабля воздухом.

Но успехи, достигнутые учеными в деле выращивания водорослей, позволяют питать надежду, что многие из указанных недостатков могут быть преодолены. Уже удалось вырастить сорта водорослей, устойчивые против тяжелых условий космического полета, быстрее размножающиеся, дающие больше кислорода и поглощающие больше углекислоты.

Удалить водяной пар из кабины космического корабля сравнительно легко. Мы знаем, что слишком влажный воздух затрудняет дыхание человека, снижает его выносливость к высокой температуре, уменьшает трудоспособность, приводит к нарушениям жизнедеятельности организма.

Для очистки воздуха космической кабины от водяного пара достаточно его пропустить через специальный фильтр, содержащий двуокись кремния. Когда фильтр полностью будет насыщен водой, его можно заменить свежим, а прежний вставить в аппарат для извлечения скопившейся воды. Такие фильтры можно употреблять многократно.

Очистка воздуха от углекислоты и водяного пара - это еще не все. В кабине космического корабля могут быть и другие газы, которые, хотя их и немного, могут затруднить экипажу пребывание в ней, повлечь за собой неудобства и даже заболевания. Речь идет об озоне, выделяющемся во время работы электронной аппаратуры, о пахучих веществах, улетучивающихся из смазочных масел, жидкостей, заполняющих гидравлические сети, электроизоляции, резиновых изделий, продуктов питания, химических соединений, человеческих испарений и пр.

Чтобы устранить эти загрязнения или, как их называют, вредности, необходимы дополнительные фильтрующие установки, что приводит к дополнительной нагрузке корабля поглощающими веществами.

Человек приспособился к нормальному давлению, которое составляет около 1 атмосферы, но может жить и при меньшем давлении, при условии, что будет к этому подготовлен.

Вопрос давления для космонавта - дело первостепенной важности. Ему необходимо создать в кабине определенное давление и предохранить его от резкого падения при разгерметизации кабины, обеспечить возможность выхода в космическую пустоту и пребывание на поверхности планеты, лишенной атмосферы.

Можно задать себе вопрос, какое же давление удобнее всего поддерживать в кабине космического корабля? Ответить на этот вопрос не так легко, как кажется. По многим причинам земное давление на борту космического корабля нежелательно. Специалисты считают, что давление может быть значительно ниже, что принесет немалую выгоду, а именно: космонавтам будет легче дышать, уменьшится опасность разгерметизации кабины, увеличится экономия в весе корабля.

Почему будет легче дышать?

Обыкновенно, на Земле, человек дышит смесью различных газов, в основном азотом с небольшим (сравнительно) количеством кислорода. Хотя азот для дыхания не нужен, организм все же привык к его наличию и плохо реагирует на его отсутствие в смеси.

Если поместить человека в барокамеру, заполненную чистым кислородом, дышать ему будет тяжело, а спустя некоторое время у него появятся признаки значительного нарушения жизнедеятельности и даже отравления. Оказалось однако, что по мере снижения давления организм человека переносит наличие большого количества кислорода, а при давлении 0,2 атмосферы камера может быть без всякого вреда для ее обитателя заполнена чистым кислородом. Поэтому, если бы удалось использовать в кабине космического корабля для дыхания экипажа чистый кислород, можно было бы применить упрощенную аппаратуру для дыхания, отказаться от лишнего балласта в виде азота, увеличить степень безопасности полета и получить много других выгод технического порядка.

Ученые начали опыты с людьми, с целью убедиться, как повлияет на организм дыхание чистым кислородом при сниженном давлении.

Опыты производились с пилотами реактивных самолетов, в группах по два человека. Их помещали в барокамеру, из которой выкачивали воздух, создавая вакуум. Все это время люди дышали через кислородные маски.

После серии опытов, длительностью в несколько часов и даже дней, выяснилось, что человеческий организм в общем удовлетворительно переносит «подъем» в барокамере.

Люди находились в барокамере в течение 17 суток при давлении около 1/5 нормального, то есть при таком, которое господствует на высоте около 11 километров. Все пилоты, подвергавшиеся опытам (в количестве 8 в двух группах), несмотря на весьма необыкновенные условия, выдержали опыт до конца, причем врачи, тщательно обследовавшие организмы пилотов, не обнаружили каких-либо неблагоприятных отклонений от нормы. Все же без неприятных ощущений не обошлось. Почти все пилоты, проходившие опыт, страдали расстройствами, типичными для кислородного отравления, ощущали боль в груди, ушах, зубах, мускулах. Они ощущали усталость, тошноту, нарушение зрительных восприятий. Однако, все эти симптомы полностью исчезали в течение 7-10 дней после выхода из барокамеры.

Какие же выводы можно сделать из этого? Во время короткого космического путешествия, например на Луну и обратно, экипаж космического корабля может спокойно находиться в условиях низкого давления и дышать чистым кислородом. Если при этом члены экипажа пройдут специальную подготовку, то они смогут избежать неприятных последствий пребывания в условиях космического полета. Снижение давления в кабине космического корабля даст немалую техническую выгоду, так как позволит уменьшить толщину стальных стенок корабля и тем самым значительно снизить его вес. Однако, нам представляется, что следует искать другое решение. Длительное пребывание в кабине космического корабля и без усложнений, связанных с уменьшением давления и снабжением кислородом, создает множество трудностей для человеческого организма и вряд ли стоит их усугублять.

Будущим космонавтам необходимо создать все условия для нормального, длительного пребывания в кабине корабля, которые облегчили бы сохранение психического и физического здоровья на самом высоком уровне. Проблема давления внутри кабины корабля должна решаться с учетом создания космонавтам максимальных удобств.

Пока же, учитывая краткость путешествия на Луну, усилия конструкторов и физиологов направлены на создание наиболее совершенного скафандра для защиты космонавтов от всех враждебных человеку факторов, встречающихся в космическом пространстве.

Ты принял антирадиационные таблетки? - спросил профессор Янчар, повернувшись к своему восемнадцатилетнему сыну, Збигневу. - Мы уже прошли внутренний пояс радиации, причем прошли вполне благополучно, и через несколько минут войдем в наружный пояс. Там нас подстерегает большая опасность.

Да, папа! Я принял все таблетки точно по рецепту три раза в день: сначала розовые, потом белые и наконец оранжевые. Думаю, что я уже прекрасно защищен. Да, ты ведь обещал мне рассказать подробно об опасностях космического излучения. Есть у тебя немного времени?

Хорошо. Подожди, пока я передам вахту товарищу, тогда мы побеседуем спокойно.

После того, как второй космонавт занял кресло у пульта управления, профессор Янчар, присев рядом с сыном, снял очки и после небольшого отдыха начал свой рассказ.

Я полагаю, что перед полетом ты проштудировал необходимые материалы, находящиеся в нашей библиотеке, поэтому я сразу перейду к существу вопроса. Мы знаем, что космическое излучение непрерывным потоком заливает нашу планету. Ручьи, реки, вернее целые океаны космических лучей несутся к Земле от Солнца и других звезд нашей Галактики. Мы постоянно находимся как бы под обстрелом из космоса. Хотя мы называем этот обстрел излучением, но оно значительно отличается от светового. Космические лучи - это поток частиц, несущихся с фантастической скоростью, в десять тысяч раз большей, чем скорость нашего межпланетного космического корабля. Частицы эти - не что иное, как атомные ядра (или их части) легчайших газов, водорода и гелия. Именно из них состоит основная масса потока, то есть 85–90 процентов; остальные - это атомные ядра более тяжелых элементов.

Каковы размеры этих частиц?

Если бы я стал приводить цифры, какие-нибудь миллиардные, или триллионные части микрона, это ничего не дало бы твоему воображению. Я попытаюсь показать размеры космических частичек более наглядно. Представим себе, что частичка космического излучения увеличилась до размеров зернышка песка. Так вот, если бы все, находящееся на земле, увеличилось в той же пропорции, то настоящая песчинка увеличилась бы до размеров земного шара. Скорость, с какой несутся частички космического излучения в пространстве, придает им колоссальную энергию; чтобы ее представить, необходимо опять-таки обратиться к сравнению. Ученые строят гигантские ускорители, в которых частички разгоняются до очень больших скоростей. Уже несколько лет в Дубне под Москвой работает огромный ускоритель, сообщающий энергию 10 миллиардов электрон-вольт; второй ускоритель - в Швейцарии - дает 29 миллиардов, третий - в Брукхейвене (США) - 23 миллиарда. Кроме того в Америке проектируется еще более мощный ускоритель.

Однако, существующие на Земле ускорители и даже те, которые намечено построить в ближайшем будущем, не могут идти ни в какое сравнение с мощностью естественного космического ускорителя. В природе космические частички обладают энергией в несколько сот миллионов раз большей. Может быть ты перемножишь несколько десятков миллиардов на несколько сот миллионов? Нет? Я так и думал. Можно надеяться, что в будущем эту колоссальную энергию удастся приручить, что даст нам, по всей вероятности, источник такой мощности, который превысит самые фантастические надежды человечества, связанные с овладением термоядерной реакции.

Прости, пожалуйста, папа, но ты снова перенесся в будущее.

Да, извини, пожалуйста, меня всегда интересовало будущее. Вернемся к нашей теме. Дело в том, что космическое излучение - весьма серьезная проблема космических путешествий. Космическое излучение по своей природе весьма близко к радиоактивному излучению, которое, как известно, весьма опасно для человеческого организма. Слишком сильная доза облучения вызывает у человека серьезную лучевую болезнь, которая нередко приводит к смерти.

Ты говорил, что космические лучи постоянно обстреливают Землю, однако же человечество существует.

Это другое дело. Я говорил тебе, что Земля непрерывно заливается потоком космических лучей. К счастью, Земля укутана надежным защитным экраном в виде слоя атмосферы толщиной в 100 километров, и, кроме того, еще и магнитным экраном. Частицы, несущиеся к Земле из космического пространства, отнюдь не одинаковы по своей природе. Некоторые из них - назовем их «медленными», - находясь еще на очень большом расстоянии от Земли, отклоняются от траектории своего полета и попадают в так называемую ловушку магнитного поля Земли. Другие частицы, обладающие достаточно большой энергией, проникают в атмосферу, где сталкиваются с атомами кислорода, азота и прочих газов, превращая их в ионы. Одновременно, частицы эти теряют часть энергии и рассеиваются в атмосфере. Есть еще частицы, обладающие поистине колоссальной энергией, скорость которых близка к скорости света - эти не задерживаются, не изменяют своей траектории даже в том случае, если по пути разбивают атомы. При этом атомы взрываются, их частицы с огромной энергией разлетаются во все стороны, ударяют в соседние атомы и вызывают новые взрывы, хотя и не столь мощные. Это называется каскадным процессом. Возникшие в результате этого процесса осколки атомов падают на Землю в виде вторичного космического излучения. По всей вероятности ты, во время спокойной прогулки по Земле, совершенно не ощущаешь, что твое тело ежесекундно пронизывают тысячи этих космических частиц. За период многих миллионов лет, то есть с того времени, как на Земле зародилась жизнь, растения, животные и люди приспособились к этому непрерывному, невидимому космическому дождю и переносят его без всякого ущерба для себя. Это - на Земле. На других планетах, где защитный экран атмосферы отсутствует, или если он и есть, то весьма разреженный, человек будет подвержен облучению в опасных дозах. Ты наверное хотел бы кое-что узнать о поясах Ван-Аллена? Как ты знаешь, Земля окружена магнитным полем, которое состоит как бы из двух слоев, имеющих характерную форму яблока, то есть с углублением на полюсах. Толщина поясов больше всего над экватором Земли, она постепенно уменьшается и становится наименьшей над полюсами. По дороге на Землю космические лучи должны пройти через магнитное поле, которое действует вроде ловушки, так как улавливает частицы и задерживает их. Частицы эти начинают длительное путешествие внутри слоев магнитного поля, передвигаясь от одного полюса Земли к другому; только небольшая часть излучения прорывается через первый пояс, но сразу же попадает в другую ловушку - второй пояс. Эти магнитные зоны, улавливающие космические лучи, получили название поясов Ван Аллена по имени американского ученого, который открыл их при помощи радиозондов и разработал их карту.

Из этого вытекает, что орбитальные полеты вокруг Земли таят в себе большую опасность. А ведь, насколько помню, советские космонавты, находившиеся в полете по несколько суток, нисколько не пострадали, а приборы отметили только минимальные дозы облучения.

По-видимому, ты не очень внимательно читал сообщения. Действительно, у космонавтов доза облучения оказалась небольшой. После их приземления контрольные приборы, так называемые дозиметры, показали столь малые дозы облучения, что они не могли оказать сколько-нибудь заметное влияние на организм. Итак, к примеру, советский космонавт Попович, который находился в космическом пространстве 71 час, получил дозу облучения всего лишь 50 миллиардов, а Николаев, находясь на орбите в течение 94 часов - 65 миллиардов. Но необходимо помнить, что Попович и Николаев, как и все другие космонавты, летали на небольших высотах, примерно 150–330 километров над Землей, то есть там, где космические лучи весьма слабы. Пояса Ван Аллена начинаются на высоте 700 километров. Это значит, что космонавты летали в безопасной зоне. Где же наибольшая интенсивность космических лучей? Я уже говорил, что опасная зона начинается на высоте около 700 километров и простирается очень далеко. Первый пояс, утолщенный в районе земного экватора, на высоте около 3200 километров, обладает самой высокой интенсивностью излучения. Несколько выше интенсивность уменьшается, а потом, переходя во второй пояс Ван Аллена, снова возрастает. Наибольшая интенсивность космического излучения отмечена здесь на высоте около 20 000 километров над экватором земного шара. А теперь вернемся к нашему полету. Мы уже прошли первый пояс, и я как раз тогда спрашивал тебя об антирадиационных таблетках. Второй пояс много опаснее первого, и нам еще предстоит его пройти. Когда на Солнце возникают возмущения и появляются протуберанцы, космонавты могут быть уверены, что они скоро попадут в поток, или, как его иногда называют, ливень усиленного излучения, обладающего необыкновенной пробивной силой. В начале эры космических полетов люди длительное время не могли решить проблему защиты от столь сильной радиации.

Как же была решена эта проблема?

Первоначально пытались применять особые оболочки из твердой стали с примесью других металлов. Космические корабли сооружали из двух стальных оболочек с изолирующим слоем некоторых химических веществ; дополнительно защищали космонавтов с помощью стальных щитов, установленных вокруг кресел. Но эти методы оказались несовершенными. Броневые плиты были слишком тяжелы и слабо защищали от сильного потока излучения, в особенности во время появления протуберанцев на Солнце. Частицы, обладающие большой энергией, легко проникали через стальные плиты и поражали тело космонавта, вызывая к тому же вторичное излучение всех металлических частей, находящихся в кабине корабля, в том числе и щитов. Поэтому пришлось искать другие методы защиты. Чтобы найти медикаменты против вредного действия космического излучения, за работу взялись тысячи химиков и биохимиков.

Расскажи об этом подробнее.

Давай сначала рассмотрим последствия облучения. В биологии в качестве единицы облучения принята величина «рад», обозначающая интенсивность излучения в 100 эргов на 1 грамм тканей человеческого организма. По принятым в промышленности нормам при работах с рентгеновскими аппаратами или изотопами различных радиоактивных веществ безвредное для человека излучение находится в переделах до 25 радов.

Увеличение дозы облучения до 100 радов вызывает у человека ряд болезненных явлений - тошноту, головную боль и рвоту; облучение в 800 радов вызывает повреждение кровяных телец, нарушает работу желудка и спинного мозга; при облучении порядка 1000–1200 радов, человек погибает. По современным данным суточное облучение в размере 1/25 000 смертельной дозы безопасно для человека, даже если он будет длительное время находиться в зоне излучения. Правда, даже и такая минимальная доза приводит к повреждению некоторых клеток организма, но защитные силы легко с ними справляются, и поврежденные клетки заменяются новыми. Следует однако помнить, что вопрос еще недостаточно исследован, и взгляды ученых в этой области расходятся. Установлено, что приспособляемость отдельных людей к облучению различна. Доза в 1000 радов, которая для одного космонавта может оказаться смертельной, у другого вызовет только болезнь. Кроме того, по-разному воздействует на организм и само излучение. Много зависит от того, из каких частиц - альфа, бета, или гамма состоят космические лучи, являются ли они потоком нейтронов или протонов. Одни из этих лучей, относительно безвредные, называются «мягкими», другие - «жесткими».

Как же столь маленькие частицы поражают организм?

Трудно объяснить это во всех подробностях. Но достаточно сказать, что ионное излучение приводит к химическим изменениям в частицах живой материи, то есть в молекулах белка, нуклеиновых кислот и углеводных соединений. Мы уже давно знаем, что если клетки организма ощущают недостаток кислорода, то космическое излучение повреждает их в меньшей степени. При обилии кислорода в клетках последствия облучения могут быть опасными. Во время одного опыта крыса получила дозу облучения в 800 радов при дыхании обедненной смесью (только 5 процентов кислорода вместо 21 процента в нормальном воздухе). Крыса прожила 30 дней, тогда как другие крысы, получившие такую же дозу, но дышавшие нормальным воздухом, погибли сразу. Известно также, что существуют химические соединения, снижающие содержание кислорода в тканях организма. Отсюда, казалось бы, можно сделать простой вывод: надо найти лекарство, которое уменьшало бы количество кислорода в организме и увеличивало бы его стойкость к облучению. Но сделать это оказалось не так просто, как кажется. Ведь кислород необходим для жизнедеятельности организма, и любое уменьшение питания организма кислородом приводит к весьма тяжелым последствиям. Ученые испытали свыше 1800 химических соединений, из которых выбрали несколько пригодных. К ним принадлежат цианид, серотонин, пирогаллон, триптамин, цистеин и другие с весьма трудными для запоминания названиями. Но долгое время не удавалось решить проблему побочного вредного влияния этих лекарств на организм. Опыты на животных и людях показали, что эти средства прекрасно действовали против облучения, но сами оказывали нежелательное, вредное воздействие. И только лишь совсем недавно удалось создать сложное химическое соединение, которое оказалось безвредным и превосходно действовало против большой дозы облучения. Именно таблетки, изготовленные на основе упомянутого соединения, ты и принимал сегодня и несколько дней до начала нашего путешествия. Благодаря этому средству мы превосходно защищены от вредного влияния космических лучей.

Я должен еще добавить, что во время поисков действенного средства против облучения ученые случайно открыли превосходное средство против раковой болезни.

Читатель, по-видимому, уже догадался, что беседа отца с сыном на борту космического корабля выдумана автором. Дело в том, что автору хотелось наглядно показать опасность космической радиации и возможность противодействия ее последствиям с помощью химических средств защиты, поиски которых ведутся во всем мире. Уже испытано свыше 2000 различных химических соединений, и получены обнадеживающие результаты. Но до сих пор не удалось найти безопасных и действенных таблеток против облучения; еще не найдено лекарство и против бича человечества - рака.

Защита от космического излучения стала главной проблемой космонавтики, космобиологии и космомедицины. Уже теперь приходится заботиться о защите экипажей космических кораблей от действия космического излучения. А в недалеком будущем, надо полагать, опасность со стороны космического излучения при полетах в далекий космос будет больше, чем теперь. Наиболее опасным следует считать солнечные протуберанцы - источник весьма интенсивного излучения, столь мощного, что в космосе оно свободно сможет проникнуть сквозь стенки космического корабля и поразить находящихся на его борту космонавтов.

Не исключено, что в космосе существуют зоны или облака космических частиц, захваченных магнитными полями. Можно опасаться, что такие облака вдали от Земли будут опаснее поясов Ван-Аллена.

Возможно, что подобные пояса окружают не только Землю. Мы точно знаем, что их нет вокруг Луны, но что касается других планет, то никакой уверенности в отсутствии опасных поясов вокруг них у нас нет.

Трудно даже питать надежду, что будет найден материал, способный защитить космонавтов от проникающих внутрь корабля или скафандра вредоносных космических лучей. По-видимому, более реальным является получение медикаментов, способных предотвратить последствия облучения, тем более, что космонавты не всегда будут находиться в кабине корабля. Ведь во время длительного космического полета всегда может появиться необходимость выхода наружу для производства ремонта корабля в открытом космосе. При наличии мощного излучения космонавт подвергся бы большой опасности.

Похоже будет обстоять дело на поверхности Луны, где отсутствует атмосфера и нет магнитных поясов. Космические лучи беспрепятственно попадают на Луну, так как не встречают здесь никаких помех. А ведь трудно себе представить, что после «прилунения» космонавты будут передвигаться по Луне на неуклюжих бронированных машинах. Им же придется выполнять множество сложных операций и работ, для чего нужна определенная свобода движений.

Вся проблема защиты человека от космического излучения требует еще многих усилий со стороны исследователей, требует раскрытия множества тайн, решения крупных задач. Мы знаем, что человечество находится на пороге путешествия на Луну, и что такое путешествие можно осуществить уже при нынешнем уровне техники. Но вот биологические проблемы все еще очень далеки от удовлетворительного разрешения.

Астрономические исследования показали, что активность Солнца периодически меняется, и что цикл изменений составляет примерно 11,2 лет. Как правило, симптомом роста активности Солнца являются пятна, появляющиеся на солнечном диске. Пятна эти наблюдаются уже сотни лет, но только в последнее время были раскрыты связанные с ними некоторые закономерности.

Если рассматривать ближайшее прошлое, то максимальная солнечная активность наблюдалась в 1958 году, когда на Солнце было отмечено 250 пятен. После весьма бурного периода пятна на Солнце стали постепенно исчезать, и их минимальное число наблюдалось в июне 1964 года.

Связано ли появление протуберанцев на Солнце с появлением пятен - еще неизвестно. Мнения ученых на этот счет расходятся. Известно, однако, что не все протуберанцы одинаково опасны для космических путешествий. В течение 1955–1959 годов на Солнце наблюдалось около 30 крупных извержений, из которых только 6 были источником опасного для космонавтики излучения. Остальные 24, хотя и были причиной появления потоков космических частиц (в основном протонов), но уже при нынешнем уровне защитных средств опасность их была сравнительно невелика.

После периода увеличенной активности на Солнце наступает период относительного спокойствия. Точное изучение этих периодов весьма важно для космонавтики, так как дает возможность устанавливать такие сроки полетов, которые гарантировали бы их максимальную безопасность. Когда писалась эта книга (1964–1965), мы находились в периоде «спокойного Солнца». Ученые интенсивно работали над изучением солнечной активности, чтобы полученные данные использовать потом для космических полетов. В деле такого изучения огромное значение приобретает международное сотрудничество - ведь объем заданий превышает возможности одной какой-либо страны. К счастью, сотрудничество развивается успешно. По примеру исследований, проведенных во время Международного геофизического года, когда ученые нескольких десятков стран, одновременно и общими силами, исследовали явления жизни нашей планеты, многие ученые сотрудничают теперь в исследованиях по программе «года спокойного Солнца».

Эти исследования проходят успешно. Советские специалисты из Крымской обсерватории установили, что появление протуберанцев на Солнце сопровождается характерным изменением солнечных пятен. Оказалось, что на основе изучения этих изменений можно заранее, с большой степенью точности, предвидеть радиоактивную «погоду» в космосе, что дает возможность сознательно выбирать время старта космических кораблей.

Вероятно, уже в недалеком будущем можно будет организовать Международное бюро космического излучения (по образцу действующих теперь метеорологических станций), от предсказаний которого будет зависеть срок старта космических кораблей.

Примечания:

К моменту выхода этой книги на русском языке в СССР начал работать ускоритель, сообщающий энергию 70 миллиардов электрон-вольт.

Эти пояса открыты одновременно и советским ученым Верновым, так что их правильнее называть поясами Ван-Алпена-Вернова. По последним сведениям этих поясов не два, а три.

В нашем теле кислород отвечает за процесс выработки энергии. В наших клетках только благодаря кислороду происходит оксигенация — превращение питательных веществ (жиров и липидов) в энергию клетки. При снижении парциального давления (содержания) кислорода во вдыхаемом уровне – снижается его уровень в крови — снижается активность организма на клеточном уровне. Известно, что более 20% кислорода потребляет головной мозг. Дефицит кислорода способствует Соответственно, при падении уровня кислорода страдают самочувствие, работоспособность, общий тонус, иммунитет.
Важно также знать, что именно кислород может выводить из организма токсины.
Обратите внимание, что во всех иностранных фильмах при аварии или человеку в тяжелом состоянии медики экстренных служб первым делом надевают пострадавшему кислородный аппарат, чтобы поднять сопротивляемость организма и повысить его шансы на выживание.
Лечебное воздействие кислорода известно и используется в медицине с конца XVIII века. В СССР активное использование кислорода в профилактических целях началось в 60х годах прошлого века.

Гипоксия

Гипоксия или кислородное голодание — пониженное содержание кислорода в организме или отдельных органах и тканях. Гипоксия возникает при недостатке кислорода во вдыхаемом воздухе и в крови, при нарушении биохимических процессов тканевого дыхания. Вследствие гипоксии в жизненно важных органах развиваются необратимые изменения. Наиболее чувствительными к кислородной недостаточности являются центральная нервная система, мышца сердца, ткани почек, печени.
Проявлениями гипоксии являются нарушение дыхания, одышка; нарушение функций органов и систем.

Вред кислорода

Иногда можно услышать, что «Кислород – окислитель, который ускоряет старение организма».
Здесь из верного посыла делается неверный вывод. Да, кислород – окислитель. Только благодаря ему питательные вещества из пищи перерабатываются в энергию организма.
Страх перед кислородом связан с двумя исключительными его свойствами: свободными радикалами и отравлением им при избыточном давлении.

1. Что такое свободные радикалы?
Некоторые из огромного количества постоянно протекающих окислительных (вырабатывающих энергию) и восстановительных реакций организма не завершаются до конца, и тогда образуются вещества с нестабильными молекулами, имеющими на внешних электронных уровнях неспаренные электроны, называемые «свободные радикалы». Они стремятся захватить недостающий электрон у любой другой молекулы. Эта молекула, превратившись в свободный радикал, похищает электрон у следующей, и так далее..
Зачем это нужно? Определенное количество свободных радикалов, или оксидантов, жизненно необходимо организму. Прежде всего — для борьбы с вредными микроорганизмами. Свободные радикалы используются иммунной системой в качестве «снарядов» против «интервентов». В норме в организме человека 5% образовавшихся в ходе химических реакций веществ становятся свободными радикалами.
Главными причинами нарушения естественного биохимического равновесия и роста количества свободных радикалов ученые называют эмоциональный стресс, тяжелые физические нагрузки, травмы и истощение на фоне загрязнения воздуха, употребления в пищу консервированных и технологически неправильно переработанных продуктов, овощей и фруктов, выращенных с помощью гербицидов и пестицидов, ультрафиолетового и радиационного облучения.

Таким образом, старение — это биологический процесс замедления деления клеток, а ошибочно связываемые со старением свободные радикалы — естественные и необходимые организму механизмы защиты и их вредоносное воздействие связано с нарушением естественных процессов в организме негативными факторами окружающей среды и стрессом.

2. «Кислородом легко отравиться».
Действительно, избыток кислорода опасен. Избыток кислорода вызывает увеличение количества окисленного гемоглобина в крови и снижение количества восстановленного гемоглобина. И, поскольку именно восстановленный гемоглобин выводит углекислый газ, его задержка в тканях приводит к гиперкапнии – отравлению CO2.
При переизбытке кислорода растет число свободнорадикальных метаболитов, тех самых страшных «свободных радикалов», которые обладают высокой активностью, действуя в качестве окислителей, способных повредить биологические мембраны клеток.

Ужасно, правда? Сразу хочется перестать дышать. К счастью, для того, чтобы отравиться кислородом, необходимо повышенное давление кислорода как, например, в барокамере (при оксигенобаротерапии) или при погружении со специальными дыхательными смесями. В обычной жизни такие ситуации не встречаются.

3. «В горах мало кислорода, зато много долгожителей! Т.е. кислород вреден».
Действительно, в Советском союзе в горных районах Кавказа и в Закавказье был зарегистрировано некоторое число долгожителей. Если же посмотреть на список верифицированных (т.е. подтвержденных) долгожителей мира за всю его историю, то картина не будет такой очевидной: старейшие долгожители, зарегистрированные во Франции, США и Японии в горах не жили..

В Японии, где до сих пор живет и здравствует самая старая женщина планеты Мисао Окава, которой уже более 116 лет, находится и «остров долгожителей» Окинава. Средняя продолжительность жизни здесь у мужчин - 88 лет, у женщин - 92; это выше, чем в остальной Японии, на 10-15 лет. На острове собраны данные о семистах с лишним местных долгожителей старше ста лет. Там говорят, что: «В отличие от кавказских горцев, хунзакутов Северного Пакистана и других народностей, похваляющихся своим долголетием, все окинавские акты рождения с 1879 года задокументированы в японском семейном реестре - косэки». Сами окинвацы считают, что секрет их долголетия покоится на четырех китах: диета, активный образ жизни, самодостаточность и духовность. Местные жители никогда не переедают, придерживаясь принципа «хари хачи бу» - наесться на восемь десятых. Эти «восемь десятых» у них состоят из свинины, водорослей и тофу, овощей, дайкона и местного горького огурца. Старейшие окинавцы не сидят без дела: они активно работают на земле, и их отдых тоже активен: больше всего они любят играть в местную разновидность крокета.: Окинаву называют самым счастливым островом – там нет свойственной крупным островам Японии спешки и стресса. Местные жители привержены философии юимару - «добросердечное и дружеское совместное усилие».
Интересно, что как только окинавцы переезжают в другие части страны, то среди таких людей уже не встречается долгожителей.. Таким образом, ученые, изучающие этот феномен выяснили, что в долгожительстве островитян генетический фактор роли не играет. А мы, со своей стороны, считаем крайне важным, что Окинавские острова находятся в активно продуваемой ветрами зоне в океане, и уровень содержания кислорода в таких зонах фиксируют как наиболее высокий – 21,9 – 22% кислорода.

Поэтому, задача системы OxyHaus не столько ПОВЫСИТЬ уровень кислорода в помещении, сколько ВОССТАНОВИТЬ природный его баланс.
В насыщенных естественным уровнем кислорода тканях организма ускоряется процесс обмена веществ, происходит «активация» организма, повышается его сопротивление негативным факторам, растет его выносливость и эффективность работы органов и систем.

Технология

В кислородных концентраторах Atmung применена разработанная NASA технология PSA (процесс абсорбции переменного давления). Внешний воздух проходит очистку через систему фильтров, после чего прибор при помощи молекулярного сита из вулканического минерала цеолита выделяет кислород. Чистый, почти 100% кислород подается потоком под давлением 5-10 литров в минуту. Этого давления дкостаточно, чтобы обеспечить природный уровень кислорода в помещении площадью до 30 метров.

Чистота воздуха

«Но ведь на улице грязный воздух, а кислород переносит с собой все вещества».
Именно поэтому в системах OxyHaus установлена трехступенчатая система фильтрации входящего воздуха. И уже очищенный воздух попадает на цеолитовое молекулярное сито, в котором отделяется кислород воздуха.

Опасность/безопасность

«Чем опасно применение системы OxyHaus? Ведь кислород взрывоопасен».
Применение концентратора безопасно. В промышленных кислородных баллонах существует опасность взрыва, поскольку в них кислород под высоким давлением. В кислородных концентраторах Atmung, на базе которых построена система, нет горючих материалов, в них использована технология PSA (процесс адсорбции переменного давления), разработанная NASA, она безопасна и проста в эксплуатации.

Эффективность

«Зачем мне ваша система? Я могу снизить уровень СО2 в помещении открыв окно и проветрив»
Действительно, регулярное проветривание очень полезная привычка и мы также его рекомендуем для снижения уровня СО2. Однако, городской воздух нельзя назвать по-настоящему свежим – в нем, кроме повышенного уровня вредных веществ, снижен уровень кислорода. В лесу содержание кислорода около 22%, а в городском воздухе – 20,5 – 20,8%. Эта кажущаяся незначительной разница ощутимо влияет на организм человека.
«Я попробовал подышать кислородом и ничего не почувствовал»
Воздействие кислорода не стоит сравнивать с воздействием энергетиков. Положительное воздействие кислорода имеет накопительный эффект, поэтому кислородный баланс организма необходимо пополнять регулярно. Мы рекомендуем включать систему OxyHaus на ночь и на 3-4 часа в день во время физических или интеллектуальных нагрузок. Использование системы 24 часа в сутки не обязательно.

«В чем разница с очистителями воздуха?»
Очиститель воздуха выполняет только функцию уменьшения количества пыли, но не решает проблему баланса уровня кислорода духоты.
«Какая концентрация кислорода в помещении является наиболее благоприятной?»
Наиболее благоприятно содержание кислорода близкое к такому же, как в лесу или на берегу моря: 22%. Даже если у вас, за счет естественной вентиляции, уровень кислорода будет чуть выше 21% — это благоприятная атмосфера.

«Можно ли отравиться кислородом?»

Кислородное отравление, гипероксия, — возникает вследствие дыхания кислородосодержащими газовыми смесями (воздуха, нитрокса) при повышенном давлении. Отравление кислородом может произойти при использовании кислородных аппаратов, регенеративных аппаратов, при использовании для дыхания искусственных газовых смесей, во время проведения кислородной рекомпрессии, а также вследствие превышения лечебных доз в процессе оксигенобаротерапии. При отравлении кислородом развиваются нарушения функций центральной нервной системы, органов дыхания и кровообращения.