Ник Лэйн - Кислород. Молекула, изменившая мир

Но, как выясняется, Каннингем был недостаточно настойчив. Несмотря на сложную историю, кислородная терапия все-таки получила теоретическое обоснование в начале ХХ в. благодаря трудам знаменитого шотландского врача Джона Скотта Холдейна (отца биолога Дж. Б. С. Холдейна). Холдейн был экспертом в области глубоководной медицины, а в годы Первой мировой войны занимался лечением больных, пострадавших от отравления хлором. Результаты своих исследований он суммировал в новаторской книге «Дыхание», опубликованной в 1922 г., в которой утверждал, что некоторые пациенты с респираторными, сердечно-сосудистыми и инфекционными заболеваниями поддаются лечению с помощью длительных ингаляций кислорода. Он считал, что при правильной подаче кислорода лечение может не только быть паллиативным, но и останавливать дегенеративные процессы, позволяя организму восстановить утерянное равновесие.

На таких же принципах основана и современная кислородная терапия, хотя даже сегодня мы толком не знаем, насколько благотворным может быть действие кислорода. Результаты обширных клинических испытаний, опубликованные в январе 2000 г. в престижном журнале New England Jоиrnal оf Medicine , показали, что вдыхание 80% кислорода на протяжении двух часов после хирургических операций на толстой и прямой кишке вдвое снижало риск развития раневых инфекций по сравнению с рутинной практикой (вдыхание 30% кислорода). Тот факт, что такое простое лечение дает столь заметные результаты, является весьма обнадеживающим. Но очень показательно, что в наши дни методы лечения XIX в. все еще могут быть медицинской сенсацией. Этот пример демонстрирует, кроме прочего, насколько деятельность мошенников и шарлатанов может затормозить прогресс науки.

Еще одна причина осторожных высказываний Холдейна заключается в возможной токсичности кислорода. Вот что он писал:

«Необходимо принимать во внимание возможную опасность длительного вдыхания чистого кислорода и сопоставлять ее с риском от прекращения кислородной терапии. Никаких общих правил здесь не существует. Ход лечения должен быть выбран врачом на основании тщательного обследования пациента с привлечением всего имеющегося опыта и знаний».

Понятно, что врачи предпочитают быть осторожнее, но в чем же, собственно, состоит риск? Возможно, сдержанное высказывание Холдейна воспринимается как сухая теория, однако кислород, особенно под давлением, может вызывать серьезные физиологические реакции, что было известно Холдейну на oсновании практики глубоководных погружений.

В обычных условиях токсичность кислорода проявляется медленно и скрыто. Многие пациенты в больницах получают кислородную терапию, проводят сутки или даже недели в кислородных палатах или вдыхают кислород в барах без каких-либо негативных последствий для здоровья. Космонавты часто дышат чистым кислородом на протяжении недель, хотя давление воздуха в кабине космического корабля составляет лишь треть атмосферного давления, так что дыхание чистым кислородом в космосе соответствует вдыханию 33% кислорода. Связь давления и концентрации кислорода в атмосфере объясняет гибель в огне трех американских астронавтов во время наземных испытаний корабля «Апполон-1» в 1967 г. В космосе в кабине корабля всегда поддерживается повышенное давление по сравнению с окружающим вакуумом, поэтому ракеты конструируют таким образом, чтобы они могли выдерживать большой перепад давления. По этой причине в кабине «Аполлона-1» даже во время тренировок создавалось повышенное давление. К сожалению, кабину заполняли не воздухом, а чистым кислородом. Это означает, что содержание кислорода составляло не 33, а 130%. Искра в электропроводке в этой обогащенной кислородом среде немедленно вызвала сильнейший пожар, и за считанные минуты температура повысилась до 2500 °С.

Но кислород не только горюч, он токсичен при вдыхании. Токсичность зависит от концентрации кислорода и длительности процедуры. Обычно люди могут дышать чистым кислородом сутки или двое, но более длительное воздействие бывает опасным. Если же концентрация кислорода растет за счет повышения давления, токсическое действие может оказаться очень серьезным.

О токсичности кислорода стали говорить в конце XIX в., когда появилось первое снаряжение для водолазов. Водолазы погружались в воду вместе с дыхательными аппаратами, обычно наполненными чистым кислородом. Под давлением воды кислород компрессировался, и вдыхание чистого кислорода на глубине ниже восьми метров вызывало состояние, напоминающее эпилептический припадок, а потеря сознания под водой может закончиться трагически.

Кислородные конвульсии подробно описал французский физиолог, профессор Сорбонны Поль Берт. В знаменитой монографии, опубликованной в 1878 г., Берт обсуждал влияние давления кислорода на состояние животных, помещенных в барокамеру. При очень высокой концентрации кислорода через считанные минуты у животных начинались конвульсии и наступала смерть. Еще через десять лет, в 1899 г., шотландский физиолог Джеймс Лоррен Смит показал, что такой же смертельный, хотя и отсроченный, эффект может наблюдаться даже после вдыхания кислорода в более низкой концентрации. У животных, помещенных в cpeду с 75% кислорода и выше, даже при нормальном атмосферном давлении через некоторое время начинались очень серьезные воспалительные процессы в легких, отчего животные погибали через несколько дней. По этой причине концентрация кислорода в больничном оборудовании всегда очень строго контролируется. Однако для водолазов конвульсии и повреждение легких по-прежнему остаются реальной угрозой. Имена Поля Берта и Джеймса Лоррена Смита навсегда сохранились в терминологии аквалангистов [4] Эффект Поля Берта — острая мозговая форма кислородной интоксикации; эффект Лоррена Cмита — хроническая легочная форма отравления. — Примеч. пер. .

Многие дайверы с баллонами, наполненными чистым кислородом, остерегаются погружаться на очень большую глубину, однако у моряков иногда нет выбора. В опубликованных в 1942 г. «Правилах аварийной эвакуации с подводных лодок Королевского военного флота» были перечислены симптомы кислородного отравления:

«покалывание в пальцах рук и ног и подергивание мышц (особенно рта); конвульсии и потеря сознания, вслед за которыми, если не приняты меры, наступает смерть».

Военные аквалангисты во время войны выдумали ужасного монстра по имени Кислород Пит, который прятался на дне и поджидал неосторожных ныряльщиков. На языке моряков «встретить Пита» означало отравиться кислородом.

Очевидно, необходимо было более детально прояснить суть кислородного отравления и строго определить пределы человеческих возможностей и оптимальный состав газовых смесей. Королевский морской флот Великобритании поручил Дж. Б. С. Холдейну продолжить дело, начатое его отцом. Холдейн всегда предпочитал ставить эксперименты на самом себе, и в данном случае он подвергал себя и своих коллег воздействию разной концентрации кислорода при разном давлении и замечал время до начала конвульсий [5] В знаменитом эссе «О том, как быть собственным подопытным кpoликoм», посвященном опытам на самом себе и опубликованном в 1928 г., Холдейн писал: «Чтобы делать с собаками то, что можно делать с обычными студентами-медиками, нужно получить разрешения в трех экземплярах, подписанные двумя архиепископами». Ему также казалось странным, что лишь немногие химики пытаются узнать, что значит почувствовать самого себя более кислым, более щелочным или более разбавленным. . Вдыхание чистого кислорода под давлением в семь атмосфер вызывало конвульсии уже через пять минут. Позднее Холдейн писал: