Барометрическое давление (1870 - 1880)

Влияние пониженного давления газовой среды на животных и человека

В течение более десяти лет, с 1865 по 1878 г., Поль Бер, уже зрелый ученый и весьма искусный экспериментатор, систематически с большим упорством и энергией изучал влияние на организм различных видов живых существ пониженного и повышенного барометрического давления. Результаты этой работы он обобщил в книге "Барометрическое давление" (1878 г.).

Для того чтобы оценить вклад ученого в ту или иную область науки, необходимо четко представить себе, что было сделано до него, что было известно из наблюдений и экспериментов, какие теоретические концепции были выдвинуты для объяснения природы явлений, обнаруженных в результате проведения этих наблюдений и экспериментов. В связи со сказанным кратко остановимся на истории вопроса, которому была посвящена в значительной степени книга Бера.

Галилей первым высказал мысль о том, что воздух оказывает давление на поверхность Земли. Э. Торичелли - ученик Галилея - в 1640 г. изобрел барометр. Это позволило определить давление воздушной атмосферы на Землю. Оно оказалось на уровне моря равным 760 мм рт. ст. В 1648 г. Б. Паскаль предложил Перье поднять барометр па гору Пюи де Дом. Он полагал, что с подъемом на высоту давление воздуха на поверхность Земли должно снижаться. Действительно, в соответствии с предположением Паскаля, столбик ртути барометра по мере подъема на гору Пюи де Дом непрерывно падал. Этим впервые доказано, что подъем на высоту сопровождается снижением барометрического давления.

Какое влияние понижение барометрического давления оказывает на человека и на животных? На этот вопрос достаточно ясного и четкого ответа долгое время (фактически до работ Бера) не было.

Первые сведения о влиянии пониженного барометрического давления на организм человека теряются в далеком прошлом. Они связаны с описанием действия высокогорного климата. Бероятно, одно из самых ранних указаний па болезнетворное действие разреженного воздуха принадлежит Аристотелю, ошибочно полагавшему, что па горе Олимп (2985 м) человек не может жить, так как "не может дышать воздухом, слишком топким для дыхания"*. Несколько позже (336 г. н. э.) греческий историк Плутарх в описании походов Александра Македонского отмечал, что при переходах через горные хребты легионеры часто жаловались на головную боль и недомогание, т. е., но существу, он указал на два наиболее распространенных симптома горной болезни. В дальнейшем многие путешественники: географы, купцы, монахи, естествоиспытатели - в путевых заметках описывали различные симптомы горной болезни, которой они страдали во время пребывания в высокогорных районах. Так, испанский иезуит Акоста, путешествовавший в 1590 г, в южноамериканских Кордильерах, писал: "Я убедился, что воздух здесь настолько нежен и тонок, что является несоразмерным с дыханием человека, нуждающегося в более грубом воздухе, и я полагаю, что именно эта причина так сильно действует на желудок и нарушает все другие функции"**.

*(Сергеев А. А. Очерки по истории авиационной медицины. М.: Изд-во АН СССР, 1962, с. 4.)

**(Bert P. La pression barornetrique. Paris, 1878, p. 26.)

В 1666 г. Р. Бойль обнаружил, что угасание жизни животных в условиях непрерывно нарастающего разрежения воздуха совпадает с угасанием горящей свечи. Кислород не был известен Бойлю, и он, разумеется, не смог правильно объяснить это явление. "Это не был недостаток воздуха, который убил бы животное,- констатировал Бойль,- но давление в его грудной полости не было уравновешено с давлением вдыхаемого воздуха, и эта разница в давлении была настолько большой, что держало растянутой грудную клетку и препятствовало ее сокращению, легкие и их сосуды были настолько сжаты, что кровообращение нарушалось..."* Примечательно, однако, что такое чисто физическое объяснение механизма действия разреженного воздуха все же, по-видимому, самого Бойля не удовлетворяло, и он высказал мысль о том, что, "может быть, имеется какое-нибудь применение воздуха, которого мы еще хорошо не понимаем, но которое делает его настоятельно необходимым для жизни животных"**. Возможно, Бойль знал и труды Галена, который полагал, что горение поддерживается тем же, чем и жизнь, и который высказал гениальную догадку о том, что если бы люди узнали химический состав воздуха, то стала бы понятной и животная теплота. Возможно, эта мысль была высказана Бойлем в связи с мнением голландского ученого Корнелия Дроббеля, утверждавшего, что воздух имеет сложный химический состав, одна из частей которого используется животными и людьми для дыхания.

*(См.: Boyle R. New experiments physico-mechanical touching the spring the air. Oxford, 1666, p. 342.)

**(Ibid., p. 342.)

Роберт Бойль

Пробел знаний о химическом составе воздуха и, разумеется, о биологической роли О₂ и отсутствие необходимых научных сведений о функции дыхания являлись непреодолимым препятствием на пути Бойля и его современников в их попытке формировать научно обоснованное представление о механизме повреждающего действия пониженного барометрического давления на организм животных и человека. Для того чтобы лучше понять и оценить значение работ Бера, целесообразно кратко остановиться на истории развития знаний о биологической роли воздуха и функции дыхания.

Греческие философы познавали мир, окружающую природу единственным методом - посредством наблюдения. На основании впечатлений они строили умозаключения, которые порой оказывались оторванными от непосредственных наблюдений и становились уже плодом воображения. Результатом такого философствования были многочисленные заблуждения, которые современниками воспринимались как откровения, как истинные знания. Философы древней Эллады считали воздух одним из основных элементов.

Антуан Лоран Лавуазье

Сейчас нам эти представления кажутся крайне наивными, однако если мы опять обратимся к истории науки, то придем к заключению, что до работ Лавуазье, т. е. почти до конца XVIII в., представление о воздухе как элементе сохранялось в большинстве научных трактатов. Здесь следует снова упомянуть о Бойле и его последователях, которые эпизодически высказывали догадки о том, что воздух - сложное вещество, в состав которого входит и элемент, необходимый для дыхания. Но догадки остаются только догадками, хотя они, вероятно, сыграли определенную роль, так как стимулировали к поиску тех элементов, из которых состоит воздух.

Джозеф Пристли

Итак, тайна воздуха существовала фактически более 2000 лет, если считать началом ее первое высказывание о воздухе греческих философов и счастливым концом экспериментальные работы Лавуазье, проведенные в 1773 - 1780 гг., в результате которых было экспериментально установлено, что воздух представляет собой смесь газов, один из которых пригоден для дыхания. Лавуазье сначала описал этот газ, как "наиболее оздоровляющую и наиболее чистую часть воздуха", а затем, уже после открытия кислорода, установил, что этот газ и является O2.

Весьма примечательно, что открытие кислорода не было связано с анализом химического состава воздуха.

Из истории химии известно, что кислород был открыт независимо друг от друга англичанином Д. Пристли (1774 г.) и несколько ранее (1770 г.) шведом Шееле, выделившими О₂ при нагревании окислов металлов и солей. В соответствии с уже сложившейся традицией оба этих исследователя, и особенно Пристли, определенное внимание уделяли вопросу роли открытого им газа "воздуха" для поддержания жизни (дыхания) животных и человека. Пристли, хотя и не сумел преодолеть ошибочных представлений Шталя - основоположника теории о флогистоне - и назвал открытый им газ дефлогистирован-ным воздухом, все же экспериментально установил, что дефлогистированный газ (кислород) является газом, необходимым для дыхания.

Термин "дефлопгстированный воздух" отражает традиционное представление, заимствованное из трудов греческих философов, обозначавшее все газообразные вещества воздухом. Примечательно, что в начальном периоде развития химии была уже высказана, в том числе и I Лавуазье, мысль о том, что воздух - смесь различных газов. При этом Лавуазье, Шееле сначала полагали, что СО₂ является одной из основных частей атмосферного воздуха. Лавуазье считал, что атмосферный воздух состоит из двух основных частей: СО₂ - "связанный воздух") и какого-то "чрезвычайно чистого", годного для дыхания газа.

Пристли принадлежит и второе открытие - токсичность чистого О₂. Он наблюдал, что спустя некоторое время после помещения животных в среду чистого кислорода, они заболевают и гибнут.

Пристли провел исключительно важные эксперименты с животными, впервые показав, что в присутствии зеленых растений, освещенных светом, животные не погибают от удушья в герметически закрытых камерах небольшого объема. Бер в популярных лекциях высоко оценил опыт Пристли. Он писал: "С высоты современных знаний трудно представить себе, что после исследований Лавуазье, открывшего состав воздуха, опытов Пристли, показавшего возобновление необходимой для дыхания части воздуха зелеными растениями, экспериментов Лавуазье и Лапласа, обнаруживших в опыте на животном образование тепла в результате биологического окисления при соответствующем потреблении О₂ и выведении СО₂, представления о функции дыхания оставались еще очень смутными"*.

*(Pristley J. Observation on different kinds of air. London, 1774, p. 106.)

Достаточной ясности по этому вопросу не было. Где в организме осуществляется горение - окисление? Каким образом кислород попадает в необходимых количествах к субстрату окисления? Об этом Лавуазье и его современники не знали. Сам Лавуазье склонялся к ошибочному мнению, полагая, что окислительные процессы протекают только в легких.

Отсутствие научно обоснованного представления о механизме дыхания, о функции легких, о законах, определяющих поступление кислорода из легких в ткани, также препятствовало правильному пониманию механизма неблагоприятного действия пониженного барометрического давления. Правда, отдельные естествоиспытатели на основании исследований Пристли, Лавуазье и Лапласе высказывали предположение, что при снижении барометрического давления снабжение организма кислородом нарушается.

Так, в 1810 г. русский физик П. И. Страхов писал: "Опытами изведано, что в атмосферическом воздухе находится около четвертой доли той материи, которая необходима, нужна для дыхания, а прочие три части составляет такая материя, которая удушает животных. Ежели посадить под колокол пневматической машины какое-нибудь животное и вытянуть сколько можно более воздуха, то животное умрет, ибо лишится вещества, необходимо нужного для его дыхания. К сему мнению присоединится другая причина, погубляющая животных скорее, то есть расширение воздуха, находящегося в разных сосудах тела, равно как в порах жидких его частей..."*. Более определенно о том, что кислородное голодание является основной причиной, определяющей развитие болезнетворного действия на организм человека разреженного воздуха во время пребывания в горах, писал в 1861 г. Журдане. Он предполагал, что развитие горной болезни обусловлено обеднением крови кислородом, т. е. развитием "апоксемии". Таким образом, к середине XIX в., казалось, уже почти была определена основная причина, вызывающая недомогание у путешественников во время их пребывания в горах, и вскрыта опасность, которая ожидает аэронавтов в полетах на большие высоты на аэростатах. Однако, несмотря на это, строгого доказательства того, что кислородное голодание - основная причина, определяющая нарушение жизнедеятельности организма в перечисленных выше ситуациях, еще не было. Большинство научных статей, заметок путешественников и медицинских книг до выхода в свет книги Бера "Барометрическое давление" содержали ошибочные представления относительно механизма влияния разреженного воздуха на организм.

*(Страхов П. И. Краткое начертание физики. СПб., 1810, с. 105.)

Для отчетливого осознания биологической роли О₂ и утверждения кислородного голодания как одной из центральных проблем физиологии и патологии существенное значение имели исследования Клода Бернара. В середине XIX в. он сформулировал представление о "внутренней среде" организма и многочисленными примерами сумел доказать, что постоянство внутренней среды, т. е. химического состава крови и околоклеточной жидкости, является важнейшим условием для "свободной жизни" - сохранения нормальной жизнедеятельности высокоорганизованных животных. Примечательно, что, утверждая принцип сохранения постоянства внутренней среды - гомеостаз, Бернар привел для примера три химических вещества, постоянство содержания которых во внутренней среде имеет чрезвычайно важное значение, одним из них был кислород. Выдвинув в физиологических исследованиях на первый план адаптацию к изменяющимся условиям "космической" среды, Бернар, которого можно считать основоположником экологической физиологии, способствовал прогрессу в изучении проблемы кислородного голодания: он направил мысль исследователей на поиски физиологических механизмов, ответственных за поддержание постоянного уровня О₂ во внутренней среде,

Бер - последователь и ученик Бернара, глубоко воспринял научную концепцию своего учителя и последовательно развивал ее при изучении влияния на организм пониженного и повышенного барометрического давления. Он положил начало систематическому экспериментальному изучению влияния пониженного барометрического давления на организм животных и человека. В 1868 г. им была сконструирована барокамера, в которой он проводил исследования не только с животными, но и с людьми.

Было бы односторонним связывать интерес Бера к изучению влияния на живые организмы пониженного барометрического давления только с исследованиями Бернара. Безусловно, эта проблема привлекла к себе внимание Бера в значительной мере и в связи с насущными вопросами горновосхождений и воздухоплавания.

Титульный лист работы Поля Бера 'Барометрическое давление', Париж, 1878 г.

В середине XIX в. накапливалось все больше и больше сведений о возникновении в горах у людей различных по симптоматике нарушений здоровья - горной болезни; увеличивалась непрерывно и информация о болезнетворном влиянии полетов на большие высоты, т. е. стали известны и проявления высотной болезни. Развитие обоих названных заболеваний было обусловлено влиянием пониженного барометрического давления. Однако каким образом понижение барометрического давления оказывает свое вредное действие на организм человека и животных, не было еще известно. Бер впервые раскрыл основные физиологические механизмы действия понижения барометрического давления на организм и определил пути защиты человека от неблагоприятного влияния больших высот. Это и дает основание считать Бера одним из основоположников высотной физиологии.

В процессе научной деятельности Бер удивительным образом сочетал способность к проведению теоретических исследований, направленных на выяснение законов, определяющих характер физиологических реакций, возникающих при действии на организм различных экстремальных факторов, со способностью к практической реализации результатов, полученных в таких исследованиях. Этот замечательный дар Бера особенно ярко проявился в книге "Барометрическое давление", изданной в Париже в 1878 г., которую историки науки считают наиболее значимым достижением французского ученого. Эта книга итоговая. В ней обобщено большое число экспериментальных исследований самого Бера и всех его предшественников и современников.

Книгу "Барометрическое давление" Бер посвятил своему другу - доктору Дени Журдане. По-видимому, он не только стремился отблагодарить друга, весьма состоятельного человека, за материальную помощь, которую тот на протяжении многих лет оказывал лаборатории Поля Бера, но и хотел отметить значимость творческих заслуг самого Д. Журдане, одного из первых врачей, изучавших влияние горного климата на организм человека. Действительно, Д. Журдане фактически первым указал на то, что причиной горной болезни является кислородная недостаточность, которую он обозначил термином "аноксемия", часто используемым и в наши дни.

Оценивая значение этой мысли, Бер писал: "Ему (Д. Журдане.- В. М.) мы приписываем заслугу правильного объяснения болезней, связанных с понижением барометрического давления, так как именно он столь четко их определил и описал под названием "аноксемия""*.

*(Bert Г. La prcssion barometriqiie, p. V.)

Высоко оценивая научную интуицию Журдане, все же следует помнить: он не получил точных доказательств того, что горная болезнь обусловлена развитием кислородного голодания. Это и побудило его обратиться к Беру с просьбой экспериментально проверить гипотезу. Бер блестяще справился с этой задачей.

В книге "Барометрическое давление" слились воедино теория и практика. Эта книга - своеобразная энциклопедия. Большое место в ней занимает обзор литературы. Он может показаться излишне подробным и охватывающим чрезмерно большой круг вопросов. Специальная глава литературного обзора посвящена географии горных районов. В ней перечислены все основные поселения, включая города, крупные деревни и даже монастыри, расположенные в горных районах различных частей света. Здесь же приведены данные даже о кочевых народах, эпизодически совершающих переходы в горах со стадами домашних животных, в летние месяцы, переходящих на подножный корм. Так, Бер указывает, что киргизы поднимаются летом по склонам Памира и достигают высот 4500 - 4800 м, т. е. границы снегов. Он документально устанавливает, что люди во многих странах постоянно или эпизодически живут и условиях высокогорья и тем самым оказываются подверженными длительному влиянию пониженного барометрического давления. При этом Бера интересует и высотная граница распространения постоянных селений человека, ведь информация об этом важна для представления об естественных границах адаптации человека к пониженному давлению и к гипоксии.

Следующая глава литературной части книги посвящена описанию путешествий в горные районы, которые совершали люди с различной целью. Путешественники и ученые, изучавшие географию высокогорья, описывали появления во время нахождения в горах различных болезненных явлений. В дневниках и книгах они, по существу, оставили первые описания горной болезни. Бер особенно тщательно приводит сведения о развитии горной болезни у испанских солдат - завоевателей Южной Америки, проникших в горные районы Аид. В этих описаниях отмечено, что во время передвижения в горах солдаты страдали от болезни, от утомления, недостатка пищи и холода. Значительное внимание он уделяет запискам иезуита Акосты, который не только сам испытал во время путешествия по Южной Америке горную болезнь, но и проявил интерес к этому заболеванию, расспрашивая и узнавая о нем у жителей Перу. Это заболевание у аборигенов Перу получило название "париачача". Симптомами его являются: общее недомогание, тошнота, рвота, головная боль. Приступы этой болезни могут начаться внезапно. Им же отмечено, что, по-видимому, аналогичные заболевания у аборигенов других горных районов Америки носят несколько названий: "пуна", "сороче" и др.

Бера интересуют высоты, на которых обычно возникает горная болезнь. Согласно описаниям различных путешественников, она может проявляться на высотах от 2500 до 5000 м. При этом вероятность проявления и тяжесть этого заболевания возрастают с увеличением высоты, которую достигает человек. Заметки, собранные Бером о развитии горной болезни в различных горных районах Земного шара: в Северной Америке, горных районах Кордильер, Южной Америке, районах Анд, Европе, Альпах, Азии, горных районах Гималаев, Памира, свидетельствуют о том, что независимо от того, где возникает это заболевание, его симптомы всегда идентичны: головная боль, головокружение, тошнота, рвота, диспепсические явления, приступы удушья.

Бер отмечает, что единое мнение о причинах горной болезни отсутствует, ее этиологию связывают с самыми различными факторами: с развитием тяжелого утомления, обусловленного трудностью передвижения в горах, влиянием климатических особенностей горных районов - с характерной для них резкой сменой температуры, избыточной солнечной радиацией, и, наконец, с непосредственным механическим влиянием пониженного барометрического давления, оказывающего неблагоприятное действие, по мнению многих врачей, на кровообращение и нервную систему.

Как указывает А. А. Сергеев, получившая наибольшее признание теория о механизме повреждающего влияния пониженного барометрического давления на организм человека принадлежала А. Галлеру, который в 1758 г. в книге "Элементы физиологии" утверждал, что уменьшение давления на поверхность тела, неизбежно возникающее при снижении барометрического давления, оказывает механическое действие на кровеносные сосуды - периферические сосуды, расположенные близ поверхности тела, расширяются, и в них устремляется кровь из сосудов внутренних органов и мозга. Снижение при этом кровоснабжения головного мозга и является основной причиной развития горной болезни.

Жозеф Луи Гей-Люссак

В дальнейшем представление о том, что непосредственной причиной горной болезни является механический эффект, обусловленный пониженным барометрическим давлением, получило особенно широкое распространение среди врачей и физиологов. Это ошибочное представление было развито и в трудах русских исследователей -А. Католинского (1862 г.) и Л. Симонова (1876 г.)*. Некоторые исследователи, в частности Журдане, высказывали гипотезу, согласно которой причиной горной болезни является не механическое действие пониженного барометрического давления на организм, а снижение парциального давления кислорода в разреженном воздухе горных районов.

*(Католинский А. О. О действии разреженного и сгущенного воздуха на организм человека и применение сжатого воздуха к лечению болезней. СПб., 1862; Симонов Л. Воздушная терапия. СПб., 1876. )

Бер обстоятельно описал эффекты влияния на организм пониженного давления, которые испытывали аэронавты во время полетов на воздушных шарах. Сведения об этих полетах он представил в строгой хронологической последовательности, начиная с первого полета Пилатра де Розье и маркиза де Арланда, совершенного на монгольфьере 21 ноября 1783 г., включая высотные полеты Глешера, достигшего 10 апреля 1863 г. высоты 7300 м, и полета "Зенита" с аэронавтами Тиссандье, Кроче-Спинелли и Сивелем на борту, покорившими в 1875 г. высоту 8600 м. Этот полет завершился трагически - Кроче-Спинелли и Сивель погибли от недостатка кислорода.

Бер привел многочисленные данные об этих полетах, из которых следует, что на больших высотах аэронавты, как правило, отмечали неблагоприятное влияние разреженной атмосферы на организм. Следует отметить, что приведенные в отчетах аэронавтов сведения, по-видимому, не всегда были достоверны, прежде всего это касается максимальной высоты полета. Так, в представленном Шарлем Бланшаром отчете о полете, совершенном 20 ноября 1785 г., указано, что аэростат достиг высоты 10400 м, что крайне сомнительно; без дополнительного использования для дыхания О₂ достижение такой высоты невозможно. В те годы аэронавты достигали предельно высот 7000 - 8600 м и, поскольку никогда при этом в полетах не пользовались кислородом, страдали от кислородного голодания. В дневниках и в научной прессе они оставили многочисленные, но порою весьма противоречивые описания различных симптомов нарушения самочувствия. Большинство воздухоплавателей отмечали наиболее неблагоприятное влияние большой высоты на головной мозг. Ими были отмечены многочисленные симптомы нарушения деятельности центральной нервной системы, которые проявлялись в изменении эмоционального состояния, в снижении способности выполнять даже простые формы интеллектуальной работы - проводить наблюдения за приборами, считывать показания их шкал и обрабатывать получаемую информацию.

Бер последовательно, в хронологическом порядке приводит записи воздухоплавателей, избегая критических замечаний по поводу их содержания, хотя обращает на себя внимание неоднозначность оценки физиологического действия больших высот на психическое состояние различных воздухоплавателей. Например, Робертсон и Лоест, достигшие в 1803 г. высоты 7200 м, описали свои ощущения крайне эмоционально, сгущая краски: "Мы находились в состоянии беспокойства и общего недомогания. Звон в ушах, начавшийся довольно рано, все усиливался. Испытываемые нами болезненные ощущения походили на те, которые бывают при погружении головы в воду... На этой высоте мы находились в состоянии полного безразличия, когда не жаждешь славы и не горишь страстью к открытиям, даже опасность, зависящая при таком путешествии от малейшего упущения, уже не трогает"*. В то же время другие аэронавты, которые достигали таких же высот, подобных ощущений не испытывали.

*(Тиссандье Г., Фламмарион К. Путешествия по воздуху. М.: Тип Сытина, 1899, с. 70.)

Итак, перед Бером встали определенные трудности. Документация результатов измерения различных параметров полета во многих случаях отсутствовала или нуждалась в уточнениях, а в отдельных - просто приводились ошибочные данные о максимально достигнутой высоте, о температурных условиях, в которых оказывались аэронавты, да и сами отчеты о физиологических сдвигах и ощущениях, возникавших у воздухоплавателей на больших высотах, оказывались весьма разноречивыми и во многих случаях требовали уточнения. Примечательно, что с самого начала возникновения воздухоплавания, несмотря на то что не было никаких официальных установок относительно фиксации "рекордов", соперничество менаду воздухоплавателями проявлялось весьма отчетливо. Многие воздухоплаватели стремились перекрыть в полете высоты, достигнутые предшественниками. Дух соперничества хотя и играл определенную прогрессивную роль, так как способствовал непрерывному совершенствованию конструкции воздушных шаров, но все же приводил в некоторых случаях к необъективному отношению аэронавтов друг к другу и, по-видимому, иногда даже был причиной недобросовестной полетной документации.

Используя опубликованные материалы, освещающие различные полеты и полемику, которая велась между отдельными аэронавтами в периодической печати, Бер весьма корректно и в то же время принципиально оценивает исторические заслуги каждого аэронавта, достигавшего в полете больших высот.

Собранные Бером литературные материалы о неблагоприятном действии пониженного барометрического давления на самочувствие и физиологическое состояние аэронавтов весьма значимы. Они свидетельствуют о том, что на высотах 7000 - 8000 м, даже при кратковременном пребывании на них аэронавтов, во время полетов, как правило, отмечаются существенные нарушения деятельности головного мозга. Эти нарушения проявляются как в изменении эмоционального состояния - сонливость, апатия, потеря интереса к задачам полета и к окружающей обстановке, так и в снижении способности выполнять различные виды интеллектуальной деятельности.

Расстройства деятельности нервной системы с увеличением высоты подъема становятся все более и более выраженными и в некоторых случаях могут приводить к весьма тяжелым последствиям. Так, в полете многие аэронавты на больших высотах оказывались близки к потере сознания, а некоторые теряли его.

В связи с этим заслуживают внимания сообщения Бера о некоторых из этих полетов. Так, в 1862 г. английский метеоролог Глейшер, совершивший совместно с пилотом Коксуэлом высотный полет на воздушном шаре, отметил, что после снижения давления до 274 мм рт. ст. (высота около 8 км) он уже не мог отмечать показаний термометра и определять время по часам. Затем оп утратил способность к движениям, не мог говорить, после чего потерял и зрение. Во время развития паралича он, Глейшер, некоторое время сохранял еще сознание. Его товарищ, пилот Коксуэл, также находился в тяжелом состоянии, однако ему все же удалось, несмотря на парез рук, доползти до веревки, соединенной с клапаном, потянуть ее зубами - открыть клапан и начать спуск воздушного шара и тем самым спасти себя и своего товарища от смертельного недостатка кислорода.

В заключение этого раздела книги Поль Бср останавливается на описании второго высотного полета "Зенита" в 1875 г., который был ему очень хорошо известен: он сам принял деятельное участие в подготовке его участников: Кроче-Спинелли, Сивель и Тиссандье.

Программа научной работы в полете включала многочисленные физические измерения, метеонаблюдения и физиологические исследования. Целью полета было достижение больших высот и, по-видимому, установление высотного рекорда.

До этого полета Кроче-Спинелли и Сивель уже совершали высотные полеты и даже достигали высоты 7000 м. Они отлично представляли себе возможность развития в высотных полетах кислородного голодания. По просьбе этих воздухоплавателей Бер дал аэронавтам рекомендации, направленные на предупреждение развития у них на больших высотах острого кислородного голодания. Бер посоветовал им использовать в полете на больших высотах для дыхания кислород. В связи с тем что запас кислорода был невелик (в те годы хранить кислород ни в жидком, ни в сжатом состоянии еще не умели), то расходовать его в полете необходимо было крайне экономно и только на больших высотах. Сигналом для начала вдыхания О₂, по совету Бера, должно было стать появление ощущения, что он просто необходим.

Бер в работе с аэронавтами "Зенита", по существу, выступил как первый авиационный врач. Именно в процессе подготовки этого полета впервые был установлен непосредственный контакт между воздухоплавателями-испытателями и ирачом-физиологом. Бер не только дал рекомендации по тому, как использовать кислород, по и провел ознакомительные подъемы участников будущего полета в барокамере. Бо время экспериментов в барокамере Кроче-Спинелли пытался определить пороговую высоту, на которой у него отмечается повышение частоты сердечных сокращений, следил за изменениями дыхания и, что существенно, исследовал эффекты вдыхания кислорода на различных высотах.

Здесь следует отметить, что наблюдения за действием разреженной атмосферы на организм человека во время подъема в барокамере Поль Бер рапсе проводил уже в течение нескольких лет. Во многих опытах он участвовал сам и убедился в том, что при ухудшении физиологического состояния на больших высотах кислород оказывает немедленное целебное действие. Действительно, всякий раз, когда оп достигал в барокамере высот порядка 7000 - 8000 м, Бор при ухудшении самочувствия брал ингалятор и после нескольких вдохов обогащенного кислородом воздуха всегда чувствовал себя хорошо. Мог ли он подумать, что во время высотного полета люди, которым он не только рассказывал о болезнетворном действии разреженной атмосферы, но и для ознакомления с этим действием предварительно поднимал в барокамере, где они сами вполне успешно использовали дыхание кислородом, погибнут от кислородного голодания, так как "по какой-то странной причине, как писал Бер впоследствии, не воспользуются им в критической ситуации". В записках известного пилота Г. Тиссандье. включенного в последний момент в экипаж "Зенита", содержится интересная информация о полете. Он писал о том, что принять участие в высотном полете "Зенита" его уговорил Кро-че-Спинелли, которому он очень симпатизировал. Этот восторженный молодой человек, ему было 30 лет, страстно увлеченный воздухоплаванием, инженер по специальности, много трудился над разработкой конструкций аэроплана - летательного аппарата тяжелее воздуха. Кроче-Спинелли говорил ему: "...Нас должно быть трое при полете в высокие области, чтобы мы могли с большей убедительностью подтвердить добытые нами результаты, Да и кто знает: всегда может что-нибудь случиться, А шесть рук значат больше четырех! Кроме того, вам надо подышать кислородом в высоких слоях, чтобы подтвердить, как уже подтвердили мы, действенность и необходимость этого средства"*.

*(Тиссандъе Г., Фламмарион К. Путешествие по воздуху, с. 114.)

Барокамера Полл Бера

Вид барокамеры в разрезе

Воздушный шар "Зенит" стартовал в четверг 15 апреля 1875 г. В гондоле, а точнее, в корзине воздушного шара находились три аэронавта: Тиссандье, Кроче-Спинелли и Сивель. Корзина была привязана к обручу, который в свою очередь был прикреплен к оболочке шара. К обручу были подвязаны и три шаровидных мешка, наполненных смесью воздуха (30%) и кислорода (70%). От нижнего конца каждого мешка шел шланг - каучуковая трубка, которая проходила через флакон, наполненный ароматической жидкостью. Такова была конструкция респираторов, которыми должны были пользоваться воздухоплаватели на больших высотах для предупреждения острого кислородного голодания. В гондоле было много различных приборов: спектроскоп, барометры, термометры различной конструкции и т. д.

В книге Тиссандье и Фламмариона "Путешествие по воздуху" участник полета писал: "В 11 час 32 мин утра мы поднялись, взлетели среди потоков света - этой эмблемы радости и надежд. А через 3 часа после начала путешествия вместо Сивеля и Кроче-Спинелли в корзине лежало два бездыханных тела. Поднявшись более чем на 8000 м над уровнем моря, эти поборники науки и правды задохлись от недостатка воздуха"*.

*(Тиссандъе Г., Фламмарион К. Путешествие по воздуху, с. 112. )

Подъем воздушного шара сначала шел медленно - со скоростью около 2 м/с. На высоте 3300 м случилось небольшое происшествие: из придаточного отверстия неожиданно вырвался светильный газ, которым был заполнен шар, и аэронавты почувствовали неприятный запах. В дневнике Кроче-Спинелли была обнаружена запись: "11 часов 57 минут. Давление 500, температура 1°С. Легкая боль в ушах. Слегка подавленное состояние. Это газ"*. Впоследствии эти строки породили версию, что токсическое действие светильного газа и явилось настоящей причиной смерти Кроче-Спинелли и Сивеля.

*(Там же.)

Тибсандье вполне обоснованно указывает на несостоятельность такой точки зрения. Во-первых, в полетах, в которых он ранее участвовал, случались подобные происшествия, и ему с товарищами доводилось без всяких последствий вдыхать светильный газ, даже в более высокой концентрации, чем в этом полете. Во-вторых, после происшествия с газом Кроче-Спинелли и Сивель чувствовали себя хорошо и лишь спустя некоторое время потеряли сознание. Они погибли на высотах 7000 - 8000 м, Поэтому, по мнению Тиссандье, причиной гибели его товарищей был недостаток кислорода. В дальнейшем это мнение нашло подтверждение в расчетах, проведенных физиологами, в частности И. М. Сеченовым (1880 г.), К такому же заключению пришел и Бер.

Надо заметить, что поначалу все аэронавты "Зенита" помнили о кислороде. Так, Тиссандье в упомянутой выше книге писал: "На высоте 4300 м мы начали вдыхать кислород, но не потому, что мы уже чувствовали необходимость прибегнуть к нему, а просто потому, что хотели убедиться, исправно ли действуют наши приборы"*. Остается неясным, прибегали ли к дыханию кислородом все участники полета на больших высотах. Доказано, что на высоте 7000 м Тиссандье некоторое время дышал кислородом: "Я вдыхаю кислород,- записал он в дневнике. Великолепное действие"**. Однако вскоре он заметил, что Сивель, "обладавший недюжинной физической силой и сангвиническим характером, стал по временам закрывать глаза; он словно засыпал и бледнел"***.

*(Там же, с. 114.)

**(Там же.)

***(Там же, с. 115.)

Экипаж 'Зенита' в полете. Слева направо: Сивелъ, Г. Тиссандье, Кроче-Спинелли

В период подъема на большие высоты аэронавты были заняты различными работами, решив, по словам Тиссандье, "физиологические наблюдения отложить до того момента, когда шар проникнет в воздух высоких слоев атмосферы"*. Правда, до высоты 5300 м участники полета эпизодически определяли друг у друга частоту пульса и дыхания, а термометрические наблюдения проводили до высоты 7000 м, где Тиссандъе сделал следующие записи: "Руки закоченели, чувствую себя хорошо. На горизонте туман и маленькие округленные перистые облака. Мы поднимаемся. Кроче тяжело дышит. Мы вдыхаем кислород, Сивель закрывает глаза. Кроче также закрывает глаза. Температура -10°; 1 час 20 мин. Давление 340. Сивель уснул... 1 час 25 мин; температура -11°, давление 300. Сивель бросает балласт. Сивель опять бросает балласт" *.

*(Там же.)

*(Тиссандье Г., Фламмарион К. Путешествие по воздуху, с. 118.)

Последние слова едва можно разобрать. Они свидетельствуют о том, что Тиссандье страдал от кислородного голодания и уже в течение по крайней мере нескольких минут не вдыхал чистый кислород. Это привело к нарушению деятельности его центральной нервной системы, в частности к изменению почерка и персеверации (многократное повторение отдельных слов и фраз).

Воздушный шар поднялся до высоты 7500 м, и здесь Тиссандье, по-видимому, потерял сознание. Его последнее впечатление: сидящий перед ним Кроче-Спинелли с флаконом кислорода в руках. В книге Тиссандье есть удивительно яркое описание состояния человека перед потерей сознания от кислородного голодания: "Когда вы приближаетесь к высоте 7500 м, тело и дух как-то постепенно, мало-помалу и совсем незаметно для вас, настолько незаметно, что вы даже и не сознаете этого, начинают слабеть. Вы не испытываете никакого страдания; наоборот, вы чувствуете даже какое-то внутреннее довольство, и это внутреннее довольство словно вызывается тем сиянием, теми потоками света, которые вас заливают па этой высоте. Вы ко всему равнодушны; вы не думаете больше ни о вашем опасном состоянии, ни о том, что вас ожидает впереди; вы поднимаетесь и счастливы оттого, что поднимаетесь"*.

*(Там же, с. 119.)

В дальнейшем Тиссандье вспомнил, что он начал испытывать слабость и даже не мог повернуть головы, чтобы посмотреть на своих товарищей. Он хотел взять трубку с кислородом, но не смог, как ему показалось, поднять руки. Однако он помнил, что, несмотря на такое состояние, продолжал следить за показаниями барометра, когда понял, что воздушный шар находится на высоте 8000 м. Затем в его памяти наступил провал, и, как считал Тиссандье, он потерял сознание, а когда пришел в себя, заметил, что шар уже быстро снижался. Тиссандье перерезал веревку одного из мешков с балластом: "Мы спускаемся,- нацарапал он в дневнике,- температура -8°; я бросаю балласт; давление 315. Мы спускаемся. Сивель и Кроче все еще без чувств лежат на дне корзины. Спускаемся очень быстро"*.

*(Там же, с. 120.)

Его товарищи были живы и вскоре пришли в себя. Кроче-Спинелли, заметив, что шар опускается, выбросил из гондолы балласт, одеяло, приборы. Шар вновь стал подниматься. В дальнейшем уровень ртути в специальных запасных барометрах позволил определить минимальную величину давления при этом повторном подъеме - 264 - 262 мм рт. ст., что соответствует высоте, несколько превышающей 8000 м. Во время подъема Тиссандье снова потерял сознание и пришел в себя лишь тогда, когда шар уже опустился до высоты 6000 м. Он увидел лежащих на дне корзины товарищей, подполз к ним, однако оба аэронавта были мертвы.

Описав в воздухе гигантскую букву М, "Зенит" опустился на равнину вблизи Сиран в 250 км от Парижа. Аэронавты не использовали полностью запаса взятого кислорода, хотя находились в течение примерно 1,5 - 2 час на высотах порядка 7000 - 8000 м. Разумеется, если бы даже все члены экипажа дышали периодически кислородом, то запаса его все равно не хватило для столь длительного путешествия на этих высотах.

Сообщение о смерти аэронавтов Кроче-Спинелли и Сивеля потрясло мир. Началось ожипленное обсуждение причины их гибели.

Экспертиза приборов, тщательный анализ барометрических трубок конструкции Жансена свидетельствовали о том, что максимальная высота, которую достиг "Зенит", превышала 8000 м. В дальнейшем удалось вычислить примерную траекторию полета и точнее назвать предельную высоту полета - 8600 м. Эта траектория полета "Зенита" приводится во многих пособиях по высотной физиологии, в частности в книге Холдейна и Пристли "Дыхание".

В прессе появились статьи, в которых журналисты порой высказывали мнение о том, что Поль Бер недостаточно серьезно отнесся к подготовке полета. Весьма примечательно, что Тиссандье в отчетах о полете вполне справедливо указал, что смерть в воздухе его товарищей произошла от недостатка кислорода при чрезмерно длительном пребывании воздушного шара на больших высотах. Единственный оставшийся в живых участник полета не имел никаких претензий к Полю Беру, оставаясь всегда признательным ему за помощь. "Я уверен,- писал Тиссандье,- что Кроче-Спинелли и Сивель жили бы и до сих пор, даже несмотря на то, что они слишком долго пробыли в высоких слоях атмосферы, если б у них хватило сил вдыхать кислород. Вероятно, и они тоже, как я, внезапно потеряли способность двигаться. Весьма возможно, что приводные трубки с живительным воздухом выскользнули из их парализованных рук. Как бы то ни было, эта благородная жертва двух ученых открыла научному исследованию новые горизонты; эти борцы науки своею смертью указали опасность подобных путешествий, чтобы другие научились вернее предвидеть эти опасности и избегать их"*.

*(Тиссандье Г., Фламмарион К. Путешествие по воздуху, с. 130. )

20 апреля 1875 г. при большом стечении народа на кладбище Пер-Лашез состоялись похороны Кроче-Спинелли и Сивеля.

Бер, узнав о гибели своих друзей, сказал, что в этом событии "все странно и все полно величия".

Действительно, могло показаться странным то, что полет, в котором аэронавты знали о влиянии кислородной недостаточности и были готовы с ней встретиться, располагая запасом кислорода для дыхания, погибли именно от недостатка кислорода. Сам Бер, по-видимому, понимал, что степень риска в высотном полете "Зенита" чрезмерно высока. Непосредственно перед полетом он даже советовал аэронавтам взять с собой больше кислорода, что, к сожалению, не было сделано. Очевидно, это и послужило причиной его совета вдыхать кислород эпизодически, по мере появления чувства необходимости в нем. Такой совет, по нашему мнению, нельзя считать вполне правильным: Бер не учитывал, что при кислородном голодании нарушается психофизиологическое состояние человека. Нельзя было рассчитывать, что аэронавты на большой высоте обязательно начнут вовремя пользоваться кислородом. Рекомендацию Бера можно оправдать лишь тем, что лично он во время подъемов в барокамере на высоты 7000 - 8000 м всегда успевал вовремя начинать дыхание кислородом, после чего неизменно хорошо себя чувствовал.

Позже эксперименты, проведенные Дж. С. Холдейном, Дж. Баркрофтом, М. П. Бресткиным и другими советскими исследователями, показали, что у человека при развитии острого кислородного голодания внутренний сигнал опасности отсутствует, эмоциональное состояние изменяется и напоминает то, которое возникает при алкогольном опьянении, результатом чего и является неадекватное поведение и опрометчивые действия, которые в полете могут стать причиной катастрофы. Возможно, это и случилось во время полета "Зенита".

Автор этих строк неоднократно во время исследования R барокамере предлагал испытуемым во время подъемов на высоты 6000 - 8000 м пользоваться кислородом по собственному желанию, в момент, когда они сочтут это нужным. Только в редких случаях испытуемые - здоровые молодые мужчины - вовремя брали кислород. Как правило, они считали, что кислород им не нужен даже тогда, когда уже жестоко страдали от кислородного голодания - теряли работоспособность, не могли решать элементарных тестов и проводить записи самочувствия. У некоторых из них при этом настроение оставалось хорошим, приподнятым, о чем свидетельствовали рисунки и записи, выполненные па высоте.

Рекомендация Бера об использовании кислорода в полете только при появлении ощущения необходимости в нем может быть оправдана и тем, что примерно за год до второго полета "Зенита" ученый поднимал обоих погибших аэронавтов в барокамере, где они на большой высоте успешно пользовались кислородом и отметили его благотворное влияние.

Таким образом, Бер все зависящее от него во время подготовки высотного полета сделал добросовестно. Однако если бы пришлось проводить подготовку полета "Зенита" в настоящее время, с учетом ограниченных возможностей размещений на борту запасов кислорода, то с целью сохранения безопасности такого полета следовало поочередно вдыхать кислород каждым членом экипажа с обязательным наблюдением за состоянием второго члена экипажа*, не пользующегося кислородом и в случае ухудшения его состояния немедленно включить кислород и одновременно провести спуск с высоты. Эта мера предосторожности упредила бы повторный подъем "Зенита" на большие высоты и трагический исход самого полета. Аэронавты пострадали бы от кислородного голодания, но сохранили бы жизнь. Кроме того, необходимо было повысить устойчивость к гипоксии путем проведения тренировки членов экипажа в барокамере в течение 2 - 3 недель с ежедневным пребыванием на все возрастающих высотах без кислорода в течение нескольких часов.

*(Острая гипоксия и гибель аэронавтов могла также быть следствием засасывания ими воздуха через пос при пользовании мундштуком во время дыхания кислородом. (Прим. ред.))

Однако ставить Беру в вину, что он не использовал этих возможностей несправедливо: более 100 лет назад почти ничего не знали об адаптации к гипоксии, о позволяющих ее преодолеть тренировках.

Весть о гибели воздухоплавателей "Зенита" взволновала и передовых ученых в России.

В автобиографических записках И. М. Сеченов пишет, что известие о гибели французских аэронавтов побудило его к размышлению о причинах, по которым могли задохнуться эти люди на высоте 8000 м. Результатом этих размышлений стали теоретические исследования, которые Сеченов обобщил в трех статьях. В них содержится результат большой теоретической значимости - расчет изменения парциального давления кислорода в альвеолярном воздухе в зависимости от барометрического давления. Этот расчет лег в основу дальнейших исследований, в которых была выведена формула для определения парциального давления кислорода в альвеолярном воздухе на различных высотах. Она явилась ключевой для определения величины добавки кислорода на различных высотах, необходимой для нормального обеспечения им человеческого организма. Одновременно Сеченов в этих статьях сформулировал, но существу, закон постоянства состава газов, входящих в альвеолярный воздух. Столь существенный вклад русского ученого в высотную физиологию позволил X. С. Коштоянцу назвать И. М. Сеченова одним из основоположников авиационной медицины.

Узнав о трагической гибели аэронавтов "Зенита >/, Д. И. Менделеев - страстный пропагандист воздухоплавания, в свое время совершивший полет на воздушном шаре, высказался за необходимость создания надежных средств защиты человека от губительного влияния пониженного барометрического давления. Он полагал, что таким средством может стать герметичная гондола или герметический отсек в ней, в которых бы поддерживалось достаточно высокое барометрическое давление и воздух содержал бы нужное количество кислорода. Впервые такая гондола была сконструирована выдающимся бельгийским физиком - инженером и воздухоплавателем Э. Пикаром в 1933 г. В ней он совершил полет на воздушном шаре на высоту, превышающую 15 000 м. В настоящее время герметическими кабинами снабжены все летательные аппараты, совершающие высотные полеты.

В течение 19 лет, прошедших после катастрофы на "Зените", ни один из воздухоплавателей не решался совершать высотные пелеты. Кислородное голодание, его опасное смертельное действие на больших высотах стало препятствием, преодолеть которое решились лишь в 1894 г. аэронавты Берсон и Зюрюнг. Захватив достаточно большой запас кислорода, они совершили полет на воздушном шаре, достигнув высоты 7900 м. В 1901 г. Берсон и Зюрюнг поднялись уже на высоту 11000 м. Во время этих полетов аэронавты непрерывно дышали сжатым кислородом, который хранился в стальных цилиндрах. Однако па высоте 11000 м кислородное обеспечение, по-видимому, в какой-то момент оказалось недостаточным: во время спуска Берсон и Зюрюнг все же потеряли сознание.

Необходимо отметить, что эти воздухоплаватели работали с австрийским физиологом Щреттером и в процессе подготовки к высотным полетам непрерывно совершенствовали высотное оборудование. В частности, Шреттер пришел к заключению о необходимости использования в высотных полетах вместо мундштуков кислородных масок, исключающих подсос воздуха через нос.

Несмотря на то, что в XX в. стала отчетливо ясна роль кислородного снабжения высотных экспедиций, кислородное голодание во многих случаях оставалось причиной гибели некоторых их участников. В первую очередь это касалось пилотов, совершавших высотные полеты. Например, за время второй мировой войны только в боевых вылетах от кислородного голодания погибли 72 человека. Изучение кислородного голодания, возникающего на большой высоте, остается и в настоящее время одной из весьма актуальных проблем, требующей для своего решения глубокого знания механизма влияния на организм пониженного барометрического давления.

И. М. Сеченов

В этой связи основоположника высотной физиологии Поля Бера можно по праву считать и пионером авиационной медицины. Сто лет тому назад этот незаурядный человек после тщательного экспериментального изучения влияния высотной гипоксии на организм животных и человека впервые как врач-физиолог принял непосредственное участие в подготовке высотных полетов на воздушных шарах, на многие годы предвосхитив исследования, которые в дальнейшем привели к формированию таких областей науки, как авиационная и космическая медицина.

Стремление рационально использовать опыт научной работы для решения конкретных практических задач вообще характерно для большинства французских ученых. Эта мысль находит отражение в знаменитых словах Клода Бернара: "Практическая цель всех наук - служить человеку, направляя к его пользе явления природы изученные наукой"* Поль Бер, всегда стремившийся к деятельности на пользу общества, видевший долг ученого в распространении научных знаний в народе, в использовании опытных данных для практической медицины, всегда оставался верен этому гуманному принципу до конца своей жизни.

*(Бернар К. Лекции по экспериментальной патологии. М.; Л, 1937.)

Франсуа Мажанди

В этой связи нельзя не вспомнить замечательного французского физиолога Франсуа Мажанди. Будучи блестящим экспериментатором, он и в своих учениках очень ценил способность проводить физиологический опыт. Он полагал, что задача физиолога сводится к методически скрупулезному осуществлению экспериментов, вскрывающих механизмы различных функциональных отправлений организма. Строго, четко провести эксперимент и точно документально описать его содержание - вот чем, по мысли Мажанди, должен повседневно заниматься исследователь.

Его любимый ученик Клод Бернар прекрасно владел искусством физиологического эксперимента, но он не хотел быть только собирателем многочисленных фактов. Он стремился глубже проникнуть в сущность явления, полагая, что все физиологические отправления имеют определенное биологическое значение.

Бернар впервые сформулировал представление о гомеостазе, о необходимости поддержания па достаточно строгом постоянном уровне параметров внутренней среды для нормальной жизнедеятельности различных клеточных структур и организма в целом. Удерживать постоянство внутренней среды в условиях изменчивой внешней среды, по мнению Бернара,- основная задача, которая должна быть решена различными физиологическими механизмами, регулирующими жизнедеятельность. Иначе говоря, в основе всего лежат адаптивные реакции организма, позволяющие ему приспосабливаться к изменчивым условиям "космической среды". Эту мысль основоположник экологической физиологии многократно излагал почти во всех печатных трудах и лекциях, которые он читал студентам.

Ученики Клода Бернара не только разделяли эту идею, но и развивали ее в своих исследованиях. Наиболее ярко она воплотилась в трудах Поля Бера и И. М. Сеченова. Последний, пропагандируя и разрабатывая идеи Бернара (в лаборатории которого И. М. Сеченов некоторое время работал), неоднократно подчеркивал, что в само определение физиологии как науки помимо организма следует включать и представление о внешней среде, с которой каждый организм непрерывно взаимодействует. Полемизируя в 1876 г. со Страховым, отрицавшим большое значение внешней среды в процессе жизнедеятельности организма, Сеченов утверждал: "Организм без внешней среды, поддерживающей его существование, невозможен, поэтому в научное определение организма должна входить и среда, влияющая на него. Так как без последней существование организма невозможно, то споры о том, что в жизни важнее - среда или самое тело, не имеют ни малейшего смысла"*. Таким образом, Сеченов считал изучение взаимодействия организма с различными факторами внешней среды основной задачей физиологии.

*(Цит. по: Коштоянц X. С. Сеченов. М.: Изд-во АН СССР, 1945, с. 49.)

Такого же мнения придерживался и Поль Бер, посвятивший этой теме - изучению влияния на организм животных и человека повышенного и пониженного барометрического давления - более 10 лет. Результат этих исследований Бер изложил в серии статей и в книге "Сравнительная физиология дыхания", изданной в Париже в 1870 г. Правда, в одной из первых статей (1865 г.), посвященных истории изучения асфиксии, Бер высказывает мысль о том, что при снижении барометрического давления разрежение атмосферного воздуха оказывает неблагоприятное влияние на организм животных в связи с изменением содержания в крови газов, потерей кислорода.

В экспериментальной части книги "Барометрическое давление" Бер обобщил результаты статей, в которых он ранее сообщал о влиянии на организм изменений барометрического давления. Б частности, в первой главе он представил большое количество экспериментальных данных, содержащих информацию о времени сохранения жизни животных при нахождении их в герметических сосудах (стеклянный колокол) и об изменениях химического состава воздуха в момент наступления их смерти при различном барометрическом давлении. В контрольных экспериментах животных помещали в герметические камеры при нормальном барометрическом давлении.

Этот вопрос был ранее исследован такими выдающимися естествоиспытателями, как Антуан Лавуазье и Клод Бернар. Они отмечали, что в процессе пребывания животных в герметических камерах содержание кислорода в воздухе камеры прогрессивно снижается, а содержание углекислого газа возрастает. Беру удалось с большей, чем его предшественникам, точностью определить химический состав воздуха в герметических камерах в момент гибели животных - в большинстве случаев обычных домовых воробьев. По-видимому, Бер избрал воробья подопытным животным не случайно: вероятно, он хотел показать преемственность своих исследований с работами Лавуазье, который ранее также в экспериментах на воробьях исследовал биологическую роль воздуха и доказал, что животные в процессе дыхания непрерывно используют кислород, поступающий в легкие из атмосферного воздуха.

При нормальном барометрическом давлении время сохранения жизни воробьев после помещения их в герметически замкнутые сосуды зависело, разумеется, от объема воздуха, в котором находились птицы. При этом Бер установил, что в момент наступления гибели воробьев процент содержания кислорода в воздухе камеры снижался в 5 - 6 раз, т. е. птицы гибли при снижении О₂ в воздухе до 3 - 4,2% и одновременном повышении в нем содержания СО₂ до 14 - 16%. Принципиально иные результаты были получены в экспериментах с пониженным и повышенным барометрическим давлением. В случаях понижения барометрического давления в герметическом сосуде примерно в 2 раза воздух камеры в момент гибели животного содержал 9 - 10% кислорода и такое же количество СО₂. При этом время сохранения жизни животных в условиях пониженного барометрического давления оказывалось примерно в 2 раза меньшим, чем в опытах, проведенных при нормальном барометрическом давлении. Соотношение же объема, выделенного животным СО₂, к объему, поглощенного им О₂, в обоих случаях было почти одинаковым, в среднем порядка 0,84.

Известно, что при крайне низких величинах барометрического давления животные гибли очень быстро - в течение нескольких минут. Беру было важно узнать, сколь значительно в таких опытах может измениться химический состав воздуха в герметической камере. С этой целью он провел эксперименты, в которых за короткий срок времени снижал в герметических сосудах барометрическое давление до 200 - 175 мм рт. ст., т. е. поднимал животных на высоты порядка 10 - 11 км. На этих высотах воробьи погибали в течение 1 - 2 минут, химический же состав воздуха в герметических камерах в момент смерти животных почти не отличался от нормального химического состава атмосферного воздуха. Проанализировав результаты экспериментов, в которых был определен химический состав воздуха в момент наступления гибели животных, помещенных в герметические камеры с различным барометрическим давлением, Бер пришел к важнейшему выводу: процентное содержание кислорода в герметической камере при наступлении гибели животных от асфиксии тем выше, а процентное содержание СО₂ тем ниже, чем ниже барометрическое давление, которое поддерживалось в камере во время эксперимента. При этом сумма процентного содержания СО₂ и О₂ сохраняется во всех случаях на относительно постоянном уровне (от 17,8% до 20,5%). Относительно постоянный уровень характеризует и отношение СО₂, выделенного в процессе жизнедеятельности животным, к потребленному им кислороду.

Эти эксперименты окончательно показали, что болезнетворное влияние пониженного барометрического давления определяется величиной снижения парциального давления О₂ во вдыхаемом воздухе (РО₂), а не изменением процента содержания О₂. Как известно, до высот 30 км процент содержания кислорода остается постоянным. При этом Бер доказал, что переход кислорода из легких в кровь осуществляется в результате диффузии, а не какими-либо другими процессами, в том числе секрецией О₂ в легких, о которой много писали современники ученого.

Внимательно изучив результаты экспериментов, Бер решил поставить еще одну серию опытов и попытаться установить роль накопления СО₂ во вдыхаемом воздухе в процессе развития асфиксии в условиях нормального и пониженного барометрического давления в герметически закрытом помещении. В новых экспериментах щелочь поглощала СО₂ и животные в условиях нормального барометрического давления погибали при снижении содержания кислорода во вдыхаемом воздухе до 3 - 4% (величины, наблюдаемые и в опытах с накапливанием СО₂). При понижении барометрического давления содержание Оо в момент гибели животных оказывалось более высоким и также соответствовало величине, имеющей место в случае накопления СО₂. Все это, по мнению Бера, свидетельствовало о том, что основной причиной гибели животных независимо от пониженного или нормального барометрического давления является недостаток кислорода, т. е. развивалось кислородное голодание, а не накопление СО₂.

Беру были известны работы Блэка*, первооткрывателя СО₂, и других исследователей, отмечавших токсическое влияние этого газа на организм. И Бер решает опытным путем выявить ведущую роль накопления СО₂ в патогенезе смерти животных в герметической камере. В специальной серии экспериментов, в которых камера обогащалась кислородом до 70 - 80%, животные жили дольше и погибали не в результате кислородного голодания, а в связи с токсическим действием СО₂. Об этом свидетельствовали результаты определения газового состава воздуха камеры непосредственно после гибели подопытных животных. Воздух в камере содержал достаточно высокий процент кислорода, однако процентное содержание СО₂ достигало 25 - 26%. Таким образом, Бер доказал, что в условиях нормобарической гипероксиче-ской среды жизнь животных в герметических камерах лимитируется токсическим действием СО₂, а не дефицитом О₂.

*(О них П. Бер упоминает в кн.: Bert P. Lecons sur la physiologic comparee de la respiration. Paris: J.-B. Bailliere et Fils, 1870, p. 12.)

Одна из глав монографии Бера посвящена изучению газового состава крови животных при различном, главным образом пониженном, барометрическом давлении.

Впервые газ из крови животных извлек еще в 1666 г. Роберт Бойль, но его химического анализа газа исследователь так и не проводил. В 1837 г. Г. Магнус извлек из крови подопытных животных газ и показал, что в его состав входят: азот, кислород и углекислый газ. Метод получения газов из крови, которым пользовался Магнус, был весьма не точен, поэтому эти исследования в дальнейшем были продолжены многими экспериментаторами. Существенный вклад в изучение этой проблемы внес И. М. Сеченов, в 1858 - 1859 гг. изучавший в лаборатории Карла Людвига газовый состав крови у животных в нормальных условиях и при их асфиксии. Сеченов значительно усовершенствовал конструкцию прибора вакуумного насоса, которым и ранее пользовались для извлечения газов крови, благодаря чему ему удалось с большей точностью определить содержание кислорода и углекислоты в крови подопытных животных. Ученый установил, что в процессе развития асфиксии содержание О₂ в крови у подопытного животного снижается, а содержание СО₂ возрастает.

Вакуумный насос Поля Бера для извлечения газов крови

Несмотря на работы Магнуса, Сеченова и других исследователей, вопрос о содержании О₂ и СО₂ в крови у животных, подвергнутых воздействию пониженного барометрического давления, оставался до работ Поля Бера не исследованным, хотя имел важное значение для физиологии дыхания. Во второй половине XIX в. широкое распространение получила точка зрения, согласно которой в процессе дыхания в легких осуществляется секреция кислорода, вызывающая повышение парциального давления О₂ в артериальной крови и его понижение в легочном воздухе. При этом считалось, что понижение барометрического давления не должно существенно влиять на газообмен в легких.

Достаточно сказать, что эту концепцию в конце XIX - начале XX в. развивали такие выдающиеся физиологи, как Христиан Бор *, Дж. С. Холдсйн, Смит Лорен и др. Многие учебники физиологии того времени содержали завышенные данные расчета или измерения содержания О₂ в артериальной крови. В популярном в 10-е годы XX в. учебнике физиологии под редакцией Н. Цунца и А. Лёви (в России издан в 1911 г.), например, сообщалась величина РаО₂ в крови человека - 293 мм рт. ст., кролика - 210, птиц - 339 мм рт. ст. В дальнейшем была признана несостоятельность этих данных. Приведенные в этом учебнике экспериментальные данные о секреции О₂ клетками плавательного пузыря рыб послужили основанием для выдвижения ошибочной гипотезы, согласно которой подобной секреторной функцией обладает и альвеолярная ткань легких.

*(Отец Нильса Бора.)

Полю Беру удалось точнее своих предшественников измерить количество газов в артериальной крови животных. С этой целью он разработал метод забора и анализа крови и собрал ртутный насос, позволяющий с большой точностью извлекать газы крови в условиях вакуума. Он подробно описал методику исследования, привел рисунки инструментов, предназначенных для забора и анализа крови, таких, как шприц и насос. Конструкция шприца поражает своей оригинальностью; его наконечником служит канюля, просвет которой регулировался краном. Шприц предусматривал быстрое и точное (по объему) извлечение крови из сосудов животного с последующей подачей ее в вакуумный насос. Все части насоса, а также соединение его со шлангами были тщательно герметизированы, так что исключалась возможность какого-либо контакта крови с окружающей газовой средой. Изоляция всех частей конструкции насоса, его герметичность проверялись посредством погружения шлангов и соединений под воду. Такой скрупулезный методический подход и определил высокую достоверность результатов экспериментов Поля Бера. Он впервые получил точные данные о газовом составе крови животных, находившихся в условиях пониженного барометрического давления. Так, Бер показал, что после "подъема на высоту" у собак в артериальной крови содержание О₂ и СО₂ снижалось, причем тем значительнее, чем сильнее был разрежен воздух в камере, в которой находилось животное. С повышением же давления содержание кислорода повышалось*.

*(Бер П. О влиянии повышенного барометрического давления..., с. 268.)

Откладывая на оси абсцисс средний процент содержания кислорода в крови, а по оси ординат величину давления окружающего воздуха, Бер графически показал, что с повышением давления количество кислорода в крови животного увеличивается линейно. "Этим подтверждаются,- писал он,- наши опыты in vitro, доказавшие, что при повышении давления прибавляется в крови только количество кислорода, находящегося в пей в простом растворе"*.

*(Там же, с. 358. )

Таким образом, Бер вплотную подошел к вопросу о форме кривой диссоциации оксигемоглобина. Он был первым, кто еще в 1871 г. указывал, что диссоциация оксигемоглобина не вполне точно следует за изменением парциального давления кислорода в крови, иначе говоря, подобная зависимость не носит линейный характер. Этой проблемой в дальнейшем занимались Хюфнер (1890 г.), Лёви, Цунц (1904 г.), Бор (1904 г.) и др., причем результаты последнего автора, считающиеся в настоящее время классическими, в основном подтвердили выводы Бера. Окончательный же вид кривой диссоциации оксигемоглобина у человека установил Дж. Баркрофт лишь в 1914 г.

Бер первым обнаружил и влияние температуры среды на диссоциацию оксигемоглобина: "...известно,- писал он,- чтобы извлечь совершенно кислород из крови, надо к действию пустоты присоединить еще влияние довольно высокой температуры"*. По данным Бера, повышение температуры среды до температуры тела животных (38° - 40° С) значительно ускоряет отщепление кислорода от гемоглобина.

*(Там же, с. 294 - 295. )

Беру принадлежит экспериментальное определение средней величины содержания кислорода в крови собаки. За норму он принимал количество кислорода, равное 19,4 - 20 об.%, что соответствует современным данным.

Бер одним из первых отметил, что и в норме диапазон колебания кислородной емкости крови достаточно велик. "Количество кислорода,- подчеркивал он,- которое мы нашли в одинаковых объемах крови у животных одной и той же породы и вполне здоровых... которые дышали обыкновенным воздухом при нормальном давлении... колебалось в границах довольно больших (от 24,0 до 14,4 об.%.- В. М.)... Эти колебания в количестве кислорода могут зависеть или от меньшего содержания гемоглобина в одном и том же объеме крови (даже при одинаковом числе красных кровяных шариков), или от меньшего насыщения гемоглобина кислородом по каким-либо причинам"*.

*(Бер П. О влиянии повышенного барометрического давления..., с. 586. В настоящее время считают, что кислородная емкость крови здорового человека в обычных условиях колеблется от 16 до 24 об.%. В среднем полностью насыщенный гемоглобин артериальной крови человека связывает около 20% кислорода (см.: Крепе Е. М. Оксигемометрия. Л.: Медгиз, 1959).)

Далее Бер достаточно подробно анализирует возможные причины гипоксемии. "Мне представляется весьма правдоподобным,- указывал он,- что при некоторых заболеваниях меньшее содержание кислорода в крови должно зависеть не только от уменьшения количества красных кровяных шариков или даже гемоглобина, но и от изменения свойств самого гемоглобина, который становится менее способным поглощать кислород"*.

*(Там же, с. 592.)

В дальнейшем, развивая вопрос о кислородной емкости крови, Бер затронул довольно любопытный факт, который почему-то в литературе связывают с именем X. Бора (1909 г.). Бер обратил внимание па следующее обстоятельство: "оказывается, что при нормальном дыхании артериальная кровь почти никогда не бывает насыщена кислородом и не содержит столько кислорода, сколько может поглотить при взбалтывании с воздухом; эта разница между тем количеством, которое содержится, и тем, которое может содержаться в артериальной крови, бывает крайне непостоянна"*. Это явление Бер вполне обоснованно связал с тем, что "смешение крови с воздухом внутри легких происходит недостаточно"**.

*(Там же, с. 586, 591. В настоящее время установлено, что при дыхании воздухом насыщение гемоглобина кислородом в норме колеблется от 90,55 до 99%, в среднем составляя 95 - 97%. )

**(Там же, с, 296. )

Приведенные в книге графики, отражающие изменения содержания О₂ и СО₂ в крови животных при различных величинах барометрического давления, до сих пор но утратили своего значения: они близки к результатам, полученным в последующие годы многими физиологами. Бер не только окончательно доказал, что в условиях пониженного барометрического давления отмечается обеднение крови и тканей кислородом, но и впервые показал, что при развитии высотной гипоксии закономерно уменьшается содержание углекислого газа в крови, т. е. возникает гипокапния.

В третьей главе книги изложены наблюдения над картиной развития высотной болезни, возникавшей у животных и у людей во время "подъемов" в барокамере на различные высоты. R экспериментах на собаках, кошках, кроликах и морских свинках Бер регистрировал частоту пульса и дыхания во время "подъема на высоту" и после возвращения животных в нормальные условия.

Обсуждая результаты влияния пониженного барометрического давления на дыхание животных, Бер отметил определенное сходство дыхательных реакций при подъемах на высоты с аналогичными реакциями, наблюдаемыми им самим или другими исследователями при асфиксии. В обоих случаях сначала отмечалось усиление дыхания, учащение дыхательных движений, затем возникало угнетение дыхания, расстройства его ритма. Если же у подопытного животного при подъеме на высоту нарушался лишь ритм дыхания, то по море спуска оно восстанавливалось до нормального, и животное оставалось живым. Бер указывал, что, как и при асфиксии, прекращение дыхания в условиях пониженного барометрического давления является основной причиной гибели животных. У животных, погибающих от кислородного голодания, сердечная деятельность сохраняется более длительное время, чем дыхание. Примечательно, что, точный в описании экспериментов и в терминологии, Бер считал термин "асфиксия" сам по себе недостаточно строго отражающим сущность явлений, которые возникают у животных при развитии этого состояния. В переводе с греческого "асфиксия" обозначает "отсутствие пульса", в то время как у животных при задушении, равно как и в условиях пониженного барометрического давления, сначала отмечается остановка дыхания, после которой еще некоторое время сохраняется деятельность сердца и может быть прощупан пульс.

Бер обратил внимание на существенные нарушения нервной деятельности у животных на больших высотах, Он установил, что развитие судорог, как правило, предшествует возникновению агоыального состояния. Им была обнаружена различная видовая устойчивость животных к действию пониженного давления и описаны особенности течения высотной болезни у некоторых видов животных. Так, он отметил, что у птиц при подъеме на высоту кислородное голодание во многих случаях вызывает рвоту, после которой нарушается деятельность нервной системы, возникает двигательное возбуждение - птица стремится все время летать. Однако вскоре движения крыльев становятся плохо координированными, полет неустойчивым, птица падает и после кратковременной агонии погибает. У подопытных животных Бер различал две последовательные фазы изменений состояния центральной нервной системы: усиление дыхания, двигательное беспокойство, клинические судороги - в первую; нарушение и угнетение дыхания, исчезновение рефлексов, после чего животные погибали,- во вторую.

Исключительно большое значение имеют эксперименты, в которых животным, испытывающим болезненное состояние в условиях пониженного барометрического давления, давались газовые смеси, обогащенные кислородом. Всякий раз животные, находившиеся на высотах 7 - 10 км в тяжелом состоянии, после вдыхания газовой смеси с высоким содержанием О₂. в короткий срок "выздоравливали", т. е. чувствовали себя нормально. Целебное влияние О₂ при развитии острого кислородного голодания Бер наблюдал в опытах с различными видами животных.

Весьма существенно, что добавление 100% кислорода не исключает высотной болезни в случаях, когда подъемы совершаются на очень большие высоты порядка 15- 16 км и выше, т. е. когда барометрическое давление падает ниже 100 мм рт. ст. Бер показал, что даже в атмосфере чистого кислорода имеется определенная граница, переход через которую при подъемах на большие высоты уже не гарантирует сохранения жизни животных, и они погибают от острого кислородного голодания.

Установка Поля Бера для изучения действия пониженного барометрического давления

Для иллюстрации сказанного приведем протокол одного из экспериментов Бера. Опыт проводился на воробье, помещенном в герметически замкнутый сосуд емкостью 1,5 л, который был соединен одним шлангом с вакуумным насосом, а другим, до времени перекрытым,- с емкостью, заполненной кислородом:

"В 3 ч 20 м атмосферное давление было в течение нескольких минут уменьшено до 250 мм рт. ст. Частота дыхания 212 за минуту. При дальнейшем уменьшении давления до 210 мм птица стала описывать круги и, наконец, упала, агонизируя. Я восстановил нормальное давление, введя в камеру воздух, обогащенный кислородом; птица немедленно пришла в себя и, казалось, чувствовала себя совсем хорошо. Воздух сосуда содержал 35% кислорода. В 3 ч 30 м давление было уменьшено до 180 мм, причем птица снова стала себя чувствовать плохо. Давление опять было восстановлено введением кислорода, и птица пришла в себя. Воздух теперь содержал 77,2% кислорода. При последующем уменьшении давления птица оставалась на ногах до тех пор, пока давление не достигло 100 мм. При новом введении в камеру кислорода птица немедленно пришла в себя. Воздух теперь содержал 87,2% кислорода. При уменьшении давления до 100 мм птица, казалось, была вне всякой опасности, но при 80 мм она упала в агонии. При новом восстановлении давления и введении кислорода птица быстро оправилась. Воздух теперь содержал 91,8% кислорода. В 4 ч 05 м давление было уменьшено до 70 мм, причем состояние птицы стало настолько плохим, что едва успели открыть крышку для того, чтобы спасти ее"*.

*(Bert P. La pression barometrique, p. 747. )

В годы, когда ставились эти опыты, точных данных о составе альвеолярного воздуха и достаточно сложившегося представления о механизме дыхания еще не было. Поэтому многим современникам Бера, особенно разделявшим секреторную теорию газообмена и его представление о механизме повреждающего действия пониженного барометрического давления на организм, могло казаться не ясным, почему в условиях дыхания почти чистым кислородом у животных при подъемах на высоты порядка 14 - 15 км и выше развивается острое кислородное голодание.

В настоящее время этот вопрос окончательно решен. Как известно, парциальное давление водяных паров в альвеолярном воздухе у теплокровных животных при нормальной температуре тела равно 47 мм рт. ст., парциальное давление же СО₂ в альвеолярном воздухе при нормальных условиях дыхания у человека близко к 40 мм. Из сказанного следует, что 87 мм рт. ст. составляет сумму в альвеолярном воздухе парциальных давлений Н2О и СО₂, в связи с этим при снижении барометрического давления до 87 мм, т. е. при подъеме на высоту 15200 м, газообмен - переход О₂ из легких в кровь - должен прекратиться. Этот феномен должен иметь место независимо от того, дышит ли человек или подопытное животное чистым кислородом или обычным воздухом. Эксперименты, проведенные в середине XX в., полностью подтвердили упомянутые выше теоретические соображения. После быстрых подъемов человека на высоты порядка 15 км и выше потеря сознания в результате крайне быстрого развития кислородного голодания наступает через 10 - 12 с независимо от того, дышит ли человек кислородом или воздухом. Столь острое развитие кислородного голодания обусловлено дезоксигенацией организма при быстром и значительном понижении барометрического давления.

Бер привел интересные данные о влиянии пониженного барометрического давления и на организм человека, полученные в барокамере, которую он сконструировал и построил в 1868 г. Эта большая по тем временам герметическая камера позволяла "совершать подъемы" человека. Постройке барокамеры Бор придавал большое значение; он отчетливо понимал, что для выяснения влияния на человека пониженного барометрического давления необходимо иметь соответствующую технику. В этом вопросе он полностью следовал за К. Бернаром, который писал: "Большая часть вопросов в науке была разрешена при помощи изобретения аппаратов. Человек, открывающий новые приемы или придумывающий новые инструменты, делает часто для экспериментальной физиологии более, чем самый глубокий философ и самый обобщающий ум"*.

*(Бернар К. Лекции по экспериментальной патологии, с. XXV.)

Справедливости ради следует заметить, что Бер не был ни первым изобретателем барокамеры и ни первым исследователем, который поднялся в ней. По словам А. А. Сергеева, одним из первых такую барокамеру создал Жюно, соотечественник Бора. Примерно в 1835 г. Жюно построил медный шар диаметром 1,3 м, соединил его с воздушным насосом и начал осуществлять в нем "подъемы" как здоровых людей, прежде всего самого себя, так и больных с целью их лечения. Он установил, "что при снижении давления на 1/4 атм у людей появляются определенные симптомы, свидетельствующие о физиологическом действии понижения давления на организм: пульс и дыхание учащаются, испытуемые ощущают "закладывание"' ушей, прилив крови к голове и т. п. Это было чисто эмпирическое исследование, автор которого по имел гипотезы о механизме влияния пониженного барометрического давления на организм. Результаты работы были недостаточно определенными, и она, по существу, осталась без продолжения"*.

*(Сергеев А. А. Очерки по истории авиационной медицины, с. 10.)

Бера можно считать первым исследователем, которому удалось строго продуманными экспериментами ("подъем" людей в барокамере на различные высоты без кислорода и при дыхании газовыми смесями, обогащенными кислородом) показать, что все симптомы влияния пониженного барометрического давления на организм человека - усиление дыхания, повышение частоты сердечных сокращений и различные нарушения деятельности нервной системы - обусловлены одной причиной - кислородным голоданием. В опытах Бера люди в определенный момент подъема на высоты до 7 - 8 км получали для дыхания газовые смеси, значительно обогащенные кислородом. Последние неизменно устраняли все симптомы воздействия на организм пониженного барометрического давления, т. с. способствовали сохранению нормального физиологического состояния человека.

Поль Бер неоднократно проводил эксперименты на самом себе. Ученый подробно описал различные ощущения, которые возникали у него всякий раз во время подъемов на высоту 4500 м и выше, отметив появление нарушений интеллектуальной работоспособности. "С уменьшением воздушного давления до 420 мм,- констатировал Бер,- я начал испытывать припадки горной болезни; они усиливались постепенно с понижением давления и выражались ощущением тяжести и слабости в теле, тошноте, усталости зрения, общем равнодушии и непобедимой лени к умственной деятельности*. Когда разрежение воздуха достигало степени, соответствующей уровню Мон-Блана, я не был в состоянии помножить на 3 число сосчитанных мною пульсовых ударов. Немного позже в приподнятой мною правой ноге обнаруживалось неудержимое судорожное подергивание, распространившееся и на левую ногу. К лицу в это время приливала кровь, температура под языком поднялась на 0,1 - 0,2° С".

*(П. Бер не различал горную болезнь от высотной, которая развивается при быстрых переходах от нормального барометрического давления к пониженному во время полетов или подъемов в барокамере. (Прим. ред.))

Бер испытал на себе чудотворное влияние О₂ в условиях барокамеры при разрежении воздуха, соответствующем высоте 6 - 7 км и более. Подобное действие кислорода он наблюдал и на других обследуемых, в том числе и на аэронавтах. Таким образом, Бер показал, что дыхание кислородом является надежным средством защиты человека от высотной болезни.

Результаты этих экспериментов имели большое теоретическое и практическое значение. Восстановление нормального физиологического состояния организма животных и человека посредством вдыхания кислорода стало ярким доказательством причин болезнетворного влияния пониженного барометрического давления на высотах до 8000 - 10000 м - развития острого кислородного голодания, возникающего в условиях разреженной атмосферы в связи с понижением парциального давления кислородом во вдыхаемом воздухе. Иначе говоря, результаты экспериментов Поля Бера показали несостоятельность крайне распространенного в те годы представления о том, что причиной горной болезни и острых расстройств жизнедеятельности аэронавтов на больших высотах является механическое влияние пониженного барометрического давления на организм, вызывающего нарушение функций кровообращения и дыхания.

Восстановление нормального парциального давления О₂ во вдыхаемом воздухе в условиях пониженного барометрического давления посредством добавления в пего чистого кислорода предупреждает развитие кислородного голодания и является действенной профилактикой высотной и горной болезни. Как видим, практическое значение экспериментов Поля Бера очевидно.

Влияние повышенного давления газовой среды па живые организмы

Полю Беру принадлежит одно из первых описаний истории водолазных и кессонных работ. Ей он посвятил целый раздел в своей знаменитой монографии. Уже беглое знакомство с ним позволяет судить о сложности задач, поставленных ученым в работах по выяснению влияния высокого давления па организм.

Еще в далекие времена человек стремился проникнуть в подводный мир, познать его обитателей, освоиться в нем, использовать его рыбные пищевые и минеральные ресурсы. Эта вековая мечта человека находит отражение в многочисленных сказаниях, мифах, легендах. По-видимому, изготовление дыхательной трубки и мешка с воздухом можно считать первой попыткой увеличить время пребывания под водой. До нас дошли барельефы, относящиеся к 900 г. до н. э., с изображением ассирийского воина, плывущего под водой и дышащего из мешка, наполненного воздухом.

В средние века запорожские казаки во время военных действий переворачивали и затопляли свои лодки-"чайки" так, чтобы под лодкой оставался воздух, подныривали под них и направлялись в сторону неприятеля. Французский ученый XVI в. Р. Фурнье писал, что они поднимались прямо со дна моря и повергали в ужас всех береговых жителей и воинов. Такой способ погружения и пребывания под водой в дальнейшем был усовершенствован и на его основе разработан водолазный колокол.

Одним из первых сообщений о применении водолазного колокола было известие о погружении под воду на реке близ Толедо в Испании в 1538 г. При этом мы впервые встречаем описание конструкции водолазного колокола. Он представлял собой перевернутый горшок или колокол, внутри которого был сделан настил из досок для сидения и рабочего инструмента. Колокол опускался на цепи, и время нахождения в нем ограничивалось внутренним газовым объемом и количеством людей. Однако применение подобного водолазного колокола, по-видимому, имеет более древнюю историю. Известна легенда, по которой Александр Македонский повелел опустить себя в хрустальном колоколе на дно моря, чтобы увидеть обитателей морских глубин. В 1240 г. Роджер Бэкон упоминает о приспособлении, в котором можно ходить по дну моря или реки без опасности для жизни.

Прототипом водолазного колокола явилось изобретение крепостным крестьянином Е. П. Никоновым в 1719 г. водолазного снаряжения, позволяющего некоторое время свободно передвигаться под водой.

Первое документальное свидетельство попытки научно обосновать процесс погружения в водолазном колоколе относится к XVI в. К. Штурмьюс в целях избежания удушья при погружении советовал брать в водолазный колокол воздух в бутылках и разбивать их по мере надобности. Штурмьюсу принадлежит подробное описание как самого водолазного колокола, так и принципа его использования.

Естественно, что дыхание в замкнутом объеме без вентиляции не могло обеспечить продолжительное безопасное пребывание человека под водой. Уменьшение кислорода и накопление углекислого газа приводило к тяжелым расстройствам, а часто и к гибели. Усовершенствованно водолазного колокола английским астрономом Эдмундом Галлсем в 1717 г. открыло возможности к широкому использованию этого метода. Галлей предложил для замены "испорченного дыханием воздуха" погружать вместо с колоколом бочонки с воздухом, которые водолаз мог по мере надобности разбивать сам. Для удаления избытка загрязненного воздуха Галлей установил в верхней части колокола специальный клапан. Ему же принадлежит идея создания водолазного скафандра: водолазу, работающему за пределами колокола, Галлей предложил одевать капюшон, соединенный с водолазным колоколом трубой для дыхания.

В 1691 г. известный физик Дени Папен предложил идею применения сжатого воздуха для вентиляции водолазного колокола. По мысли этого ученого "можно постоянно впускать струю свежего воздуха в водолазный колокол с помощью сильных кожаных мехов, снабженных клапанами, по трубе, проходящей под колокол и открывающейся в его верхней части. Таким образом, колокол, оставаясь всегда пустым и находясь на грунте, почти осушает в данном место грунт и делает работу настолько возможной, как и вне воды, и я нисколько не сомневаюсь, что это поможет избежать больших расходов, когда захотят что-нибудь строить под водой. Впрочем, в случае, если кожаные мехи не будут достаточно сильны, чтобы сжать воздух настолько, насколько это необходимо на больших глубинах, можно всегда помочь этому затруднению, пользуясь (для этой же цели) помпой, чтобы сжать воздух"*.

*(Бер П. О влиянии повышенного барометрического давления на животный и растительный организмы / Пер. В. П. Аннина. 2-е изд., испр. и доп. Пг., 1916, с. 14.)

Осуществить эту идею удалось в 1839 г. французскому инженеру Триже. В 1841 г. он представил во Французскую Академию наук сочинение "Описание прибора с сжатым воздухом для рытья шахт и работ под водой".

С этого момента началось бурное развитие кессонных работ. Вместе с тем разрабатывались и различные системы водолазных скафандров. Идеи водолазного скафандра Галлея нашли дальнейшее воплощение в работах А. Клин-герта (1797 г.) и русского механика Гаузена (1829 г.). В основу создания водолазного скафандра легло предположение соединить малый колокол с мягким кожаным или впоследствии резиновым скафандром. Малый водолазный колокол (водолазный шлем) соответствовал размеру головы водолаза и вентилировался воздухом через гибкий шланг с помощью помпы, расположенной на поверхности.

Впоследствии, в 1837 г., англичанин А. Зибе усовершенствовал водолазный скафандр Гаузена, обеспечив герметизацию водолазного шлема и гидрокостюма.

В 1823 г. в Англии братья Джон и Чарли Дин получили патент на вентилируемый скафандр для пожарников, который они в 1828 г. предложили использовать и для водолазных работ. Успешное проведение ряда спасательных операций с применением разработанного ими водолазного снаряжения позволило подготовить в 1836 г. первое руководство по проведению водолазных работ.

Вместе с практическим применением водолазного колокола, кессона, водолазного скафандра росло и число наблюдений за состоянием человека, оказавшегося в условиях повышенного барометрического давления. Однако все они носили случайный характер и были связаны в основном с болезненными проявлениями и несчастными случаями.

Первый обзор наблюдений за состоянием человека при повышенном барометрическом давлении подготовил Бризе-Фрадин в 1808 г. В своей работе "Химия воздуха в приложении к работам под водой" Фрадин выделил следующие явления, сопутствующие погружению в водолазном колоколе: давление на барабанные перепонки и, как следствие этого, боль в ушах; порча воздуха дыханием и отсюда - удушие; сжатие кровеносных сосудов с последующим кровотечением. Из работы Бризе-Фрадина Поль Бер заимствовал наиболее ранние сведения об истории развития и усовершенствования водолазного колокола и о впечатлениях людей, погружавшихся под воду в этом устройстве. В более поздней работе Бризе-Фрадина "Письма к профессору Пикте о водолазном колоколе" (1820 г.) можно найти упоминание о погружении русского лейб-медика доктора Хэмеля в водолазном колоколе на глубину 10 м близ Дублина. Хэмель отмечал сильную боль в ушах при погружении, "как будто бы туда вводили с силою прут", и рекомендовал способ, ее ослабляющий,- глотание слюны*.

*(Бер П. О влиянии повышенного барометрического давления..., с. 11.)

Доктор Колледон в работе "Сообщение о спусках под воду в водолазном колоколе", изданной в 1826 г. в Париже, так описывает свои ощущения при погружении: "Мы опускались так осторожно, что совершенно не замечали движения колокола; но тотчас же, как он погрузился в воду, мы почувствовали в ушах и во лбу чувство давления, которое увеличивалось в продолжении нескольких минут... Как только мы начали опускаться, мой компаньон начал сильно страдать, побледнел, губы стали бесцветными; думали, что он близок к обмороку. Его изнеможение было, без сомнения, следствием сильной боли, связанной с чувством страха, которое он не мог преодолеть... Наконец мы опустились на дно, где все неприятные ощущения были различны от тех, которые мы испытывали при опускании: нам казалось, что наши головы стали гораздо больше, что все кости готовы отделиться от тела"*.

*(Там же, с. 12.)

Эти ощущения не помешали Колледону провести интересное наблюдение над изменением состояния слуха и дыхания у рабочих. Он отметил, что при повышенном барометрическом давлении рабочие с ослабленным слухом воспринимают звуки не хуже, а иногда и лучше, чем здоровые, а "один из рабочих, дышащий обыкновенно с большой трудностью, почувствовал себя совершенно выздоровевшим спустя немного времени после того, как он начал работать в колоколе". Основываясь на этих наблюдениях, Коллсдон высказал предположение о возможности терапевтического применения повышенного барометрического давления. Сам он чувствовал себя при этом так, "как будто выпил какого-нибудь крепкого ликера"*.

*(Там же.)

Несовершенство водолазной и кессонной техники того времени приводило к частым авариям. По рассказу Триже, во время одного погружения "раздался взрыв, и мы очутились охваченные ледяным холодом в совершенной темное по случаю немедленно появившегося густого тумана: одно стекло аппарата лопнуло". Основываясь на личном опыте, он пришел к выводу, что "при давлении трех атмосфер свистать в сжатом воздухе невозможно... В сжатом воздухе все говорят в нос, и чем давление сильнее, тем это явление заметнее. Рабочие заметили, что, взбираясь по веревочной лестнице, они чувствовали себя менее запыхавшимися в сжатом воздухе, чем в свободном"*.

*(Бер П. О влиянии повышенного барометрического давления..., с. 13.)

Профессору Труссерту поручили проанализировать результаты применения кессона Триже. Полученные данные он обобщил в работе "Отчет о колодезях с сжатым воздухом" (1845 г.), в котором, в частности, содержится одно из первых физиологических наблюдений за действием на человека повышенного давления воздуха (3 атм). Труссерт отмечал, что при повышенном барометрическом давлении продолжительность задержки дыхания, "в связи с большей плотностью воздуха", увеличивается, рабочие хотя и очень легко поднимаются по веревочной лестнице, но сильнее устают при работе. Ему принадлежит важное наблюдение о проявлении "сильных болей в сочленениях у рабочих в продолжение нескольких часов по выходе из кессона"*. Колледон увидел причину возникновения сильных суставных болей в большой сырости воздуха в кессонах. В дальнейшем Бер доказал ошибочность этого вывода.

*(Там же, с. 16.)

Оценивая в целом возможности широкого применения кессонного метода работ в шахтах, Труссерт посчитал, что "нет никакой серьезной опасности находиться несколько часов подряд и в продолжение нескольких дней в воздухе, сжатом до 3-х атмосфер"*. Это ошибочное заключение в дальнейшем стоило жизни многим тысячам рабочих.

*(Там же, с. 17.)

Французский инженер Триже, создатель кессонного метода проведения строительных работ, также указал на наиболее существенную опасность для здоровья человека в этих условиях - возникновение сильных болей в суставах, впоследствии названных "декомпрессионными расстройствами". "Я должен объявить здесь,- писал Триже,- что двое рабочих, проведя подряд семь часов в сжатом воздухе, почувствовали боль довольно значительную в сочленениях через полчаса по выходе из шахты. Первый жаловался на очень сильную боль в руке, другой же чувствовал подобную боль в колене и левом плече; растирание спиртом скоро уничтожило эту боль, и они продолжали свою работу в последующие дни"*.

*(Там же.)

Первые сведения о несчастиях, связанных с работой в кессонах, были сообщены французским инженером Блевьером в 1846 г. Один из рабочих после выхода из кессона перенес полный паралич рук и ног, продолжавшийся 12 час.

При строительстве шахт в Лурше (Франция) ежедневно 64 человека работали в кессоне (под давлением 4,25 атм) дважды в день по четыре часа. Врачи Поль и Вотелль, осуществлявшие медицинский контроль, отмечали, что из них 2 человека умерло, 16 - тяжело заболело, 14 - подверглись легким формам заболевания. Рассматривая причины заболеваний, они констатировали: "...не опасно входить в кессон с сжатым воздухом, так же не опасно находиться в нем более или менее долго, единственно, что опасно - разрежение: расплачиваются лишь по выходе"*. Необходимо отметить, что Полю и Вотел-лю принадлежит особое место в развитии и формировании представлений о влиянии на организм человека повышенного барометрического давления. В 1854 г. они подробно описали 22 случая декомпрессионных расстройств. Основываясь на их описании, Бер пришел к важным выводам, вскрывающим причины и ход развития декомпрессионных расстройств у кессонных рабочих.

*(Там же, с. 20.)

Бер указал на следующие симптомы развития деком прессионных расстройств: "затруднение дыхания, могущее доходить до одышки, ускорение и твердость пульса, мускульные боли часто очень сильные... судороги членов, постоянные или клонические, онемение и, наконец, совершенное ослабление сил. Мозговые явления: отупение, потеря чувствительности и сознания, спячка, глухота, слепота, часто продолжительная, наконец, скоропостижная смерть" *. Анализируя случаи заболеваний кессонных рабочих, представленных в работе Поля и Вотелля, Бер высказал ряд практически важных заключений. Он, в частности, указывает, что формы заболеваний и степень проявления симптомов могут быть различны у одного и того же лица при одном и том же давлении и что молодой организм лучше противостоит заболеваниям, чем "вполне сложившийся". Бер выделил наиболее важные выводы, вытекающие из работы Поля и Вотелля: "Сжатие воздуха до 4 1/4 атмосфер само по себе не опасно... опасен переход к обыкновенному давлению; опасность эта пропорциональна величине самого давления и быстроте разрежения; его-то и нужно очень замедлять...

*(Там же. с. 25.)

В сжатом воздухе кровь в венах становится алой (Бер указывает па увеличение содержания кислорода в венозной крови под действием повышенного давления.- Г. Я.)...

Можно надеяться, что верное и быстрое средство облегчения будет: немедленно вновь подвергнуть заболевшего повышенному давлению, чтобы потом произвести разрежение очень осторожно"*.

*(Бер П. О влиянии повышенного барометрического давления..., с. 26.)

Далее Бер указывал на то, что "золотушные и анемичные лица, дышащие с трудом, могут получить пользу от пребывания в воздухе различного сгущения"*. Таким образом, в выводах, сделанных из работы Поля и Вотелля, Бер определил основные причины возникновения заболеваний после работы под повышенным барометрическим давлением, описал основные симптомы болезни и наметил пути их лечения. Кроме того, Бер высказал возможность применения повышенного давления воздуха для лечения больных, страдающих различными формами сердечно-сосудистой и дыхательной недостаточности. Обоснование данного метода лечения, по его мнению, заключалось в увеличении содержания кислорода в крови под давлением.

*(Там же.)

В 1861 г. немецкий физик профессор Бюккуа провел в кессоне измерения содержания газов и некоторые физиологические параметры у рабочих. При этом он обнаружил повышенное содержание углекислого газа в воздухе кессона (до 8,9%). Доктор Бюккуа полагал, что в условиях повышенного давления дыхательный обмен и частота сердечных сокращений, жизненная емкость легких человека увеличиваются. На основе этого он высказал возможность применения экспозиции при повышенном барометрическом давлении как облегчающего средства для больных с ослабленной функцией дыхания.

Наиболее обстоятельной работой, посвященной наблюдениям за физиологическими изменениями у человека при работе в кессонах, Бер считает статью доктора Фолея "О работе в сжатом воздухе", опубликованную в 1863 г. R Париже. Работа не только содержала систематизированные материалы наблюдений за рабочими кессонов, но в ней были сделаны попытки объяснения отмеченных физиологических изменений.

В работе Фолея встречаются указания тта то, что "все звуки в кессонах имеют металлический тембр, вызывающий оглушение (сотрясение мозга); разговор заставляет вибрировать основание черепа, как трубу... Некоторые в сжатом воздухе совершенно утрачивают вкус и обоняние... Пульс становится нитевидным и даже неощутимым... Кровообращение ослабевает, но ткани не становятся синюшними. ...емкость легких в сжатом воздухе увеличивается, движения же ребер уменьшаются... Рабочие при работе в кессонах менее устают, чем в свободном воздухе, и не так задыхаются"*.

*(Там же, с. 36.)

Фолей видел причины вышеуказанных изменений в том, что "сильное давление воздуха, благоприятствующее соединению кислорода с кровью, как и со всеми окисляемыми веществами, делает ее настолько богатой им, что она вытекает из вен такой же алой, как из арторий... Чрезмерное давление, заставляющее растворяться кислород в мельчайших разветвлениях кровеносных сосудов, делает излишней игру грудной клетки, и наш координирующий грудной центр доводит ее до минимума"*. Причины изменения слуха, обоняния, вкуса и осязания при повышенном барометрическом давлении, по мнению Фолея, заключались в "сплющивании всех наших доступных воздуху слизистых оболочек"**.

*(Там же, с. 37.)

**(Там же, с. 38.)

В состоянии людей, работающих в кессонах, Фолей выделяет два периода: "один - благоденствие, другой - ослабление органическое". К первому периоду он относит пребывание в кессоне и возвращение в обычные условия сразу после работы. В такие моменты рабочие "чувствуют в себе большие силы, и не без причины, этому способствует богатство их крови". Второй период охватывает время отдыха до последующего рабочего дня. Здесь рабочие "теряют аппетит... кожа делается вялой, бледной, землистой, соединительная оболочка глаз, как у пьяницы; взгляд становится тусклым; лицо н тело похудело. Во всех движениях является нерешительность, вялость, почти оцепенение... приходит время, когда он вне кессона является совсем бессильным, нормальная атмосфера не поддерживает его кроветворение... В скором времени такой человек не оживляется даже при избытке давления"*.

*(Бер П. О влиянии повышенного барометрического давления..., с. 38.)

Фолей констатировал отсутствие признаков и симптомов заболеваний у кессонных рабочих при давлениях менее 2,5 атм, т. е. на глубинах менее 15 м. (Впоследствии это важное наблюдение сыграло решающую роль в разработке режимов выхода человека из условий повышенного барометрического давления.) Фолей отметил также, что наиболее ранними признаками заболеваний, связанных с работой под повышенным давлением, являются кожный зуд, затем мышечные боли и реже боли в суставах. Вместе с тем он ошибочно полагал, что увеличение времени работы в кессоне (более 12 час) приводит к тому, что рабочие могут выходить из кессонов здоровыми. Фолей также считал, что проявление и степень выраженности заболеваний у кессонных рабочих не зависят от величины барометрического давления и длительности периода снижения давления до обычного, атмосферного. В результате он считал, что 2 - 3 мин достаточно для снижения давления, и рекомендовал это ошибочное время как безопасное. Причины заболеваний он усматривал в быстро наступающем охлаждении при разрежении и даже предостерегал: "Если густой и холодной туман начинает сильно действовать на вас - торопитесь"*.

*(Там же, с. 40.)

Обоснованность этих рекомендаций в XIX в. не вызывала сомнений у большинства врачей и инженерно-технических работников, обеспечивающих с помощью кессонов строительство мостов, тоннелей, шахт и других сооружений. В результате сотни тысяч рабочих получили серьезные заболевания, десятки тысяч погибли.

Показателен один из судебных процессов 1862 г. о возмещении убытков семье молодого инженера М. Гал-луа, агента Орлеанской компании, осуществлявшего инспекцию кессона при строительстве моста через Скорф. После пребывания в кессоне он получил тяжелый паралич и умер через два года. Суд не согласился с мнением Поля и Вотелля о том, что причиной заболевания и смерти М. Галлуа было слишком короткое время выхода из кессона, установленное Фолеем, и признал иск недействительным.

Сам Триже - изобретатель кессонного способа ведения работ под водой, был чрезвычайно встревожен участившимися случаями тяжелых заболеваний, часто кончающихся смертельным исходом у кессонных рабочих. С целью выяснения причин этих несчастий, а также для рассмотрения возможностей практического использования его метода он обратился к министру общественных работ Франции с просьбой назначить компетентную комиссию. Вскоре она была создана, но в своих выводах посчитала необоснованными опасения Триже, а мероприятия по предупреждению кессонных заболеваний достаточными. Относительно времени выхода из кессона комиссия заявила, что его "нельзя регламентировать; следует руководствоваться здравым смыслом"*. Триже настаивал на том, чтобы разрежение после пребывания под повышенным давлением продолжалось около 7 мин, полагая, что этого достаточно для сохранения здоровья рабочих.

*(Там же, с. 49.)

Еще более трагическое положение сложилось при развитии водолазных работ. Одни из первых сведений о наличии декомпрессионных расстройств у водолазов - ловцов губок содержатся в работе Леруа до Мерикурта "Рассуждения о гигиене ловцов губок" (1869 г.). По словам автора, из 24 водолазов, которые погружались на глубину 45 - 54 м, т. е. подвергались давлению 5,5 и 6,4 атм. 10 человек умерло после подъема на поверхность. Бер, анализируя данные о наличии заболеваний у ловцов губок Средиземноморья, отмечал, что ежегодно из них погибает около 30 человек.

Конструктор наиболее распространенного в то время водолазного скафандра Дейнеруз писал: "Я в течение шести месяцев спустил сотню людей на глубину от 30 до 40 м... Пять человек умерло при этих условиях, громадное количество подвергалось различным заболеваниям, из которых наиболее тяжелые были параличи ног и мочевого пузыря, глухота и малокровие. Люди, поднятые быстро, заболевали действительно чаще. Ни один не умер в воде, но, уже выходя из воды, начинали жаловаться, большей частью на сердце, ложились на свою баржу и спустя несколько часов умирали"*.

*(Бер П. О влиянии повышенного барометрического давления…, с. 61.)

Вероятно, одной из первых крупных работ, посвященных физиологическим исследованиям труда водолазов, была диссертация Альфонса Гала (1872 г.), в которой он излагает свои наблюдения за ловцами губок у берегов Турции. О количестве дыхательных движений, совершаемых водолазами во время погружения, он судил по пузырям воздуха, выходящим на поверхность, а о частоте и характере пульса - по его измерениям у каждого из них после погружения. Гал обнаружил повышение частоты дыхания при погружении, при выполнении работ под водой и в период выхода на поверхность. Частота пульса, как он полагал, также увеличивалась во время работы под водой, однако пульс в связи с повышенным давлением сжатого воздуха становился нитевидным, меньшего наполнения. После выхода на поверхность частота пульса всегда была увеличена (более 80 ударов в мин.), несмотря на то что водолаз "не чувствует почти ни малейшей усталости... Полчаса спустя в 203 случаях пульс возвращался почти к норме..."*.

*(Там же, с. 65.)

Гал анализирует заболевания, возникающие после работ под водой, и выделяет их в четыре группы. К первой группе он относит те случаи, когда "болезнь проходит без всякого лечения и кончается обыкновенно обильным потом". Ко второй - заболевания, связанные с болями в мышцах и с воспалением в суставах. В третьей группе Гал объединяет случаи с болезненными проявлениями в ушах, желудочными расстройствами. Наконец, в четвертую - он включает случаи, связанные с параличами конечностей. Как правило, при летальных исходах у водолазов, так же как и у кессонных рабочих, находили диффузное размягчение спинного мозга и кровоизлияние в мозговых оболочках.

В 1835 г. врач Жюнодо провел одно из наиболее ранних наблюдений за состоянием человека под повышенным барометрическим давлением. Он выяснил, что при повышенном барометрическом давлении облегчается дыхание, учащается пульс, возникают неприятные ощущения, связанные с вдавлением барабанной перепонки, усиливается функция пищеварения и почек, увеличивается слюноотделение.

Первые попытки практического применения сжатого воздуха и терапии предпринял Правац. Их результаты он изложил в диссертации, защищенной в 1836 г. Правац подвергал больных и здоровых людей воздействию повышенного давления (0,3 атм) в камере объемом в 9 м³ и нашел, что даже такое незначительное повышение давления благоприятно воздействует на больных с различными формами анемии. Однако в его работе не содержалось обоснований к применению повышенного барометрического давления в терапевтических целях.

В дальнейшем в ряде работ, предшествующих исследованиям Бера, были в основном подтверждены факты положительного влияния повышенного барометрического давления на больных, имеющих различные формы сердечно-сосудистой и дыхательной недостаточности.

Как следует из краткого изложения истории развития вопроса, до Бера представления о влиянии повышенного давления на организм человека в основном базировались на отрывочных свидетельствах врачей и инженерно-технических работников, обеспечивающих погружения кессонных рабочих и водолазов, и в некоторых случаях на результатах измерений.

Баснословные прибыли промышленников от эксплуатации железных дорог, шахт, шоссейных дорог, добычи продуктов моря - от всего того, что обеспечивалось работой людей в кессонах, под водой, определяли необходимость все более широкого применения труда при повышенном барометрическом давлении, несмотря па большие человеческие жертвы. Следует отметить, что водолазным делом и работой в кессонах были заняты наиболее бедные и бесправные слои трудящихся, для которых данный труд, несмотря на его опасность, часто был единственным источником к существованию.

Учитывая все эти обстоятельства, нетрудно себе представить, какое гражданское и научное мужество надо было иметь Беру для того, чтобы заняться изучением влияния повышенного барометрического давления на человека, широко планируя при этом эксперименты на себе.

До работ Бера многие исследователи старались найти объяснения физиологического и физического действия повышенного атмосферного давления на живые организмы. Так, итальянский врач-математик Борелли в 1681 г. объяснял удушье при повышенном давлении условиями дыхания "в плотном и слишком сгущенном воздухе"*.

*(Бер П. О влиянии повышенного барометрического давления..., с. 199.)

Бер, проведя анализ результатов работ предшествующих ему авторов, сравнивая их точки зрения, рассмотрел действие сжатого воздуха с позиций современных для его времени знаний в области физики, механики и химии. При этом он выделил два момента: явления при повышении давления и явления при разрежении.

Почти все авторы до Бера считали, что период повышения давления характеризуется сжатием различных частей тела. Фолей, например, выразил эти представления следующим образом: "...как только вы вошли в кессон - вы уже сплющены"*. Аналогичной точки зрения придерживались видные ученые того времени: Правац, Бюк-куа, Вивенот и др. Появлению и распространению такого мнения способствовали наблюдения за внешним видом людей, погружавшихся в кессонах. Так, при повышении давления отмечалось побледнение кожи и слизистых оболочек, особенно при воспалении. Бер справедливо возражает против этих представлений, противопоставляя им заключение, основанное на известных физических законах: "...элементарная физика, как мы уже это видели,- отмечал он,- не оправдывает такого рода рассуждения на основании несжимаемости жидкости и костей..."**. Еще Бризе-Фрадин в 1808 г. высказал мысль о том, что при повышении барометрического давления сжатым воздухом кровь, проходя через легкие, насыщается большим количеством кислорода. В дальнейшем эти представления никем не оспаривались, и лишь Бюккуа (1861 г.) дополнил их указанием на то, что при повышенном давлении возрастает не только насыщение эритроцитов кислородом, но и увеличивается количество кислорода, растворенного в крови.

*(Там же).

**(Там же, с. 206.)

Увеличение содержания кислорода в крови и тканях организма в условиях повышенного давления вызвало среди ученых того времени дискуссию об интенсивности окислительных процессов в организме в этих условиях. Одни из них (Фоллей, Вивенот) считали, что при этом обмен веществ и энергии в условиях повышенного давления увеличивается вследствие повышения содержания кислорода в тканях. Другие (Режнольт) доказывали, что уровень окислительных процессов в организме в условиях повышенного барометрического давления не изменяется. Бер в своих исследованиях, естественно, не мог обойти этого важного вопроса.

В связи с распространенным мнением о механическом влиянии повышенного барометрического давления на живые организмы большинство авторов, предшествующих Беру, полагали, что причины развития кессонных заболеваний заключались в "приливах крови, доходящих иногда до кровоизлияния: к легким, брюшным органам и в особенности к нервным центрам - головному и спинному мозгу"*. Пожалуй, никто из физиологов, кроме Фолея, не сомневался в том, что возникновение кессонной болезни связано с продолжительностью времени понижения давления (декомпрессия).

*(Там же.)

В 1857 г. Хоуп обнаружил в кровеносных сосудах животных после понижения давления пузырьки газов, вызвавших, по его мнению, гибель животных". "Если после пребывания животного в сгущенном воздухе,- предположил Хоуп,- быстро понизить давление, то легкие не будут иметь времени выделить через себя весь газ, сделавшийся свободным в больших венах"*.

*(Там же, с. 146.)

Любопытное объяснение причин возникновения заболеваний у людей после пребывания под повышенным атмосферным давлением дал в 1861 г. Бюккуа. "По закону Дальтона,- констатировал он,- количество каждого из растворенных в крови газов должно быть пропорционально давлению этих газов в сжатом воздухе... Во время и после разрежения все газы, растворенные в крови под влиянием давления в избыточном количестве, будут стремиться освободиться из нее тем сильнее, чем значительнее было перенесенное давление и чем оно было продолжительнее... Частицы газа, всюду освободившись из крови, остаются механически смешанными с жидкими молекулами, в которых они были раньше растворены...

Следствием этого... наступает общая наклонность к эмфиземе"*.

*(Бер П. О влиянии повышенного барометрического давления.,., с. 153.)

Таким образом, до Бера представления о свободных газах в крови после пребывания под повышенным давлением хотя и имели место, однако не были подтверждены конкретным материалом. "Многочисленные исследования... о составе воздуха, сделавшегося смертельным в закрытых помещениях, в которых были заключены животные,- отмечал Бер в своей монографии,- побудили меня приступить к изучению влияния, которое оказывает перемена барометрического давления на живые организмы, путем анализа воздуха..."* По словам Бера, проделанные им предварительные опыты уже наводили на мысль о том, что "главной причиной этого влияния... является изменение состава газов крови в зависимости от перемены барометрического давления"**.

*(Там же, с. 210.)

**(Там же.)

Ставя перед собой задачу исследования причин возникновения кессонной болезни, Бер считал необходимым ответить на следующие вопросы: Какие газы выделяются в крови под влиянием разрежения? Каким образом действует этот освободившийся газ? Закупоривает ли он сосуды и вызывает ли кровоизлияние? Почему заболевание наступает не всегда, а как исключение даже при давлении выше 4 атм? При этом он справедливо отмечал, что для решения этих вопросов ему необходимо провести "такие исследования на животных, которых никто до него не производил"*.

*(Там же.)

Характерным для Бера как исследователя было то, что он избрал не кратчайший путь решения этих вопросов - исследование газового состава крови, а более продолжительный - определение состава воздуха, которым дышали животные под повышенным барометрическим давлением. "Я надеялся,- отмечал он,- на этом пути встретить что-нибудь интересное, как это бывает, например, когда вместо большой дороги идешь среди кустарника"*. В решении этой задачи он видел три главных момента: "исследовать условия смерти одинаковых животных одинаковой породы в замкнутых помещениях при давлениях выше... атмосферного"; "поставить опыты над животными различной породы, но при одинаковом давлении"; "исследовать при различных давлениях влияние воздуха измененного химического состава..."**.

*(Там же.)

*(Там же.)

Бер сам сконструировал лабораторную установку, позволяющую подвергать мелких животных давлениям сжатого воздуха. В качестве подопытных животных он в основном использовал воробьев. Для лучшего наблюдения за их поведением Бер применил толстостенные стеклянные сосуды-барокамеры. Давление в каждом сосуде создавалось с помощью ручного насоса, охлаждаемого обычной водопроводной водой из бутыли, и определялось с помощью манометра Бурдона. Для получения давления в 25 атм необходимо было качать насос непрерывно в течение 20 мин. Таким способом Беру удавалось доводить давление в сосуде-камере до 40 атм.

Стеклянные сосуды при повторном повышении давления часто взрывались, однако благодаря большой осторожности Бера несчастных случаев не было. К тому же в целях безопасности Бер оплетал сосуды металлической сеткой. Стеклянными емкостями, служившими барокамерами для животных, являлись бутыли для сельтерской воды (до 10 атм) и для ртути (до 40 атм). Для того чтобы исключить возможность вытравливания воздуха из сосудов при повышенном давлении, Бер использовал "перепончатые клапана" (лепестковый клапан) конструкции Дейнероуза. Все опыты тщательно протоколировались, результаты измерения сводились в итоговые таблицы.

Благодаря проделанным опытам, Бер пришел к заключению, что повышение барометрического давления до 26 атм "не оказывает влияния на живые существа с точки зрения чисто физической, если только перемена давления совершается с достаточной медленностью, но действует как фактор химический тем, что обусловливает изменение в содержании количества кислорода в крови и таким образом вызывает или асфиксию при недостатке кислорода, или токсические явления, если его имеется избыток"*.

*(Там же, с. 211.)

Бер также отметил, что причиной гибели животных при повышенном давлении сжатого воздуха в замкнутых объемах, как правило, бывает не недостаток кислорода, а избыток углекислоты. Для проверки правильности заключения о токсичности кислорода под повышенным давлением Бер поставил контрольные опыты, в которых те же самые величины давления создавались азотно-кислород-ной смесью с повышенным и пониженным содержанием кислорода. Он предполагал, что снижение содержания кислорода в газовой смеси должно увеличить напряжение СО₂ в "смертельном составе воздуха" при гибели животного и, напротив, увеличение содержания кислорода в смеси газов под давлением ускорит гибель животных при меньшем напряжении углекислого газа. Опыты подтвердили данные предположения и убедили Бера в правильности вывода о токсичности кислорода при повышенном барометрическом давлении на животных. "Итак,- писал он,- неопровержимо доказано, что кислород... при высоких напряжениях является главной, скорее даже единственной причиной смерти"*.

*(Бер П. О влиянии повышенного барометрического давления" с. 238.)

Аппарат Поля Бера для получения сжатого воздуха

Аппарат Поля Бера для измерения высоких давлений

В конце данного раздела монографии Бер пришел к важному выводу о том, что, "каково бы ни было барометрическое давление, оно никогда не служит прямой причиной явлений. Оно только одно из условий изменяющих напряжение газов..."*. Таким образом, экспериментальным путем он показал: для людей и животных, находящихся под повышенным барометрическим давлением, опасно не увеличение давления, как такового, а изменение газового состава воздуха, сопряженного с повышением давления.

*(Там же, с. 244.)

Решая вторую задачу, Бер разработал оригинальную методику определения изменения газового состава крови при повышенном давлении. Дело в том, что обычные методы забора и введения газов в анализатор при исследовании в условиях повышенного барометрического давления оказались для него непригодными. Во-первых, экспериментатор, пользуясь ими, не мог находиться в камере вместе с животными и осуществлять забор крови. Во-вторых, при извлечении в условиях повышенного давления порции крови последняя вспенивается, часть растворенных в ней газов диффундирует в окружающую атмосферу и результаты анализов становятся неточными. Суть разработанного Бером метода заключалась в следующем. В одну из сонных артерий подопытного животного, закрепленного в станке и находящегося в камере, он вводил металлическую трубочку, пропущенную через стенку камеры. Конец трубочки был снабжен трехходовым крапом, который открывался по желанию экспериментатора. Для забора крови применялся стеклянный шприц, па конце которого также имелся трехходовой кран. Давлением крови поршень шприца выдвигался, и шприц заполнялся до необходимого объема, после чего краны перекрывались. Газы крови извлекались под вакуумом, создаваемым в приборе, наполненном ртутью. Пользуясь этой методикой, исследователю удалось провести анализы газов в артериальной крови у животных при давлениях до 10 атм. Она позволяла Беру не только анализировать газовый состав крови, полученной из артерии животного, находящегося под давлением, но и непосредственно наблюдать наличие свободного газа в крови при разрежении (декомпрессии).

Проведя соответствующие анализы, Бер сделал обобщающее заключение: "У животного при повышении барометрического давления увеличивается количество кислорода в артериальной крови, но крайне медленно; количество азота увеличивается скорее, но далеко не так, как бы следовало согласно закону Дальтона; количество угольной кислоты почти всегда уменьшается"*.

*(Бер П. О влиянии повышенного барометрического давления…, с. 278.)

Рассматривая полученные результаты относительно изменений содержания кислорода в крови под давлением, Бер отмечает два обстоятельства. Первое - в обычных условиях наступает почти полное насыщение артериальной крови кислородом путем химического связывания. Во время пребывания под повышенным барометрическим давлением насыщение крови кислородом в основном зависит от его физического растворения в плазме крови. Второе - количество физически растворенного кислорода в крови живого организма под повышенным давлением всегда меньше, чем это следует согласно закону Дальтона. Такое же несоответствие между расчетным и фактическим количеством растворенного газа в крови Бер обнаружил, анализируя содержание азота в плазме животных. По его мнению, это несоответствие "показывает, наскрлько неполно внутрилегочное смешивание воздуха, по крайней мере при высоких давлениях..."*.

*(Там же.)

Получив принципиальные данные о том, что кислород под повышенным давлением представляет опасность для здоровья и жизни животных, Бер приступил к изучению симптомов отравления, установлению давлений, вызывающих отравление и смерть, а также к исследованию механизмов вредного действия кислорода. С этой целью он провел серию опытов на различных животных: воробьях, собаках, зайцах, лягушках. Бер изучал их поведение при повышенном барометрическом давлении в атмосфере, обогащенной кислородом, проводил количественные измерения газов в крови, сахара в моче и печени, выделения мочевины, температуры тела. Уже первые серии исследований показали, что у различных животных пределы переносимости повышенных содержаний кислорода под давлением различны, а симптомы отравления кислородом сходны: в начале появляются вздрагивания тела, в дальнейшем переходящие в сильные судорожные приступы и смерть. При этом Бер ожидал увидеть повышение температуры тела. Однако измерения засвидетельствовали обратное: температура тела животных при отравлении кислородом и появлении судорог резко снижалась, на 10 - 15° С. "...Я обращаю на это обстоятельство особенное внимание,- писал Бер,- ибо оно с чрезвычайной ясностью показывает, что все описанные припадки, вызванные применением кислорода, не зависят от усиления внутритканевых окислительных процессов"*. Он отмечал, что гибель животных наступала в то время, как сердце животного еще продолжало биться, двигательные нервы и мышцы оставались возбудимы, а рефлексы отсутствовали. В связи с этим Бер предполагал, что "кислород не убивает ни сердце, ни двигательные нервы, ни мышцы... Дело в том, что судороги происходят от спинного мозга, сообщающего свое возбуждение мышцам через посредство двигательных нервов..."**, которые, по его мнению, и поражаются кислородом.

*(Там же, с. 328.)

**(Там же, с. 330.)

Для проверки данного предположения он ставит опыты на лягушках, которым перерезает седалищный нерв и помещает в камеру. При повышении в камере барометрического давления воздухом, насыщенным кислородом, Бер регистрирует смерть лягушки, однако, без предшествующих судорожных симптомов. На основе этих опытов он констатировал, что повышенное давление кислорода прежде всего действует на центральную нервную систему, подобно стрихнину, карболовой кислоте и другим ядам, вызывающим судороги.

Наблюдаемое снижение температуры тела при отравлении кислородом Бер связывал с уменьшением процессов окисления, образования углекислоты и мочевины, разложения сахара в крови. "Все химические процессы, - заключал Бер,- легко поддающиеся измерению, оказываются значительно затруднены под влиянием кислорода высокого напряжения"*. На основании результатов проведенных опытов он пришел к выводу, что под влиянием повышения давления кислорода в организме происходит "образование какого-то вещества, способного играть роль яда, который, оставаясь в теле после декомпрессии, продолжает поддерживать болезненные припадки и может вызвать смерть; разрушение или уничтожение этого вещества необходимо для восстановления здоровья животного"**.

*(Бер П. О влиянии повышенного барометрического давления..., с. 371.)

**(Там же.)

Свои выводы о токсическом действии повышенных давлений кислорода на живые организмы Бер проверил и подтвердил в исследованиях на водяных животных, беспозвоночных и насекомых - на головастиках, угрях, рыбах, ящерицах, древесных червях, гусеницах, божьих коровках, мухах, шмелях, пауках, сороконожках, жужелицах, мокрицах, муравьях и т. п., а впоследствии на растениях и ферментах, т. е. на всем живом в природе.

Проведя исследования, позволившие вывести общую закономерность о токсичности высоких давлений кислорода на различные формы жизни на земле, Бер задался целью "узнать, какое именно барометрическое давление самое благоприятное для жизни"*. Он провел исследования над собой при кратковременном пребывании в сжатом воздухе (2 атм), а также над мелкими животными, помещенными в условия повышенного давления сжатого воздуха. В результате исследователь констатировал: "...увеличение напряжения кислорода за пределы его нормального содержания в обыкновенном воздухе не только не представляется полезным, а, пожалуй, наоборот. Если и замечается какая-нибудь разница, то всегда в пользу обыкновенного воздуха: в нем жизнь сохраняется дольше, развитие ...происходит скорее... для здорового животного обыкновенное атмосферное давление представляет собой самые лучшие условия жизни; повышение же давления, сколько-нибудь заметного, надо скорее, бояться, чем желать"**. На основании проведенных опытов он также уточнил, что на живые организмы влияет не давление как таковое, а увеличение напряжения кислорода, связанное с повышением барометрического давления.

*(Там же, с. 376.)

**(Там же, с. 403.)

В заключении, посвященному общему влиянию повышенного содержания кислорода на биологические структуры и живые организмы, Бер рассматривает сущность жизни "как результат гармонического взаимодействия химических явлений, принадлежащих к разряду ферментативных процессов"*. По мысли ученого "для поддержания жизни необходимо, чтобы эти многочисленные процессы совершались... в полной гармонии... под влиянием избытка в напряжении кислорода внутри клеточек как изолированных, так и сгруппированных в ткани, происходят химические изменения, влекущие за собой возникновение таких стойких продуктов, присутствие которых нарушает гармонию, необходимую для поддержания жизни, сначала в отдельных клеточках, а потом в целом организме"**. Стремясь найти непосредственные причины нарушения гармонии в обменных процессах под влиянием повышенного давления кислорода, Бер делает интересное предположение. По его мнению, эти изменения связаны с развивающейся в этот момент в организме кислой реакцией, зависящей, "вероятно, частью от молочной кислоты... Очень возможно, что присутствие этой кислоты внутри анатомических элементов и является причиной смерти"***.

Другим чрезвычайно важным разделом экспериментальных исследований Бера явилось изучение причин возникновения заболеваний при декомпрессии - во время или сразу после быстрого уменьшения давления в несколько атмосфер. С этой целью он поставил серию экспериментов на птицах, крысах, кроликах, кошках и собаках. В них, основываясь на практическом опыте кессонных и водолазных работ и теоретических данных, представленных в литературе, Бер применил быстрое понижение давления "в один прием, без перерыва и насколько возможно быстро"****. При этом он обнаружил, что разные виды животных имеют различную устойчивость к возникновению декомпрессионных заболеваний. Наиболее устойчивыми оказались птицы; кошки и собаки оказались менее чувствительными к возникновению заболевания, чем кролики. Кроме того, в одном и том же виде молодые животные были более устойчивы, чем "вполне сложившиеся". Как правило, в случае быстрой декомпрессии (в несколько секунд) при давлении более 8 атм животных постигала мгновенная смерть.

*(Там же, с. 479.)

**(Там же, с. 480.)

***(Там же, с. 482.)

****(Бер П. О влиянии повышенного барометрического давления..., с. 492.)

Вскрывая таких животных, Бер всякий раз обнаруживал наличие пузырьков свободного газа в венах, полостях сердца, а иногда в артериях. Анализ этих газов показал, что они преимущественно состоят из азота. В некоторых случаях в пузырьках газа содержался в значительных количествах (до 20%) углекислый газ. Наиболее распространенным видом декомпрессионных заболеваний оказались параличи задних конечностей. После смерти таких животных в поясничной области у них наблюдались участки размягченного спинного мозга.

Тщательно обследуя животных после декомпрессии, Бер обнаружил пузырьки свободного газа не только в крови, но и в мышцах, спинном мозге, подкожной жировой клетчатке. Таким образом, Беру удалось экспериментально подтвердить гипотезу профессора физики Страсбургского университета Бюккуа о том, что причины декомп-рессионного заболевания заключаются не в так называемых приливах крови к внутренним органам, а в образовании свободного газа в крови и тканях организма. "...Мы имели право утверждать,- подчеркивал Бер,- что газ, который мог бы угрожать жизни, переходя в свободное состояние, должен находиться в крови в увеличенном количестве под влиянием давления, а таковым является только азот"*.

*(Там же, с. 522.)

Бер согласен с врачами-практиками, предложившими помещать пострадавших от декомпрессии повторно в условия повышенного давления для растворения пузырьков свободного газа. Вместе с тем он предлагает и дополнительное средство лечения при таких заболеваниях - вдыхание чистого кислорода или воздуха в смеси с кислородом. Бер основывается на том, что вдыхание газовой смеси, обогащенной кислородом, должно способствовать более быстрой диффузии азота через легкие из организма.

Свои предположения он проверяет в экспериментах на животных и добивается некоторого успеха. После быстрой декомпрессии с давления 8 атм и последующего дыхания чистым кислородом животные уже не погибали мгновенно, как это имело место раньше, однако у них развивался паралич. Вместе с тем после вскрытия в крови животных, которые дышали кислородом после быстрой декомпрессии, пузырьков свободного газа не обнаруживалось. На основании проделанных опытов Бер пришел к следующему заключению о путях лечения тяжелых случаев декомпрессионных заболеваний: "...мы должны советовать последовательное применение сначала дыхания кислородом, чтобы вытеснить азот, скопившийся в правом сердце, и затем нового повышения давления (рекомпрессии), чтобы растворить пузырьки газа в капиллярах и толще ткани"*.

*(Там же, с. 539.)

В то же время основным сродством профилактики и лечения заболевания после пребывания в условиях повышенного барометрического давления Бер считал медленную декомпрессию и повторную рекомпрессию. Он одним из первых попытался экспериментально обосновать плавный или ступенчатый метод декомпрессии. Сравнив оба метода, он не нашел больших различий в их эффективности и, основываясь на экспериментах, поставленных на животных, счел безопасной декомпрессию со скоростью 1 атм за 12 мин.

Бер наметил основные направления использования повышенного барометрического давления в гигиене и терапии. Возможности применения повышенного давления в медицинской практике он изложил в заключительной главе своей фундаментальной работы. Прежде всего он обращает внимание на влияние повышенных давлений кислорода при терапии ряда таких заболеваний, как анемия и астма. Повышенное давление сжатого воздуха, по мнению П. Бера, действует различным образом: "...на астму оказывает влияние механическая сторона сжатого воздуха... на анемию же сжатый воздух действует химическим путем, вызывая более полное насыщение кислородом оксигемоглобина..."*. Основываясь на результатах о токсическом действии кислорода на живые организмы, Бер в медицинской практике не рекомендовал применять чистый кислород, даже при обычном давлении: "...я желал бы его оставить только в случаях угрожающего удушения и отравления окисью углерода или газа сточных труб, т. е. там, где нельзя терять времени. Да и здесь лучше было бы применять только воздух, содержащий 60% кислорода с тем, чтобы продолжать вдыхание по крайней мере час"**.

*(Бер П. О влиянии повышенного барометрического давления..., с. 626.)

**(Там же, с. 628.)

Бер предпочитал (вместо чистого кислорода) использовать воздух, обогащенный кислородом. Больным анемией он рекомендовал ежедневно в продолжение двух часов дышать 20 - 30% смесью кислорода и воздуха. В то же время Бер настоятельно советовал для лечения анемии, астмы, отравлений вредными газами, вправлении грыж применять повышенное барометрическое давление в камере. Одновременно он высказывал сомнение в возможности применения с терапевтической целью давлений сжатого воздуха более 3 атм. Исключением являлось лишь лечение различных воспалительных процессов.

Бер считал маловозможной работу человека в условиях повышенного барометрического давления, равного более 10 атм. По его мнению, при таком давлении сжатого воздуха токсическое влияние кислорода будет столь значительным, что возникнет необходимость снижения его содержания за счет увеличения в газовой смеси инертного газа - азота.

В целях предупреждения декомпрессионных заболеваний, учитывая закономерности насыщения и рассыщения тканей организма инертным газом при изменяющемся барометрическом давлении, Бер рекомендовал сократить время пребывания под повышенным давлением и уменьшить количество спусков в кессон или под воду до одного раза в день. Другой необходимой мерой профилактики заболеваний у кессонных рабочих и водолазов он назвал разработку и внедрение режимов медленной декомпрессии в зависимости от величины и времени нахождения под повышенным давлением. Кроме того, Бер ратовал за обязательную установку на местах работы водолазов и кессонщиков камер для декомпрессии, оснащенных средствами обогрева, с сухой и теплой одеждой.

В связи с тем, что во время декомпрессии водолаз устает и переохлаждается, он считал целесообразным разработать специальное приспособление "наподобие стула, в котором и поднимать его на поверхность"*. В качестве одной из главных мер профилактики тяжелых случаев декомпрессионной болезни после пребывания под давлением он предлагал ввести обязательное вдыхание кислорода. Применение этих рекомендаций, по его мнению, должно осуществляться всегда после погружения на глубину более 40 м.

*(Там же, с. 630.)

Результаты обследования газовых составов в кессонах, выполненных Бюккуа, натолкнули Бера на мысль о необходимости проводить очистку воздуха в кессонах с целью удаления из него избытка углекислого газа и вредных примесей.

Таким образом, Бер не только открыл новые, до него не известные закономерности в области высоких давлений, но и разработал вопросы практического применения сделанных им открытий.

Книга "Барометрическое давление" не вызвала среди физиологов и техников никакой дискуссии и была принята единодушно. Этому способствовали характерные для нее тщательный анализ сведений, имеющихся в литературе по данному вопросу, четкая направленность поставленных задач, точное соответствие методов решению выдвинутых проблем широко поставленному эксперименту с различными живыми организмами, убедительность выводов и заключений по результатам исследований и наблюдений. Многие последующие годы этот труд Бера был настольной книгой для тех, кто работал под повышенным барометрическим давлением.

Основные выводы, сделанные Бером в своей монографии о влиянии повышенного барометрического давления па организм человека и животных, сохраняют актуальность и в настоящее время. Однако в последующем па смену методам, с помощью которых проводил исследования Бер, пришли новые, более точные, расширились и усложнились практические задачи, определяющие необходимость работы человека в условиях повышенного барометрического давления. Возникла необходимость работы человека на больших глубинах с целью проведения аварийно-спасательных, судоподъемных, строительных, научных и других операций. Увеличились масштабы работ с применением кессонов. Во многих странах стали строить не только шахты и мосты, но и метро, подводные тоннели. Широкое развитие получили методы профилактики и лечения различных заболеваний с помощью гипербарии. Все это способствовало развитию новой отрасли прикладной науки - гипербарической физиологии и медицины, в основу которой вошла классическая работа Поля Бера.

Бер был не только блестящим экспериментатором, но и ученым, который, обобщив и подвергнув критическому анализу все, что было известно до него, разработал основы наших представлений о влиянии повышенного барометрического давления на живые организмы, включая животных и человека. В последующем они практически не пересматривались, в основном развиваясь и дополняясь. Не имея возможности достаточно подробно остановиться на дальнейшей истории развития исследований в области гипербарической физиологии и медицины, отметим основные работы и следующие из них выводы и положения, сформировавшиеся в этой области к настоящему времени.

Были подтверждены и расширены представления о механизме развития декомпрессионных заболеваний, заложенные Бером. Как известно, он обнаружил, что содержание азота в крови и в организме в целом увеличивается с повышением атмосферного давления и длительностью экспозиции. Дальнейшие исследования были направлены на то, чтобы выявить динамику накопления азота в крови и тканях организма, а также выяснить закономерности выхода инертного газа из тканей организма при декомпрессии.

Важное значение для развития представлений о закономерностях насыщения и рассыщения организма газами при изменении барометрического давления имело открытие И. М. Сеченовым в 1880 г. постоянства парциального давления газов в альвеолярном воздухе и зависимости их концентрации от вентиляции легких и содержания их во вдыхаемых газах.

Верной в 1907 г. определил коэффициент растворения азота в жирах и воде*. Все это позволило Дж. Холдейну в 1908 г. проанализировать закономерности сатурации и десатурации азотом отдельных тканей и в организме в целом при изменении барометрического давления. В результате многочисленных опытов над животными, водолазами и "кессонщиками" Дж. Холдейн вывел коэффициенты допустимого пресыщения тканей организма инертным газом (без газообразования) и рассчитал таблицы декомпрессии на воздухе с учетом глубины погружения и времени пребывания па ней**. В 1907 г. после практических проверок таблиц декомпрессии Холдейна они были приняты для водолазов английского флота и в дальнейшем, с различными модификациями, распространены на водолазные и кессонные работы в других странах.

*(См.: Vernon H. М. Proc. Roy. Soc., London, 1907, 79, 360-371.)

**(См.: Холдейн Дж., Пристли Дж. Дыхание. М.; Л.: Биомедгиз, 1937, с. 311 - 353.)

Идея Бера о необходимости применения чистого кислорода для снижения опасности возникновения деком-прессионной болезни была в дальнейшем разработана, а впервые на практике реализована русским врачом Cаковичем в 1910 г. при проведении водолазных работ по подъему подводной лодки "Камбала".

Впоследствии было показано, что дыхание чистым кислородом позволяет значительно сократить сроки декомпрессии, и рассчитаны таблицы ускоренного подъема водолазов с переходом на дыхание чистым кислородом с глубины 30 м. В настоящее время кислородная декомпрессия находит широкое применение в практике, переход на дыхание кислородом ограничен 18 - 20 м. Получило распространение и применение азотно-кислородных газовых смесей с повышенным по сравнению с воздухом содержанием кислорода.

Джон Скотт Холдейн

Л. А. Орбели

Другое предложение Бера о необходимости введения рекомпрессионной камеры при кессонных и водолазных работах с целью проведения рабочей декомпрессии и лечения декомпрессионного заболевания было впервые осуществлено Э. Моером в 1893 г. при постройке тоннеля на р. Гудзон*. Фирма "Пирсон" в Лондоне построила для этого первую рекомпрессионную камеру. Однако только после введения таблиц декомпрессии, разработанных Дж. Холдейном, рекомпрессионные камеры стали устанавливаться повсеместно в местах проведения водолазных и кессонных работ.

*(См.: Дэвис Р. Глубоководные водолазные спуски и подводные работы. М.: Морской транспорт, 1940, с. 8.)

Исследования Бера о влиянии повышенного барометрического давления на человека ограничивались, как известно, в основном изучением воздействий воздуха и кислорода. Отсюда понятны те ограничения по пребыванию под повышенным давлением, введение которых ему представлялось необходимым, - 10 атм. В дальнейшем было обнаружено, что воздух при таких давлениях оказывает не только токсическое, но и наркотическое действие.

А. Бенке, Р. Томпсон и Е. Мотли в 1934 г. обнаружили, что наркотическим действием обладает не сам воздух, а содержащийся в нем азот. В связи с этим состояние, которое развивается при дыхании сжатым воздухом под повышенным давлением, они назвали "азотным наркозом". Это состояние характеризовалось начальными симптомами повышенной возбудимости, эйфорией, сменяющейся при дальнейшем повышении давления развитием торможения в различных отделах центральной нервной системы. У водолазов, погружавшихся на глубины более 60 - 80 м, возникали галлюцинации и наступала потеря сознания.

В последующем, благодаря исследованиям многих ученых в частности отечественных - М. П Бресткина, Е. М. Крепса, Л. А. Орбели, Б. Д. Кравчинского и др., было установлено, что применение сжатого воздуха вследствие развития наркотического состояния возможно при погружении водолазов до глубин 60 - 80 м Ранние признаки так называемого "азотного наркоза" проявляются yжe при давлениях в 3 атм. Необходимость погружения человека на большие глубины привела к поиску инертных газов, способных заменить азот, т. е. обладающих меньшим наркотическим действием.

Одним из важных исследований в этой области стала работа Н. В. Лазарева "Биологическое действие газов под давлением" (1941 г.). Лазарев провел всесторонние исследования наркотического действия азота, гелия, аргона, неона, криптона, ксенона и метана на живые организмы, используя в качестве подопытного материала микробов, беспозвоночных животных и разных мелких млекопитающих.

Данная работа имела важное значение для разработки методов погружения и режимов декомпрессии водолазов при использовании для дыхания гелио-кислородных смесей на глубинах до 200 м.

В 1922 г. в США заинтересовались возможностью применения гелия в водолазной практике. Спустя шесть лет Е. М. Крепс и К. Л. Павловский приступили к исследованиям физиологического действия гелия, в котором затем приняли также участие другие сотрудники кафедры физиологии ВМА им. С. М. Кирова (М. П. Бресткин, С. П. Шистовский, Б. Д. Кравчинский). Гелио-кислородная смесь была впервые использована для спуска водолазов на глубину 140 м на оз. Мичиган в 1938 г., а уже в следующем году нашла применение при проведении спасательных работ с подводной лодкой "Сквалус"; тогда же и были разработаны режимы декомпрессии для гелио-кислородной смеси. В СССР вопросами расчета и экспериментальной проверки гелио-кислородных режимов в 1939 г. начала заниматься Постоянная комиссия по аварийно-спасательному делу руководимая Л. А. Орбели, Испытания продолжались в годы Великой Отечественной войны и привели к созданию режимов декомпрессии до рекордной в те годы глубины 200 м.

В 1941 г. Н. В. Лазарев высказал мысль об использовании чередующейся подачи газовых смесей с различными индифферентными газами для уменьшения величины конечного насыщения тканей и ускорения декомпрессии. В дальнейшем эта идея была развита швейцарским математиком Г. Келлером и физиологом А. Бюльмапом. Они, в частности, доказали: при погружениях на 300 м рациональная смена индифферентных газов может быть весьма эффективной мерой сокращения периода декомпрессии и профилактики декомпрессионной болезни*.

*(Keller H., Buhlmann A. A. Deep diving and short decompression time by breathing mixed gases.- J. Appl. Physiol., 1965, vol. 20, p. 1267.)

В настоящее время профилактика декомпрессионной болезни, основы которой были заложены Полем Бером, включает большой комплекс мероприятий. Главная роль в предупреждении заболевания отводится по-прежнему совершенствованию режимов декомпрессии с использованием преимуществ, создаваемых сменной подачей газовых смесей и применением кислорода. Другим важным направлением является отбор людей для работы в условиях повышенного давления газовой среды, их специальная тренировка и меры, направленные на повышение устойчивости к действию вредных факторов гипербарии и декомпрессии. Сюда относится также и выбор режима декомпрессии с учетом индивидуальных особенностей водолазов (кессонных рабочих) и реальных условий, в которых протекает их рабочая деятельность и декомпрессия. Принципиально новым направлением, зародившимся в последние годы, является контроль за водолазами в ходе декомпрессии с использованием технических средств обнаружения бессимптомных газовых пузырьков с целью доклинической диагностики и предупреждения декомпрес-сионной болезни. Другим новым направлением, изучаемым пока в лабораторных условиях, является применение фармакологических средств с целью повышения устойчивости к декомпрессионной болезни и ее профилактики*.

*(Материалы, использованные на с. 159 - 159, подготовлены И. А. Саповым, А. П. Лотовиным и Л. К. Волковым.)

Новый подъем исследовательских работ по расширению возможностей работы человека в условиях повышенного барометрического давления начался в 60-х годах текущего столетия. Он определился необходимостью проведения широкого комплекса работ по освоению ресурсов Мировего океана, прежде всего его континентальной отмели - шельфа. Поиски новых источников сырья, таких, как нефть, газ, рудные ископаемые, поставили перед многими странами задачу разведки и добычи данных ресурсов в прибрежных зонах.

В свою очередь, успех решения данной задачи зависел от возможности длительной работы человека па глубинах, превышающих 200 м. Разработанные режимы декомпрессии не отвечали поставленной задаче: при данных режимах с увеличением глубины погружения сокращалось время пребывания на глубине водолазов и увеличивалось время декомпрессии. Таким образом, труд водолазов на глубинах, превышающих 200 м, перестал экономически себя оправдывать.

Решение данной проблемы заключалось в изучении возможностей длительного, многосуточного пребывания человека в условиях повышенного барометрического давления, т. е. необходимо было рассмотреть возможности жизни человека в искусственной газовой среде под таким давлением. При этом предполагалось, что ткани организма достигнут состояния полного равновесия с новой газовой средой и период декомпрессии хотя и будет увеличен, но уже не будет связан с длительностью пребывания под давлением.

Положительные результаты, полученные при исследованиях на животных, позволили в 1962 г. американским и французским физиологам провести первые исследования в условиях длительного пребывания человека под повышенным барометрическим давлением при использовании воздуха, азотно-кислородной и гелио-кислородной среды. Благодаря этим работам в 1970 г. глубину погружения человека в барокамере им удалось довести до 330 - 360 м, в 1971 г.- до 610 м и в 1977 г. - до 509 м (в море).

Поставленные практические задачи и обнадеживающие результаты исследования возможностей длительной работы человека в искусственной газовой среде под повышенным барометрическим давлением повлекли увеличение финансирования исследований по данной проблеме и приток научных кадров.

Для решения данных проблем в различных странах в настоящее время создано более 150 научных центров, оснащенных современными техническими средствами. На смену примитивным методам исследований эпохи Бера были разработаны методы, основанные на новейших достижениях автоматики и электроники, и целые барском-плексы. Современный гипербарический барокомплекс-сложное инженерно-техническое сооружение, оснащенное собственными вычислительными центрами для контроля за условиями среды в барокамерах и для обработки поступающей медико-технической информации. Сейчас только за рубежом насчитывается более 40 таких гидро-барокомилексов. С их помощью возможно моделировать все условия длительного погружения человека на глубины до 2000 м, т. е. при давлениях до 200 атм.

В настоящее время все программы научных исследований в области подводной биомедицины в основном развиваются в двух направлениях. В первом - изучается круг вопросов, связанных с факторами, лимитирующими погружение человека на наибольшие глубины (до 1000, а в перспективе до 2000 м), во втором - исследуются возможности адаптации человека к условиям водной среды и гипербарии на глубинах, доступных для практической деятельности.

Конечным, по-видимому, практически неразрешимым препятствием к проникновению человека в глубины океана является гидростатическое давление. Как показали многочисленные исследования, при давлениях 250 - 400 атм (2500 - 4000 м) у животных наблюдается угнетение окислительных процессов в тканях сердца, почек, мозга; спазматические мышечные сокращения, параличи; контрактура гладкой мускулатуры; снижение напряжения мышцы сердца; и т. д. Увеличение продолжительности воздействия повышенного давления приводило к необратимым изменениям в жизненно важных функциях.

При достижении максимальных глубин наиболее сложными па сегодня являются проблемы преодоления нервных и респираторных расстройств при гипербарии, связанных с периодами компрессии, изопрессии, декомпрессии. Самостоятельный интерес представляют вопросы особенностей профилактики и лечения декомпрессиоп-пых заболеваний па больших глубинах при применении метода длительного пребывания под повышенным давлением.

При погружении на глубины более 300 - 350 м у человека возникают нейрологические расстройства, клинические проявления которых отличаются от состояния классического наркоза инертными газами. Как показали опыты на животных, эти нервные расстройства при увеличении давления могут привести к смерти. Симптоматика нервных расстройств в условиях повышенного давления была впервые описана в :1969 г. Р. Брауером и X. Фруктюзом с соавторами и получила определение нервного синдрома высокого давления. В дальнейших исследованиях было показано, что формирование этого синдрома зависит от скорости повышения давления. При увеличении скорости погружения его симптомы появились уже на глубинах 200 м, в то время как при медленной скорости компрессии они возникали лишь на глубине 460 м. Снижение скорости компрессии и введение экспозиции на глубинах более 200 м позволили водолазам французской фирмы "Комекс" достигнуть в барокамере рекордной глубины - 610 м без признаков синдрома высокого давления.

В 1969 г. французский физиолог Я. Шуто, варьируя скоростью компрессии, длительностью экспозиции на глубинах и газовым составом, довел глубину погружения крупных млекопитающих (коз) в гелиокислородной среде до 800 - 1000 м. На указанных глубинах эпилептический криз наступал через 7 - 24 часа.

Мелкие животные - мыши, крысы, белки - оказались более устойчивыми к воздействию гипербарической среды. Отмечены случаи выживания мышей после воздействия повышенного давления в 200 атм. Пределы применения гелиокислородной смеси на глубинах на сегодня остаются невыясненными.

Ограничение легочной вентиляции в основном объясняется повышением динамического сопротивления газовому потоку при увеличении плотности газов под давлением. В этом случае сопротивление тканей, выстилающих дыхательные пути, за исключением патологических случаев, не меняется. Естественно, что с увеличением динамического сопротивления для поддержания постоянного объема вентиляции дыхательные мышцы должны увеличить работу, причем при возрастании плотности газов, т. е. при увеличении динамического сопротивления, эта работа может возрасти настолько, что потребляемый кислород будет обеспечивать только дыхание. Такое состояние согласно расчетам наступит при увеличении плотности газов в 30 раз, что эквивалентно глубине погружения с применением гелиокислородной смеси - 1800 м. Эти величины характерны для состояния покоя. Каковы же они будут при работе водолазов в снаряжении, обладающем дополнительным мертвым пространством и добавочным сопротивлением?

Максимальная объемная скорость потока газов при дыхании в условиях гипербарии снижается вследствие повышения сопротивления за счет утолщения внутриле-гочных дыхательных путей, наступающего по мере увеличения давления газов. Снижение вентиляции в условиях гипербарии может существенно ограничивать обмен углекислого газа и кислорода в легких, способствуя в определенных условиях формированию гиперкапнии и гипоксии. Однако до настоящего времени недостаточно известны конкретные условия возникновения этих состояний.

Опытные водолазы способны адаптироваться к высоким величинам накопления углекислого газа в организме. Высокое содержание углекислого газа в крови у них (до 70 мм рт. ст.) не вызывают ожидаемого увеличения реакции дыхания. Таким образом, можно говорить о снижении в условиях гипербарии чувствительности дыхательного центра к парциальному давлению углекислого газа, однако не ясен механизм этого явления. Увеличение содержания углекислого газа усиливает проявление наркоза инертных газов, но мало известно о влиянии СО₂ на формирование нервного синдрома высокого давления.

Как известно, скорость диффузии зависит от плотности газов, поэтому возможно ожидать в условиях повышенного давления ухудшение процесса диффузии и газовой фазе обмена кислорода и углекислого газа. В связи с этим остаются недостаточно выясненными вопросы динамики газов в зависимости от плотности, а также молекулярных весов инертных газов - разбавителей.

Во всяком случае сегодня для обеспечения возможностей дыхания при повышенном давлении практически почти всегда повышается содержание кислорода в смеси газов, что еще более усложняет реакцию дыхания и кровообращения.

Формирование гипоксических явлений при гипербарии возможно не только за счет гиповентиляции, но и благодаря неравномерности вентиляции - перфузии, альвеолярно-артериального обмена, а также клеточного обмена и изменения проницаемости клеточных мембран при увеличении массы диффундирующих газов.

Внедрение методой длительного пребывания человека под водой в условиях гипербарии на уже достигнутых в исследованиях глубинах определяет необходимость разработки оптимальных условий газовой среды и микроклимата в барокамерах, подводных аппаратах, подводных лабораториях, обеспечивающих отдых, восстановление организма после работы под водой.

В настоящее время известны лишь предельно-допустимые величины гипербарической среды жилых камер, транспортных устройств и водолазного снаряжения. Наиболее важные данные в связи с этим представляют показатели температуры, влажности, содержания кислорода, азота, гелия, ионного состава газовых смесей, уровней шума, освещенности и др. В то же время сведения о состоянии человека, выполняющего работу под водой, пока крайне ограниченны. Условия и режимы труда водолазов не имеют достаточного научного обоснования и сложились на основе практического опыта. Об их опасном и вредном воздействии на организм свидетельствуют необычайно высокие показатели травматизма и заболеваемости водолазов. Уровень производственного травматизма с летальным исходом по зарубежным данным составляет 1 на 1000 работающих, а количество профессиональных заболеваний - 1 на 20 - 200 погружений. По тем же данным водолазы имеют высокий процент неврологических, кар-диореспираторных заболеваний, заболеваний органов слуха, 20 - 46% водолазов страдают отдаленными, так называемыми немыми формами декомпрессионных заболеваний - асептическим некрозом костей. Причем это заболевание отмечено и у водолазов, работающих и на малых глубинах, т. е. без прохождения рабочей декомпрессии. Условия формирования общей и профессиональной патологии водолазов недостаточно изучены, а меры их профилактики и лечения мало разработаны.

Успешное и широкое внедрение в практику методов погружения человека на большие глубины при повышенном атмосферном давлении возможно только при проведении комплексных биологических и медицинских исследованиях возможностей адаптации организма человека к условиям гипербарии. Эти исследования должны быть направлены на определение оптимальных сроков пребывания под повышенным давлением, обоснование периодов отдыха между повторными длительными экспозициями, разработку критериев и методов индивидуального отбора и специальной тренировки водолазов, обоснование мероприятий по повышению устойчивости организма к гипербарии, составлению рациональных режимов труда и отдыха в период экспозиции, и др.

Таким образом, исследования Поля Бера, посвященные влиянию повышенного давления газовой среды на живые организмы, не только не потеряли своего значения, но и успешно развиваются как важная современная область биологической науки - подводная физиология и медицина.

Кислородное отравление и лечебное применение кислорода

Открытие Бером токсического действия кислорода на живые организмы было настолько необычным, что вызвало у некоторых его современников недоверие. Сама мысль о токсичности кислорода казалась им просто нелепой.

Правда, до Бера отдельные авторы (Пристли, 1774; Пфлюгер, 1868) высказывали мнение о вредном влиянии повышенного содержания кислорода во вдыхаемом воздухе. Однако их предположения были малодоказательными и тонули в целом море ложных и совершенно невероятных представлений.

По словам Поля Бера, токсическое действие кислорода явилось "неожиданным открытием" при анализе причин гибели воробьев, находившихся под высоким давлением воздуха. С целью исследования этого "неизвестного" отравления Бер проделал целую серию опытов и установил, что "кислород под известным давлением является грозным агентом, который в сжатом воздухе замкнутых помещений... является... единственной причиной смерти; это напряжение... всегда может быть достигнуто или повышением барометрического давления, или увеличением процентного содержания кислорода"*.

*(Бер П. О влиянии повышенного барометрического давления…, с. 128.)

Интересна последовательность экспериментов, проведенных Бером. Изучая влияние сжатого воздуха (максимальное давление достигало 25 атм) на воробьев, он обнаружил их гибель через определенный промежуток времени. Пытаясь выяснить причину неблагоприятного действия высокого барометрического давления, Бер проводил анализы воздуха, содержащегося в камере в конце опыта, и установил, что смерть птиц обусловлена не столько накоплением в ней СО₂, сколько какой-то другой причиной. В следующей серии опытов СО₂ внутри камеры поглощается натронной щелочью, однако птицы продолжали гибнуть. Тогда Бер предположил, что виновником смерти животных может быть повышенное давление кислорода во вдыхаемом воздухе. Для подтверждения этой гипотезы Бер использовал в экспериментах сжатый воздух, обогащенный кислородом, и убедился в правильности своих выводов. Действительно, кислород являлся "быстро убивающим ядом". Животные при этом погибали в судорогах. "Судороги,- констатировал Бер,- появляются обыкновенно через 5 - 10 мин; птица изгибает голову и ноги и ходит точно как бы по горячим углям; она вся дрожит. Вскоре в более тяжелых случаях она раскрывает крылья, трепещет ими и падает на спину, сильно хлопая крыльями и подогнув ноги к туловищу; это продолжается несколько минут, после чего судороги успокаиваются, затем снова возобновляются все чаще и чаще, не слабея до самой смерти... Во время приступов судорог и в промежутках между ними дыхательные движения порывисты и глубоки... При очень высоких давлениях смерть наступает во время первого приступа... припадки не прекращаются и тогда, когда птица помещена в... воздухе при нормальном давлении, и здесь еще может наступить смерть"*.

*(Там же, с. 326-327.)

А вот картина кислородного отравления, развившегося у собаки. "С течением времени болезненные явления усилились... судороги сделались чрезвычайно сильными: тонические напряжения сменились клоническими судорогами конечностей, шеи, нижней челюсти и глазных мышц. ...судороги продолжаются почти беспрерывно и... могут быть вызваны прикосновением к животному, ударом по столу и: введением градусника в прямую кишку. Во время приступов судорог дыхание останавливается, но биения сердца продолжаются"*.

*(Там же, с. 336.)

"Когда животное вынимают из аппарата, оно находится в состоянии общих тонических судорог; все четыре ноги тверды, несгибаемы, туловище изогнуто кзади, глаза выпячены, зрачки расширены, челюсти сжаты... Вскоре наступает как бы ослабление припадка, за которым следует новый приступ окоченения с клоническими судорогами, похожими на те, которые бывают при отравлении стрихнином или при столбняке... Через несколько времени эти судорожные приступы, которые сначала появлялись каждые 5 - 6 мин, становятся не так часты и сильны; ослабление окоченелости в промежутках между судорогами становится более полным, и наконец через несколько минут, а иногда часов все проходит. В более легких случаях вместо... отвердения мышц замечаются только беспорядочные движения, местные судороги..."*

*(Там же, с. 360.)

Теперь Бер решил определить, "при каком напряжении кислорода наступают судорожные явления?"* По его данным, у воробьев судороги появляются, когда давление воздуха поднимается до 15 атм, однако "угрожающие симптомы начинают обнаруживаться гораздо раньше... и становятся ясно выраженными начиная с 6 атм, а особенно с 12 атм"**. Собаки оказались более резистентными к кислородному отравлению. Судороги у них возникли при напряжении кислорода, соответствующем 19 атм воздуха, и вызвали быструю смерть при давлении выше 27 атм.

*(Там же, с. 326.)

**(Там же.)

Таким образом, Бер еще в первых сериях экспериментов подметил наличие различной чувствительности к токсическому действию гипероксии у животных разных классов. Бер также обнаружил, что продолжительность пребывания животного в среде сжатого воздуха оказывает прямое влияние на "интенсивность отравления кислородом"*, т. е. что кислороду присуще хроноконцентрационное действие, обусловленное влиянием как величины РO2) так и продолжительности экспозиции.

*(Бер П. О влиянии повышенного барометрического давления..., с. 351. )

В опытах на собаках Бер попытался определить зависимость между скоростью развития судорог и содержанием кислорода в крови животного. В результате он пришел к следующему выводу: "...невозможно точно определить... количество кислорода (в крови.- С. Е.), которое вызывает судороги и смерть... Верно только то, что когда животное погибало, то количество кислорода в его крови превышало 30 объемов на 100 крови. Это возрастание очень велико, т. е. оно колеблется между 1/3 и 1/2 сверх нормы"*. Следовательно, кислород чрезвычайно токсичен, причем смертельная доза кислорода может лишь на треть превосходить обычное содержание его в артериальной крови.

*(Там же, с. 356.)

Еще в первых экспериментах Бер отмечал, что "судороги наступают только через некоторое время после начавшегося повышения давления"*. Наличие этого бессимптомного периода, по мнению Бора, было связано с тем, "чтобы ткани успели пропитаться кислородом, чтобы они забрали его свыше того, что они имеют и обыкновенно получают от крови..."**. Сравнивая это наблюдение Бера с другими, где "появление жесточайших судорог начинается тотчас же, как только давление воздуха перейдет 20 атм ... но серьезные симптомы обнаруживаются уже начиная с 6 атм"***, можно думать, что Бер сумел подметить определенную стадийность в течении кислородного отравления.

*(Там же, с. 358.)

**(Там же.)

***(Там же, с. 617. )

Как известно, регуляция проникновения кислорода в организм в обычных условиях имеет только одну цель - избежать кислородного голодания. Повышенное же содержание кислорода во вдыхаемом газе - фактор биологически "непривычный". В связи с этим реакции, направленные на ограничение избыточного поступления кислорода к тканям, многие авторы в настоящее время рассматривают только как результат выключения привычного для организма раздражителя - кислородной недостаточности. Среди начальных реакций организма на дыхание кислородом под давлением закономерно отмечаются урежение дыхания и сердцебиения, уменьшение сердечного выброса, объема циркулирующей крови, числа действующих капилляров и пр. Все эти реакции носят рефлекторный характер и расцениваются как компенсаторно-приспособительные, защищающие клетки от проникновения избыточного для них количества кислорода.

О том, что Бер уже хорошо знал о существовании подобного антигипероксического механизма, свидетельствует его следующее высказывание: "Замедление дыхания и кровообращения при высоких давлениях, легко наблюдаемое у хладнокровных животных... ведет к уменьшению количества кислорода, которое должно поступить в кровь..."*. В другом месте он пишет: "...насыщение крови кислородом (под давлением 6 атм воздуха и больше.- С. Е.) является неблагоприятным условием, но раз оно наступило - по счастливой гармонии появляется остановка дыхания, которая тотчас же и прекращает это насыщение"**.

*(Там же, с. 301.)

**(Там же, с. 619.)

Таким образом, Бер первый расценил урежение дыхания и сердцебиения, возникающие в среде сжатого воздуха, как реакции приспособительные, направленные на уменьшение доставки кислорода к тканям, хотя существование в условиях повышенного давления подобных явлений было известно и до него.

Большое место в исследованиях Бера занимал вопрос: изменяется ли интенсивность окислительных процессов в организме под влиянием повышенного давления кислорода. Эту проблему он считал ключевой в выяснении генеза кислородного отравления. С этой целью Бер провел ряд экспериментов на воробьях, крысах, собаках (использовался метод непрямой калориметрии), показавших, что утилизация кислорода и выделение СО₂ уменьшаются при увеличении РО₂ во вдыхаемом воздухе. Количество мочевины, выделяемой с мочой, при этом также снижалось, а содержание сахара в крови и моче собак после судорог оказывалось повышенным, иногда весьма значительно, по сравнению с его количеством до начала опыта. Все это наряду с падением температуры тела Бер расценивал как показатели снижения обмена веществ под влиянием высоких давлений кислорода.

Пытаясь разобраться в патогенетических механизмах развития кислородных судорог, Бер проводит опыты на лягушках. При этом он устанавливает, что "судороги происходят от спинного мозга*, сообщающего свое возбуждение мышцам через посредство двигательных нервов..."**.

*(Сейчас также считают кислород судорожным ядом, действующим на центральную нервную систему, но основным местом его приложения является не спинной, а головной мозг (преимущественно стволовая часть). )

**(Бер П. О влиянии повышенного барометрического давления…, с. 330 - 331.)

Однако судороги только одно из проявлений кислородного отравления. По мнению Бера, "смерть высших животных в действительности происходит от общего действия кислорода на организм, по при этом па первый план выступает раздражение центральной нервной системы, элементы которой, как более чувствительные, реагируют первыми и нарушают жизненные процессы; поэтому смерть наступает прежде, чем другие элементы будут заметно поражены"*. В другом месте Бер пишет: "Собака в сжатом воздухе прежде всего поражается судорогами; последние... убивают ее... прежде, чем другие анатомические элементы будут поражены на смерть, которая и для них является только вопросом времени"**. Это очень важные высказывания. Однако Бер в этих опытах имел дело только с высокими давлениями кислорода, поэтому он мог наблюдать лишь судорожную форму кислородного отравления, получившую впоследствии в литературе, как уже говорилось, название "эффекта Бера".

* (Там же, с. 471.)

**(Там же, с. 622.)

В настоящее время принято различать три формы кислородной интоксикации - судорожную, легочную, общетоксическую. Судорожная форма отравления возникает под влиянием относительно высоких давлений кислорода (3 абс. атм и выше). Поражению при этом наиболее подвержена центральная нервная система, в связи с чем такую форму обозначают как нейротоксическую, мозговую или судорожную. Легочная и общетоксическая формы возможны при длительном, нередко повторном воздействии малых давлений кислорода, причем ведущими являются изменения в легких и других органах (Жиронкин, 1972 г.).

Бер понимал, что расшифровка механизма кислородного отравления связана с изучением происходящих при этом нарушений обмена веществ. Но попытка Бера проникнуть в глубь этих процессов, выяснить, как он выражался, "молекулярные превращения" в тканях была, учитывая возможности науки того времени, конечно, не реальной, хотя сама постановка такой задачи, безусловно, делает честь Беру как ученому. Бер считал судороги только одним из проявлений кислородного отравления. "...Бурные явления, которые предшествуют и обусловливают смерть, зависят от чрезмерного возбуждения нервных центров... Но можно ли сказать, что кислород поражает одни только нервные элементы? ...все говорит против такого предположения... все... указывает на общее действие, которое, очевидно, должно распространиться и на анатомические элементы высших животных... Под влиянием сжатого кислорода в самих недрах каждого анатомического элемента происходят химические изменения, но совместимые с жизнью этого элемента... Отсюда происходит общее ослабление жизненных химических процессов: уменьшение поглощения кислорода; уменьшение образования угольной кислоты; уменьшение выделения мочевины; отсюда же появление в моче сахара, который больше уже не разрушается в достаточной степени; отсюда, наконец, необычайное понижение температуры... появляются судороги... которые указывают, что глубокое химическое изменение произошло либо в самой ткани спинного мозга, либо в крови, которая ее смывает и приносит вредные ядовитые вещества"*.

*(Там же, с. 468, 482, 483.)

Стремление разобраться в генезе кислородного отравления заставило Бера после того, как он выдвинул гипотезу о некоем ядовитом веществе, циркулирующем в крови, исследовать свойства крови животных, подвергнутых действию высоких давлений кислорода. В этой связи Бер писал: "...я должен был задаться вопросом, не изменяется ли непосредственно сама кровь под влиянием этого избытка кислорода, и не является ли она сама причиной судорог. Микроскопическое исследование шариков крови, правда, не открывало в них никаких изменений ни в форме, ни в величине*, но этого мало, и я впрыснул в кровь здоровой собаки кровь, хорошо насыщенную кислородом, содержащую соответственно 24, 33 и 34 объемов кислорода (кровь вводилась трем собакам.- С. Е.)... Оказалось, что... при таком же насыщении крови кислородом и даже больше, которое служит причиной смерти, она не приобретает никакого вредоносного качества и переносится безнаказанно в очень больших количествах, равных 1/19 веса тела... другого животного"**. Поэтому Бер пришел к выводу: это гипотетически ядовитое вещество находится не в крови, а в каких-то иных тканевых структурах. Последнее также, по его мнению, подтверждается тем, что "ослабление окислительных процессов в присутствии избытка кислорода имеет место не только у животных с красными кровяными шариками, но и вообще у всех живых существ... По-видимому, под влиянием сжатого кислорода в анатомических элементах образуется какое-то ядовитое вещество, которое не всегда может быть выведено из организма и продолжает смертоносное действие даже тогда, когда производящая причина исчезла. Делать дальнейшие предположения на этот счет мне кажется было бы неблагоразумно при современном состоянии науки"***. Однако в другом месте Бер пишет: "Единственно, что я могу сказать, это то, что все вещества, подвергнутые высокому давлению: мясо, яйца, молоко, хлеб,- быстро дают кислую реакцию, зависящую, вероятно, частью от молочной кислоты. Очень возможно, что присутствие этой кислоты внутри анатомических элементов и является причиной смерти"****.

*(Начало исследований по изучению влияния повышенного давления кислорода на форменные элементы крови обычно связывают с именами Regnard (1897 г.) и Bornstein and Stroink (1912 г.), хотя, как видно из приведенной цитаты, первым был П. Бер. (Прим. С. Е.) )

**(Бер П. О влиянии повышенного барометрического давления..., с. 358 - 359.)

***(Там же, с. 621.)

****(Там же, с. 481 - 482.)

Гипотеза Бера, объясняющая развитие кислородных судорог накоплением в организме вследствие нарушения обменных процессов какого-то ядовитого вещества, нашла в дальнейшем своих продолжателей. Так, Гезелл (1923), а затем Кэмпбелл (1928 - 1930), Тейлор (1949), Джонсон и Мэттьюз (1953) и др. связывали появление судорог при гипероксии с задержкой в тканях СО₂ из-за нарушения его транспорта в результате блока системы гемоглобин - оксигемоглобин (при последующей проверке эта точка зрения оказалась несостоятельной). Кэмпбелл (1937) считал, что судороги при высоких давлениях кислорода возникают в результате появления в крови больших количеств производных холино- или гистаминоподобных веществ. Сравнительно недавно рядом авторов (З. Г. Броновицкая, 1960; Б. А. Херувимова, 1962; В. И. Шумская, 1963; З. С. Гершечювич, М. М. Габибов, 1968; и др.) было обнаружено накопление в ткани мозга аммиака, что, по нх мнению, имеет важное значение в генезе кислородных судорог.

Большое внимание Бер уделял возможностям терапевтического воздействия на кислородное отравление при уже развившихся судорогах. "Так как кислород действует на спинной мозг подобно стрихнину, карболовой кислоте и т. д., то хлороформ должен прекращать судороги, так как он тоже действует на спинной мозг"*. При этом он подчеркивал, что "вдыхания хлороформа моментально прекращают судороги, которые снова появляются, как только прекращается анестезия"**. Здесь Бер коснулся чрезвычайно важного вопроса лечения и профилактики кислородного отравления - темы, не потерявшей своей актуальности и в настоящее время. Заслугой Бера является то, что, впервые столкнувшись с этой проблемой, он сумел дать четкий и вместе с тем исчерпывающий ответ. Применительно к наркотическим веществам это положение было сформулировано следующим образом: "...анестезия мешает наступлению судорог... но она не мешает наступлению смерти, застающей животное в полном покое"***. К сожалению, не только современники, но и ближайшие продолжатели дела Бера не обратили должного внимания на эти слова, и их значение было оценено только последующими поколениями ученых.

*(Там же, с. 331.)

**(Там же, с. 362.)

***(Бер П. О влиянии повышенного барометрического давления..., с. 331 - 332.)

Как известно, надежных средств, предотвращающих кислородную интоксикацию, нет и в настоящее время. Ламбертсен (1966 г.) утверждает, что их, по-видимому, не будет и в будущем, поэтому сейчас можно говорить о препаратах, лишь в какой-то мере задерживающих развитие кислородного отравления. Критерием эффективности большинства применяемых средств обычно служит ослабление нейротоксического эффекта гипероксии, под которым подразумевается удлинение латентного периода интоксикации. Однако временное или даже полное предупреждение судорог не означает еще действительную защиту организма от кислородной интоксикации; токсическое действие кислорода на клеточные структуры и их форменные системы будет при этом развиваться своим чередом. Типичным примером подобного рода служит использование наркоза, который, предупреждая развитие судорог, ни в коей степени не уменьшает насыщения ткани мозга кислородом. О сохранении токсического действия кислорода свидетельствуют наступающие при этом патоморфологические изменения ЦНС (И. П. Березин, 1974), а также возможность развития симптомов кислородной интоксикации в постдекомпрессиоином периоде после выхода из наркоза (Baн дер Бренк, 1962).

В феврале 1873 г. Бер обобщил свои исследования по кислородной интоксикации и представил в Парижскую академию наук следующие выводы: "... 1. Кислород является быстро убивающим ядом как только количество его в артериальной крови поднимается до 35 см³ на 100 см³ крови. 2. Отравление им характеризуется судорогами различного типа, смотря по тяжести случая, то типа столбняка, то как при отравлениях стрихнином или карболовой кислотой, то как при эпилепсии, и т. д.* 3. Все эти явления, прекращающиеся от хлороформа, зависят от увеличения экцитомоторпой (производящей движение) силы спинного мозга. 4. Они сопровождаются значительным и постоянным понижением температуры тела"**.

*(Таким образом, Бер первым установил сходство кислородных судорог с эпилептическими. В настоящее время большинство авторов также считают кислородные судороги аналогичными эпилептическими (с этим, собственно говоря, и связан термин "кислородная эпилепсия"). Однако, несмотря на то что клинические проявления гипероксического судорожного криза у человека и возникающие при этом изменения ЭЭГ во многом напоминают таковые при эпилептическом припадке, полностью их отождествлять, по-видимому, нельзя. (Прим. С. Е.))

**(Бер П. О влиянии повышенного барометрического давления..., с. 362.)

Следовательно, еще за пять лет до выхода в свет книги "Барометрическое давление" Поль Бер четко сформулировал основные результаты своих исследований по кислородному отравлению. Поэтому датой обнародования Бером учения о токсическом действии кислорода следует считать 1873 год.

Все исследования Бера, изложенные до сих пор, касались токсического влияния высоких давлений кислорода на птиц и млекопитающих. Для доказательства универсальности отравляющего действия кислорода Бер поставил ряд экспериментов на беспозвоночных животных, а потом па растениях и микробах. В результате он установил: "...действие сжатого кислорода проявляется и на беспозвоночных животных так же, как и на высших... самыми чувствительными были мухи, после них пчелы и бабочки, затем стрекозы и клопы; значительно выносливее муравьи и жесткокрылые насекомые; гораздо дольше противостоят мокрицы, паукообразные и сороконожки; наконец, еще дальше следует поставить земляных червяков и улиток, по крайней мере в отношении продолжительности жизни"*.

*(Там же, с. 373.)

Следовательно, несмотря на универсальность токсического действия кислорода, чувствительность к нему различных животных, как показали опыты Бера, оказалась неодинаковой. Последующие эксперименты Томпсона (1889 г.), С. И. Прикладовицкого (1936 г.), Н. Н. Сиро-тинина (1952 г.), А. В. Войно-Ясенецкого (1958 г.) и других полностью подтвердили первоначальные данные Бера; при этом выяснилось, что животные, стоящие на низком уровне филогенетического развития, более резистентны к действию сжатого кислорода. На это также указывал Бер, сравнивая влияние кислорода па холоднокровных и теплокровных животных.

Изучая действие повышенного давления кислорода на процессы гниения и тем самым на соответствующие микроорганизмы, Бер установил, "что в сжатом в достаточной степени воздухе (10, 15 атм воздуха насыщенного на 80% кислородом.- С. Е.) гниение не наступает... степень напряжения кислорода, при которой начинают ослабевать окислительные процессы, вызванные возбудителями гниения, совпадает с той степенью напряжения, при которой начинает проявляться губительное действие кислорода"*. По данным Бера, кислород под давлением, кроме того, предохраняет от загнивания яйца, а также предупреждает свертывание молока (т. е. "убивает не только гнилостные, по и молочно-кислые бактерии"), брожение виноградного вина, образование плесени на хлебе и в растворе крахмала. В заключение Бер отмечает: "...достаточно указать па общность ядовитого действия сжатого кислорода, одинаково проявляющегося на теплокровных и холоднокровных животных, на позвоночных и беспозвоночных, на животных, живущих в воде, и тех, которые дышат атмосферным воздухом, на взрослых и зародышей... и перенести эти выводы на растения и ферменты - словом, на все живое"**.

*(Бер П. О влиянии повышенного барометрического давления..., с. 430, 436.)

**(Там же, с. 375.)

Согласно распространенной в настоящее время точки зрения, универсальность токсического действия кислорода связана с тем, что при кислородном отравлении происходит ингибировапие ферментов, в частности оксидоредук-таз, в результате чего клетки утрачивают способность использовать доставляемый им кислород. Особенно чувствительными оказались энзимы, содержащие сульфгид-рильные группы. По универсальности своего влияния на живой организм токсический эффект кислорода может быть сравним только с действием ионизирующей радиации. Гипотеза об аналогии действия на организм высокого давления кислорода и ионизирующего излучения за последние годы получила довольно широкое распространение. Под влиянием радиации в тканях образуются свободные радикалы и в то же время, при наличии водородных ионов, кислород при восстановлении также проходит стадию свободных радикалов. Эти чрезвычайно активные интермедиаты одноэлектропного восстановления кислорода (супероксидный анион-радикал, ситтглетный кислород, OН-радикал) обладают способностью иницировать и поддерживать ценные реакции неконтролируемого перекис-ного окисления различных субстратов (в том числе липи-дов биологических мембран), повреждать молекулы ДНК и белков, деполимеризовать полисахариды. Не исключено, что наряду с инактивацией ферментов при этом происходит изменение электрохимического потенциала биомембран и нарушение трансформации одного вида энергии в другой, что и является, по всей вероятности, одной из ведущих причин развития кислородного отравления и судорог (нарушение мембранного потенциала нервных клеток)*.

*(Жиропкин Л. Г. Физиологическое и токсическое действие кислорода. Л.: Наука, 1972; Кричевская А. А. Некоторые черты азотистого обмена мозга при гипероксии: Докт. дисс. Ростов н/Д, 1963; Селивра А. И. Функции центральной нервной системы в условиях гипербарической оксигеиации: Физиология человека и животных. М.: Медицина, 1974, с. 14, 63-116.)

Чрезвычайно интересной частью работы Бера являются ei'o попытки выявить, в каком диапазоне давления кислород не обладает токсичностью. С этой целью Бер предпринял изучение действия сжатого воздуха при давлениях до 5 атм. Бер производил эксперименты над лягушачьими яйцами, коконами шелковичного червя, куколками мух, головастиками, личинками комара, небольшими рыбами, а также семенами растений (ячмень и пр.) и самими растениями (мимоза). Свои исследования он подытоживает следующим образом: "...итак, мне кажется доказанным, что повышение давления (воздуха.- С. Е.) до 4 или 5 атм, или, говоря точнее, кислород при напряжении от 80 и выше (об.%.- С. Е.), имеет на животных гибельное влияние, которое на холоднокровных животных проявляется через несколько дней и которое несравненно быстрее дало бы печальные результаты у теплокровных животных. Другой вывод, который можно сделать,- это тот, что увеличение напряжения кислорода за пределы его нормального содержания в обыкновенном воздухе не только не представляется полезным, а, пожалуй, наоборот..."*. Это подтверждается также тем, что прорастание семян и рост зеленых растений "под давлением выше и ниже атмосферного... замедляется и даже прекращается"**. "Таким образом, является доказанным,- продолжает Бер,- что для здорового животного обыкновенное атмосферное давление представляет собой самые лучшие условия жизни; повышения же давления, сколько-нибудь заметного, надо скорее бояться, чем желать"***.

*(Бер П. О влиянии повышенного барометрического давления..., с. 402-403. )

**(Там же, с. 416-417.)

***(Там же, с. 403.)

Тем самым Поль Бер предвосхитил исследования последних лет, когда при помощи таких современных методов, как электронная микроскопия и гистохимия, было установлено, что практически даже небольшое повышение величины РО₂ во вдыхаемой смеси по сравнению с его содержанием в воздухе на уровне моря при длительном воздействии является далеко не безобидным.

Бер не только показал токсичность повышенного давления кислорода, но и экспериментально определил его летальную дозировку. По его мнению, "все живые существа (начиная от теплокровных животных и кончая плесневыми грибками, водорослями и т. д.- С. Е.) погибают безвозвратно, как только напряжение кислорода поднимется на достаточную высоту. Можно утверждать, что ни одно из них не может противостоять напряжению кислорода, соответствующего 20 атмосферам воздуха"*. Следовательно, "начиная с известного предела напряжения кислорода в окружающей атмосфере жизнь становится невозможной..."*. В пересчете на чистый кислород его тотальная летальная доза составляет, по данным Бера, 4 абсолют, атм.

*(Там же, с. 483.)

**(Там же, с. 617.)

Таким образом, основные теоретические положения, выдвинутые Бором в его книге, сводились к следующему: все обитающие на земле живые существа приспособлены к тому барометрическому давлению, которое имеет место на поверхности земли и в условиях которого они постоянно обитают. Значительное увеличение или уменьшение барометрического давления оказывает неблагоприятное влияние на физиологическое состояние животных и человека.

Бер полагал, что в будущем в процессе развития жизни на нашей планете содержание кислорода в воздухе будет неуклонно уменьшаться. При этом живые существа, которые менее всего нуждаются в кислороде,- микроорганизмы, вероятно, первыми возникшие на земле в условиях атмосферы с низким содержанием кислорода, последними и исчезнут в период, когда РО₂ воздуха будет уже крайне мало.

Согласно этой концепции, растения появились на земле раньше животных, в период, когда в атмосфере было большое содержание СО₂ и почти отсутствовал кислород. Их появление было важным этапом в развитии жизни на земле: оно привело к повышению концентрации О₂ в атмосфере. Эти представления Бера о роли О₂ для развития жизни на земле вполне современны.

Бер также указывал на основной механизм, определяющий неблагоприятное влияние понижения и повышения давления внешней среды на организм животных и человека. При снижении барометрического давления парциальное давление кислорода в воздухе, дыхательных путях и крови падает, утверждал Бер, в результате чего снабжение кислородом тканей уменьшается и возникает аноксемия - кислородное голодание. Увеличение барометрического давления приводит к повышению парциального давления кислорода в крови и тканях, что при определенных уровнях РО₂ также ведет к снижению (нередко очень значительному) интенсивности окислительных процессов в организме, и, вероятно, к изменению характера их течения.

Наряду с влиянием па организм животных изменений давления воздуха, и в частности кислорода, Бер, как уже отмечалось, изучал "действие угольной кислоты па живые существа". Главное внимание он уделял механизму развития и симптоматологии отравления СО₂.

Во времена Бера физиологическая роль СО₂ была мало известна. Долгое время его рассматривали лишь как вредный для организма конечный продукт метаболизма. Только во второй половине XIX в., в основном после работ Мишер-Рюш (1885 г.), Моссо (1899 г.), П. Альбиц-кого (1884, 1911 гг.), к углекислоте стали относиться как к весьма важному биологически активному соединению, необходимому для нормальной жизнедеятельности организма.

Экспериментальные данные Бера внесли значительный вклад в проблему исследования процесса газообмена. Кроме того, он первый открыл и подробно изучил действие высоких концентраций СО₂ в крови.

Описание этой части своего труда Бер начинает с выяснения величины "смертельного напряжения" СО₂ в воздухе и в крови. Прежде всего он указывает, что СО₂ подчиняется тем же газовым законам, что и кислород, и азот. Как и при кислородном отравлении, смертельный уровень содержания угольной кислоты во вдыхаемом воздухе зависит от вида животного. В то же время Бер подчеркивает: "...причиной смерти является не напряжение угольной кислоты наружного воздуха, а ее напряжение в крови. Первое только служит определением второго.., Нужно... известное время, чтобы в артериальной крови успело накопиться достаточное количество СО₂, а это накопление может происходить двояко: 1) путем воспрепятствования выделению СО₂ из венозной крови во время перехода через легкие; 2) путем поглощения в излишестве СО₂ из окружающего воздуха..."*. Таким образом, Бер четко сформулировал наличие двух механизмов развития отравления СО₂ - эндогенного и экзогенного.

*(Бер П. О влиянии повышенного барометрического давлечия..., с. 557-558.)

Относительно тех случаев интоксикации, которые связаны с нарушением выделения СО₂ из тканей, Бер пишет: "Угольная кислота крови берется из тканей; при нормальном состоянии устанавливается известное равновесие напряжения между количеством этого газа... в тканях и тем, которое остается в крови... Если по какой-либо причине окажется избыток угольной кислоты в крови, она должна в избытке же оставаться в тканях; весь организм, таким образом, должен пропитаться этим в высшей степени легко растворимым газом"*.

*(Там же, с. 571.)

Бер описал и симптомы острого отравления CO2. "Число сердечных сокращений,- констатировал он,- уменьшается пропорционально возрастающему количеству углекислоты в крови... Сердце дольше всего противостоит действию СО₂, и его сокращения - это последние признаки жизни, которые еще можно отыскать у умирающего животного. Число дыханий... в начале опыта... увеличивается, но, когда количество угольной кислоты в крови дойдет до 90 об. на 100, является значительное замедление дыханий, доходящее в последний час жизни до 2 - 4 в минуту... вначале является скоро проходящее возбуждение, но, как скоро в крови накопится до 60 - 70 об. СО₂, животное становится неподвижным, не пытается убежать, а затем уже и не реагирует на щипки, уколы, даже на электризацию чувствительных нервов... Эта нечувствительность полная; раздражение седалищного нерва щипанием или электрическим током не вызывает общего движения и никакого изменения пи в ритме дыхания, ни в кровяном давлении... ни в величине зрачков... хотя последние еще сокращаются от прямого действия света"*.

*(Там же, с. 566-567.)

Видимо, Бер первый выявил наркотический эффект повышенных концентраций углекислого газа: "Известно, что, по мнению Броун-Секара, угольная кислота является ядом, вызывающим судороги; этот ученый объясняет сильные судороги и кровоизлияния при асфиксии действием угольной кислоты, накопляющейся в тканях. Я уже давно сделал возражение на это объяснение..."*

*(Там же, с. 570.)

Бер прочил большое будущее использованию в практической медицине наркотических свойств высоких концентраций СО₂. По его словам, "если давать животным для дыхания смесь из угольной кислоты и кислорода... то нечувствительность (при содержании в смеси 40% СО₂.- С. Е.) наступает через 3 - 5 минут... Эти результаты показывают, что применение в хирургии угольной кислоты в смеси, содержащей 40% этого газа и 60% кислорода, могло бы дать хорошие результаты, не изменяя кровяного давления... Но не следует переходить эту границу содержания угольной кислоты в смеси"*. Углекислота, предупреждал Бер, это прежде всего "яд универсальный, убивающий и животных и растения; больших и микроскопических..."**.

*(Там же, с. 568-569, 584.)

**(Там же, с. 576.)

Последний раздел книги Бера посвящен практическому применению повышенного барометрического давления и, в частности, так называемых слабых давлений. К ним он относит давления воздуха, "при которых напряжение кислорода колеблется между 20,9 (обыкновенное атмосферное давление) и 100 (об. %.- С. Е.) (чистый кислород)"*, т. е. давление воздуха до 5 атм. "Эти слабые давления крайне важно изучить врачу и гигиенисту,- подчеркивал Бер,- потому что именно эти самые давления применяются в терапии..."**. Следовательно, речь здесь шла только о нормобарической оксигенации: РО₂ вдыхаемой смеси не превышало 1 атм. Однако при повышенных давлениях воздуха, кроме влияния возросшего РО₂, определенное действие на организм оказывает и чисто механический фактор. По данным Бера, жизненная емкость легких вследствие сжатия кишечных газов и опускания диафрагмы в этих условиях увеличивается.

*(Там же, с. 623.)

**(Бер П. О влиянии повышенного барометрического давления..., с. 623.)

Бер считал пионерами внедрения в лечебную практику небольших давлений воздуха французских врачей: Жюно (1835 г.), Праваз (1837 г.), Табарье (1838 г.). Он положительно оценивал и вклад в эту проблему доктора А. Н. Симонова, организовавшего "воздухолечебное" заведение в Санкт-Петербурге и издавшего, по словам Бера, "интересную книгу о барометрическом давлении с медицинской точки зрения" (Аэротерапия. Гиссен, 1876)*. "Относительно высоты давления, с которой следует начинать лечение,- замечал Бер,- мнения расходятся. Одни советуют с 30 см (рт. ст. - С. Е.)... другие... находят, что надо начинать очень осторожно, не более как с 10 см (рт. ст. - С. Е.)... с замечательным успехом оно (целебное влияние сжатого воздуха.- С. Е.), по-видимому, действует при одышках (эмфизема), хронических бронхитах, бледной немочи, кровотечениях... оказывает, кажется, тоническое и вместе с тем успокаивающее действие".

*(Там же, с. 616.)

**(Там же, с. 85.)

Барокамера и компрессор времен Поля Бера

"Я мог бы вместе со многими другими, - продолжал Бер,- подтвердить пользу этого средства для лечения некоторых случаев астмы и анемии, но мне хочется заметить, что пребывание в приборах со сжатым воздухом... действует на эти заболевания различным способом: на астму оказывает влияние механическая сторона сжатого воздуха... на анемию же воздух действует химическим путем, вызывая более полное насыщение кислородом ок-сигемоглобина"*. В последнем случае поэтому "можно будет пребывание в воздухолечебных приборах с успехом заменить вдыханиями воздуха, насыщенного кислородом; это представляет громадное преимущество, так как дорогостоящие приборы могут быть установлены только в больших городах и учреждениях..."**.

*(Там же, с. 626.)

**(Там же, с. 626-627.)

Бер затронул и некоторые страницы истории кислородотерапии: "С тех пор,- указывал он,- как Пристли оспаривал первенство в применении для дыхания "дефло-гистированного воздуха", было сделано много попыток, чтобы ввести дыхание кислородом в число лечебных средств. Увлечение ученых конца прошлого столетия (XVIII.- С. Е.) и начала нынешнего (XIX.- С. Е.) целительной силой "жизненного" воздуха умерялось только боязнью раздражающего действия кислорода на ткань легких и особенно того истребляющего свойства, которое он должен придать окислительным процессам в организме. Затем кислород был оставлен и совершенно забыт, но в последнее время вновь обратил на себя внимание"*.

*(Там же, с. 627-628.)

Бер считал, что применение чистого кислорода в терапевтических целях может вызвать отравление, тем более что существующий тогда метод введения кислорода при помощи мешка (подушки) и воронки оказался нерациональным: он не обеспечивал непрерывности подачи кислорода и достаточной его концентрации во вдыхаемом воздухе. Даже в острых случаях (отравление окисью углерода, "газом сточных труб" и т. п.) Бер советовал использовать не чистый кислород, а смесь воздуха с 60% кислорода, причем ингаляция должна была продолжаться не менее часа". Еели же приходится иметь дело с длительной болезнью, как, например, с анемией, то... лучше заставлять больного дышать ежедневно в продолжение приблизительно 2-х часов смесью воздуха с 20 - 30% кислорода"*.

*(Там же, с. 629.)

Отрицательно относясь к лечебному использованию чистого кислорода, Бер в то же время пропагандировал "благотворное действие сжатого воздуха"*. "Я нахожу, что до сих пор еще слишком боялись терапевтического применения сжатого воздуха... Давление в медицинских аппаратах никогда не превышало 2-х атмосфер, и то редко. Я же думаю, что смело можно доводить его до 3-х атмосфер..."**.

*(Характерной чертой этого периода развития гипербарической медицины (или, как ее тогда называли, пневматической терапии) было использование для лечебных целей только сжатого воздуха. Баротерапия в те годы расценивалась лишь как вариант климатотерапии, а возникающая тогда же "школа пнев-матиков" все патологические состояния объясняла либо недостатком в организме кислорода, либо избытком азота. (Прим. С. Е.))

**(Бер П. О влиянии повышенного барометрического давления..., с. 629.)

Бер рекомендовал использовать сжатый до 3 атм воздух при резком метеоризме и, в частности, "применить сжатый воздух в случаях ущемленных грыж (с целью их вправления.- С. Е.), когда бывает сильное вздутие кишок газами - при 2-х атм, объем этих газов должен уменьшиться вдвое, при 3-х атм - на 2/3..."*.

*(Там же.)

Лечебный кабинет-барокамера в Милане, 1880 г.

Общий вид зала барокамер у Фонтена

Фундаментальный труд Бера о влиянии повышенного давления воздуха и кислорода на живые организмы явился мощным стимулом для проведения в последующем (в основном начиная с 20-хгодов XX в), многочисленных экспериментальных работ по частным вопросам этой важной проблемы, а спустя примерно 70 лет послужил краеугольным камнем широко развернувшихся исследований по клиническому использованию кислорода под давлением, превышающим 1 атм, т. е. по гипербарической окси-генации (ГБО). Наряду с такими зарубежными учеными, как Леманн (1882-1883), Смит (1897-1899), Хилл и Мак Леод (1903), Гезелл (1923), Кемпбелл (1928-1938), А. Бенке с сотрудниками (1935), Бин (1945), Доналд (1947), Ламбертсен (1953, 1966), Черчилль Давидсон с сотрудниками (1955), большой вклад в экспериментальную и теоретическую разработку проблемы гипербарической оксигенации внесли отечественные исследователи: В. Д. Кравчинский и С. П. Шистовский (1936), С. И Прикладовицкий (1936, 1940), А. Г. Жиронкин (1940, 1972), Е. М. Крепе (1945, 1946, 1977), В. Н. Черниговский (1971), Н. Н. Сиротинин (1952), З. С. Гершенович с соавторами (1949, 1969), Г. Л. Зальцман (1968, 1977) и мн. др.

Началом становления гипербарической оксигенации в современном виде следует считать 1956 год, когда голландский хирург Боерема опубликовал результаты опытов на животных, проведенных в камере с повышенным давлением кислорода. Итоги этих экспериментов были настолько многообещающими, что уже в 1960 г. в Амстердаме была построена большая барооперационная и в том же году в условиях ГБО выполнена первая в мире операция на сердце.

В настоящее время лечебными барокамерами оснащены многие медицинские учреждения мира. Только в США насчитывается более 20 крупных гипербарических центров.

В 1975 г. в Москве во Всесоюзном научно-исследовательском институте клинической и экспериментальной хирургии, руководимом академиком Б. В. Петровским, был введен в действие крупнейший в мире комплекс медицинских барокамер. Этот барокомплекс позволил не только проводить различным категориям больных лечение кислородом под повышенным давлением, но и осуществлять в этих условиях сложные оперативные вмешательства и реанимационные пособия, а также вести широкую исследовательскую работу при давлениях до 8 абсолютных атмосфер.

Комплекс состоит из 6 соединенных между собой барокамер, которые по назначению делятся на три блока - операционный, терапевтический и исследовательский, общим объемом 270 м³. Размеры барооперационной (70 м³) дают возможность свободно разместить в ней хирургическую и анестезиологическую бригады из 8 - 10 человек. В терапевтической камере могут одновременно находиться 4 лежачих и 8 сидячих больных и 2 - 3 человека обслуживающего персонала. Все барокамеры комплекса оснащены современными системами, обеспечивающими безопасные и комфортабельные условия для больных и медицинского персонала, а также новейшей медицинской аппаратурой, предназначенной для проведения интенсивной терапии и операций в условиях повышенного давления.

Сеанс наркоза закисью азота по методу Поля Бера

Гипербарическая оксигенация в настоящее время находит все более широкое применение при различных заболеваниях, и прежде всего таких, развитие которых сопровождается (или обусловлено) выраженной кислородной недостаточностью. Это главным образом относится к нарушению проходимости артериальных сосудов (периферических, коронарных, церебральных и др.) при травме, атеросклерозе, тромбо- и газовой эмболии, а также острой кровопотере, тяжелых ожогах, некоторых видах шока (ги-поволемический, кардиогенный и др.), хирургических инфекциях (в том числе газовая гангрена, столбняк, перитонит и др.), отравлениях окисью углерода, барбитуратами, метгемоглобинобразующими ядами и т. д.

Сейчас ГБО с успехом применяется в хирургии врожденных и приобретенных пороков сердца, при операциях на магистральных сосудах, а также при всех вмешательствах, связанных с высоким операционным риском (тяжелые сопутствующие заболевания, преклонный возраст больного и др.), во время родов (речь в основном идет о роженицах, страдающих выраженной артериальной гипо-ксемией) и при выведении новорожденных из состояния асфиксии. Особое место ГБО занимает в комплексе интенсивной терапии. В частности, она используется для нормализации остро нарушенных в результате тяжелой гипоксии функций жизненно важных органов (миокард, головной мозг, печень, почки). Положительный эффект получен при сочетании ГБО с лучевой терапией у больных со злокачественными новообразованиями, особенно таких локализаций, как шея и органы малого таза.

Говоря об операциях в барокамере, нельзя пройти мимо анестезии, являющейся важнейшим элементом всякого современного хирургического вмешательства и при, ГБО отличающейся определенной спецификой. Разработка проблемы обезболивания в условиях повышенного давления окружающей среды также тесно связана с именем Бера. Ему принадлежит идея так называемого баронаркоза, под которым он подразумевал проведение анестезии с использованием не только повышенного парциального давления анестетика, но и повышенного парциального давления кислорода. Обязательной составной частью любой газообразной наркотической смеси кислород стал лишь после работ Бера.

На основании своих прежних исследований о механизме отравляющего действия кислорода Бер пришел к выводу, что эффективность анестетика (как и любого биологически активного газа) обусловливается его парциальным давлением, а не процентным содержанием в смеси. Поэтому с повышением окружающего давления наркоти-ческое действие анестетика (речь шла о таком распространенном в то время газообразном анестетике, как закись азота) должно увеличиваться.

Интерес Бера к вопросу о возможности использования закиси азота* в качестве обезболивающего средства был связан с одной из последних работ Клода Бернара - "Лекции по анестезии и асфиксии" (1875 г.). Уже через два года после ее опубликования Бер предпринял экспериментальные исследования, целью которых было изучение физиологических свойств закиси азота, а также особенностей влияния этого газа на организм в условиях повышенного барометрического давления.

*(Закись азота была впервые получена Джозефом Пристли в 1776 г. путем восстановления окиси азота во влажных стружках железа.)

Как известно, закись азота является слабым анестетиком и для достижения наркотического эффекта необходимо использование ее достаточно больших концентраций. В связи с этим наиболее распространенными во времена Бера были так называемые гипоксические методы анестезии. Они основывались на применении либо чистой закиси азота, либо газокислородной смеси, но содержание кислорода в последней было ниже, чем в атмосферном воздухе, т. е. менее 20%. Естественно, что все эти способы анестезии были антифизиологичны и, как правило, приводили к развитию тяжелой гипоксии. Так, по данным Жоли Бланше (1873 г.), при достижении глубокого наркоза закисью азота концентрация кислорода в крови животных падала до 2 - 3%. Проведение подобного рода "ги-поксических" наркозов неминуемо вызывало развитие различного рода осложнений даже в практике зубных врачей, где требовалась относительно кратковременная анестезия. В 1875 г. был описан наркоз закисью азота при 30-минутной операции, что тогда считалось большим успехом.

Титульный лист работы С. Кликовича - одного из пионеров применения закиси азота в терапии

Таким образом, основным тормозом в распространении наркоза закисью азота в 70-х годах XIX в. служила возникающая при этом тяжелая кислородная недостаточность. При подаче кислорода в количестве, необходимом для предупреждения гипоксии, наркотический эффект закиси азота значительно снижался.

Основываясь на фактах, полученных при изучении влияния на организм изменений барометрического давления, Бер рассуждал следующим образом: если закись азота в смеси: с кислородом не дает полной анестезии, то это значит, что количество ее молекул в единице объема смеси недостаточно для насыщения крови в той степени, при которой только и может наступить анестезия. Так как для получения достаточно глубокого наркоза при обыкновенном атмосферном давлении необходима ничем не разбавленная закись азота (т. е. ее давление во вдыхаемом газе должно соответствовать 1 атм.), то для достижения полноценного обезболивания нужно увеличить давление газовой смеси во столько раз, во сколько в ней будет уменьшено парциальное давление закиси азота при разбавлении ее кислородом.

Указанная теоретическая предпосылка была затем полностью подтверждена многочисленными экспериментами. Помещая животных в "пневматический колокол" со смесью закиси азота и кислорода, Бер получал при повышении давления полную анестезию, продолжавшуюся 15 - 20 мин без малейших признаков асфиксии; как только давление уменьшалось, животные немедленно просыпались. Сопоставляя результаты своих опытов, Бер пришел к заключению, что оптимальной является смесь из 85 объемов закиси азота и 15 объемов кислорода под давлением 89,5 см рт. ст.*

*(Bert P. Sur le possibilite d'obtenir a l'aide du protoxyde d'azote line insensibilite de Longue duree et sur I'unnoculte de cet anes-thetique.- G. r. Acad., 1878, vol. 87, p. 728. )

Эти данные Бера позднее нашли подтверждение и работе Фальконе с соавторами (1949 г.), которые проводили опыты в барокамере на добровольцах. При барометрическом давлении, равном 2 атм. хирургическая стадия наркоза достигалась при 50% содержания закиси азота во вдыхаемом воздухе, в условиях атмосферного давления для этого была бы необходима 100% концентрация закиси азота.

Главный зал всесоюзного бароцентра, Москва

В последующих экспериментах Бер показал, что если смешивать закись азота с таким количеством кислорода которое находится в атмосферном воздухе, то гипоксия снимается полностью, но при этом часто не достигается достаточная анестезия. С именем Бера поэтому связан шльгетический наркоз закисью азота: при применении рекомендованной им смеси закиси азота и кислорода в соотношении 4:1 при атмосферном давлении глубина наркоза ооычно не выходит за границу стадии анальгезии (С. Н. Ефуни, 1964).

По мнению Бера, преимущества закиси азота как анестезирующего средства заключаются в том, что в противоположность хлороформу и эфиру она не соединяется химически с тканью (кровь, ЦНС), а только в ней растворяется, поэтому действие закиси азота наступает и проходит тотчас же с началом и прекращением вдыхания газа; кроме того, закись азота не вызывает у пациентов возбуждения, тошноты, рвоты, головной боли и других неприятных явлений, которые обычно отмечаются при использовании хлороформа и эфира.

В результате исследований Бера стало очевидным, что наркотический эффект закиси азота связан с величиной ее напряжения в крови. Для полного исключения при этом гипоксии Бер предложил использовать газовую смесь, состоящую из 1/6 части кислорода и 5/6 частей закиси азота, и подавать ее больному под повышенным давлением (до 2 атм). Считая, что применение смеси закиси азота с кислородом под давлением является идеальным наркотическим средством (безопасноть, отсутствие каких-либо побочных эффектов и т. д.), Бер видел в этом новом методе анестезии путь к широкому использованию закиси азота в клинической практике.

Успешные эксперименты Бера на животных действительно привели к внедрению его метода обезболивания в хирургию. В 1879 г. врач Фонтеп с целью потенцирования наркоза закисью азота построил в Париже при больнице Сен Луи передвижную барокамеру-операционную ("пневматический кессон"). Она могла вместить 12 человек обслуживающего персонала и студентов. До июня 1880 г. в этой камере при давлении до 2 атм воздуха было проведено под наркозом закисью азота 250 операций (в том числе 27 грыжесечений). Наркоз во всех случаях наступал быстро и протекал без явлений асфиксии.

В наши дни в условиях гипербарической оксигенации с успехом продолжают использовать наркоз закисью азота (тяжелая патология сердечно-сосудистой системы, поражение печени и т. д.), но в подавляющем большинстве случаев ужо по как самостоятельный вид обезболивания, а в качестве компонента комбинированной анестезии.

Подчеркивая перспективность в настоящее время клинического использования повышенного давления кислорода, следует заметить, что современной науке предстоит решить еще большой круг вопросов, связанных с влиянием гипербарического кислорода на организм больного и здорового человека, тем более что спектр его нетоксического действия очень узок. Основное внимание сейчас должно быть сконцентрировано на выявлении пределов воздействия кислорода на клеточном и субклеточном уровнях и на разработку методов, увеличивающих толерантность организма к этому агенту. От успешного разрешения этих вопросов будет в значительной степени зависеть дальнейший прогресс клинического использования гипербарического кислорода.

Книга Поля Бера "Барометрическое давление" безусловно должна быть отнесена к классическим произведениям естествознания. Это и явилось основной причиной, побудившей американских ученых обратиться к ее переводу во время второй мировой войны.

В 1943 г. Джон Фултон в предисловии к переводу книги Поля Бера "Барометрическое давление" на английский язык вполне обоснованно писал о том, что этот фундаментальный труд подобно трудам Везалия, Гарвея и Бойля не подвержен разрушающему влиянию времени. Он актуален и по сегодняшний день, поскольку в нем обобщены наиболее существенные сведения о влиянии на организм животных и человека пониженного и повышенного барометрического давления. Книга Бера, к сожалению, еще полностью не переведена на русский язык.

Каковы же наиболее существенные результаты экспериментальных исследований, проведенных Бером и опубликованных в его книге? Здесь можно выделить шесть основных положений, сформулированных Бером.

1. Неблагоприятное патологическое действие пониженного барометрического давления обусловлено понижением парциального давления О₂ в воздухе, приводящего к развитию кислородного голодания. Из этого фундаментального теоретического положения следует важный практический вывод - болезнетворное влияние пониженного барометрического давления может быть предупреждено и устранено путем обогащения вдыхаемой газовой смеси кислородом с таким расчетом, чтобы парциальное давление О₂ поддерживалось на уровне, близком к нормальному.

2. Диффузия является основным процессом, обусловливающим переход кислорода из легких в кровь, а из крови в ткани, поэтому уровень парциального давления О₂ в альвеолярном воздухе, наряду с величиной напряжения кислорода в артериальной крови, служит ведущим фактором при оценке кислородного снабжения организма.

3. Парциальное давление есть произведение процентного содержания данного газа в смеси и величины барометрического давления. Уменьшение одного из этих компонентов может быть компенсировано увеличением второго.

4. Резкий перепад барометрического давления может оказывать повреждающее влияние на организм в результате значительного увеличения или уменьшения объема газа, находящегося в воздухоносных полостях, особенно при отсутствии свободного сообщения последних с внешней средой. Нарушение равновесия между внутриполостным и внешним давлением в этих случаях ведет к механическому повреждению окружающих полость тканей (стенок полости).

5. При быстрой декомпрессии ткани организма оказываются пересыщенными растворенным в них азотом (или иным индифферентным газом). При этом нарушается стабильное равновесие системы газ - жидкость, азот переходит из растворенного в свободное состояние с образованием газовых пузырьков, что и является причиной развития декомпрессионной болезни.

6. Повышение барометрического давления ведет к подъему парциального давления кислорода, что чревато развитием кислородного отравления. В основе его лежит инактивация ферментов, катализирующих окислительно-восстановительные реакции в клетках и участвующих в образовании энергии.

Все перечисленные выше положения были выдвинуты Полем Бером и легли в основу авиакосмической и подводной физиологии и медицины. Они определили многие практические рекомендации, которые имеют основополагающее значение для обеспечения безопасности высотных полетов и глубоководных погружений.