Анатомия на налягането и биологичната несвиваемост
Идеята, че водата просто ще ни смачка, е първата пробойна в теорията на лаиците. Тъй като тъканите ни са изградени предимно от вода и разтворени в нея соли, те притежават почти нулева свиваемост. Ако изолираме кухините в тялото, физическият натиск на океана сам по себе си не би могъл да разруши клетъчните мембрани дори на дълбочина от няколко километра. Истинският инженерен и биологичен проблем обаче се крие в кухините, пълни с въздух — синусите, средното ухо и най-вече белите дробове. За да се запази целостта на тези органи, налягането на газа вътре в тях трябва да бъде абсолютно изравнено с налягането на околната среда. Тук физиката на Хенри и Далтън влиза в брутален сблъсък с човешката физиология.
Когато се спускаме под водата, на всеки десет метра хидростатичното налягане се увеличава с една атмосфера. На дълбочина от 30 метра общото налягане вече е четири атмосфери. За да може белият дроб да се раздуе, водолазът трябва да диша газ под абсолютно същото налягане. Това означава, че с всяко вдишване в тялото навлиза четири пъти по-голямо количество молекули, отколкото на морското равнище. Точно в този момент започва интелектуалната мъгла, известна като азотна наркоза. Азотът, който при нормални условия е напълно инертен и безвреден пълнител в атмосферата, под налягане започва да се разтваря в липидните мембрани на нервните клетки. Този процес нарушава преноса на йони и блокира синаптичните сигнали, предизвиквайки състояние, поразително приличащо на алкохолно опиянение или азотен оксид. При достигане на границата от 40 метра, която е и законовият лимит за любителско гмуркане, способността за трезва преценка рязко спада. На 100 метра азотът вече води до пълна загуба на съзнание и смърт.
Химическата трансформация на жизненоважните газове
За да се заобиколи азотната бариера, в професионалните и научноизследователските среди се използват специални дихателни смеси, при които азотът се заменя с хелий (хелиокс). Хелият има изключително ниска разтворимост в мазнини и не предизвиква наркотичен ефект при умерени дълбочини. Тази технологична стъпка обаче бързо ни сблъсква със следващия физиологичен зид — кислородната токсичност. На повърхността ние дишаме смес с около 21% кислород, което осигурява парциално налягане от около 0,2 атмосфери. Когато общото налягане на дихателната смес се покачи, парциалното налягане на кислорода също расте пропорционално. При достигане на стойности от 1,4 до 1,6 атмосфери кислородът се превръща в брутална невротоксична отрова. На дълбочина от 60 метра, ако се диша обикновен въздух, парциалното налягане на кислорода преминава критичната граница от 1,4 атмосфери. Тялото реагира с генерализирани епилептични гърчове, които под вода водят до неизбежно удавяне.
Поради тази причина при екстремни дълбочини процентното съдържание на кислород в сместа се намалява драстично. За гмуркания на дълбочина от 150-200 метра водолазите дишат т.нар. „хипоксични“ смеси, които съдържат едва 2-3% кислород. Ако такъв газ се вдиша на повърхността, човек веднага ще загуби съзнание от хипоксия (кислороден глад), но на голяма дълбочина, благодарение на налягането, това минимално количество е напълно достатъчно, за да поддържа клетъчното дишане. Подобни сложни логистични и физиологични изчисления са подробно описани в контекста на ранните експерименти с изкуствена атмосфера, провеждани от военните флотилии в средата на миналия век.
Границата на нервната система и експериментът Hydra 10
Когато азотът е премахнат и кислородът е сведен до безопасни нива, изглежда, че пътят към дълбините е разчистен. Но при преминаване на границата от 150-200 метра се задейства нов, чисто физически механизъм на увреждане. Синдромът на високото нервно налягане (СВН) не е химическо отравяне. Това е директен физически ефект от хидростатичното налягане върху протеиновите рецептори в централната нервна система. Високото налягане буквално свива молекулярните структури на клетъчните мембрани в мозъка, правейки ги по-твърди. Това води до неконтролируемо треперене на крайниците, забавяне на когнитивните процеси, сънливост, халюцинации и мускулни спазми.
Най-дълбокият симулиран престой на човек в контролирана среда е осъществен през 1992 г. от френската компания за дълбоководни технологии COMEX в рамките на проекта Hydra 10. Тогава гръцкият водолаз Тео Мавростомос прекарва два дни в хипербарична камера под налягане, равняващо се на колосалните 701 метра дълбочина (70,1 атмосфери). За да намалят ефектите на СВН, изследователите добавят малко количество водород към сместа от хелий и кислород (хидрелиокс). Водородът има лек наркотичен ефект, който действа като естествен анестетик и балансира превъзбудената от налягането нервна система. Този опит обаче показа, че сме се доближили до биологичното архивно гробище на човешкия вид — извън строго контролираната барокамера, при най-малката физическа работа или технически проблем, оцеляването при такива параметри е практически невъзможно.
Пулмолозите и физиолозите често обсъждат и друг лимит — плътността на самия газ. При налягане от 70 атмосфери дори най-лекият газ, хелият, става толкова плътен и вискозен, че дишането му започва да изисква огромно физическо усилие от страна на дихателната мускулатура. Белите дробове просто не могат да движат този тежък „въздух“ достатъчно бързо, за да изхвърлят въглеродния диоксид, което води до бърза ацидоза (вкиселяване на кръвта) и задушаване.
Илюзията за течното дишане и декомпресионната бездна
За да се заобиколи проблемът с газовете под налягане, учени като Йоханес Килстра в края на 60-те години започват експерименти с течно дишане, използвайки перфлуоровъглероди — течности, които могат да разтварят огромни количества кислород и въглероден диоксид. Теорията изглежда перфектна: ако белите дробове се напълнят с несвиваема течност, рискът от баротравма, азотна наркоза и декомпресионна болест изчезва. В реалността обаче тези изследвания бързо се сблъскаха с механичен лимит. Човешкият бял дроб няма мускулната сила да изпомпва вискозна течност напред-назад с честота, достатъчна за ефективно отстраняване на въглеродния диоксид без външна асистенция.
Дори и да пренебрегнем физиологичните ограничения по време на самото спускане, пътят обратно нагоре е истинското изпитание за логистиката и човешката издръжливост. Декомпресията изисква дни, понякога седмици бавно изкачване, за да може газовете, разтворени в тъканите, да се отделят безопасно през белите дробове. Всяко бързо намаляване на налягането кара тези газове да образуват мехурчета в кръвния поток — процес, подобен на отварянето на бутилка газирана вода, който буквално разкъсва кръвоносните съдове и блокира органите. При екстремни гмуркания времето за декомпресия надхвърля времето на престой на дъното стотици пъти, което прави дълбоководния престой без тежка поддържаща инфраструктура чисто самоубийство.
