Аппараты спасения: многообещающие разработки ученых из Севастополя

Помочь легким не схлопываться на большой глубине, сделать аппарат непрямого массажа сердца и построить катер-мусоросборщик — ​ежегодно в Севастопольском госуниверситете (СевГУ), опорном вузе «Росатома», реализуют десятки научно-исследовательских и прикладных проектов. Наиболее перспективные мы обсудили со Станиславом Рощупкиным, руководителем направления «Прорывные исследования и разработки в области жидкостного дыхания».

Дышим глубже

Опытный аквалангист без вреда для здоровья погружается на глубину 250 м — ​ниже из-за большого давления легкие начнут сжиматься и в конце концов схлопнутся, перестанут функционировать. Чтобы обезопасить подводников, было придумано жидкостное дыхание: в легкие закачивают несжимаемую жидкость с высоким содержанием кислорода, который через альвеолы попадает в кровь. Европейские и американские исследователи рассматривали создание глубоководного аппарата жидкостного дыхания разомкнутого типа: как только запас кислорода в жидкости подходит к концу, надо срочно всплывать. СевГУ первым в мире представил прибор закрытого типа. «В легкие закачивают 4 л литра жидкости, а пятый постоянно циркулирует. Проходит модуль удаления углекислого газа, насыщается кислородом и вновь попадает в легкие», — ​описывает схему Станислав Рощупкин.

Основная сфера применения разработки — ​спасение подводников в аварийных ситуациях. Существующие сейчас системы обеспечивают безопасное всплытие членов экипажа с глубины не более 300 м. Ученые СевГУ хотят добиться двукратного увеличения. «Планируем, что с нашим аппаратом, помещающимся в рюкзак, можно будет без проблем доставлять людей на поверхность с 600‑метровой глубины, — ​говорит Станислав Рощупкин и добавляет, что главное при подъеме — ​сберечь легкие: — ​Человек почти на 80 % состоит из воды, кроме легких, сжиматься в нем больше нечему».

Жидкость закачивается в легкие через трубку, которую подводнику нужно самостоятельно ввести в дыхательные пути. Чтобы облегчить неприятную процедуру, разработчики придумали устройство для автоматического введения анестетика. Человек прикладывает небольшой аппарат к шее и делает укол. «Это несложно. Космонавтов учат, и подводники научатся», — ​улыбается Станислав Рощупкин.

Важно заранее приучить организм к непривычному дыханию. В обычной жизни мы совершаем 21-22 дыхательных цикла в минуту, но при заполненных жидкостью легких диафрагма может не выдержать и порваться от слишком частых вдохов и выдохов при постоянном давлении раствора. Подводников будут учить замедлять дыхание до оптимальных четырех циклов в минуту.

«В рамках финансирования Фонда перспективных исследований мы поставили эксперимент: перевели собаку на жидкостное дыхание и погрузили на километровую глубину в Черное море. Пес провел под водой около 40 минут, сейчас живет у сотрудницы университета. Абсолютно не боится воды — ​напротив, обожает плавать в бассейне», — ​делится целевыми и побочными результатами опыта Станислав Рощупкин. Если все пройдет по плану, рабочий образец аппарата для жидкостного дыхания человека будет представлен в течение трех лет после всех клинических испытаний и проверок.

Еще одна сфера применения — ​лечение легких. «Во время пандемии коронавируса врачи часто применяли аппараты ИВЛ, однако они эффективны только при небольшом проценте поражения легких, — ​отмечает Станислав Рощупкин. — ​Если этот показатель выше 50 %, альвеолы умирают и образуют фиброзную ткань — ​рубцы. При использовании технологии жидкостного дыхания кислородный раствор вымывает формирующуюся фиброзную пленку и обеспечивает нормальный газообмен».

Кроме того, технологию можно адаптировать для управляемой гипотермии. Методика применяется при сердечных приступах для замедления дыхания и, следовательно, метаболизма. Благодаря этому запас времени на спасение пациента увеличивается в несколько раз.

Прибор­-реаниматор

При клинической смерти нужно совершить ряд манипуляций, среди которых сердечно-­легочная реанимация (СЛР). Она состоит из чередования 30 компрессий на грудину и двух искусственных вдохов. По российским и зарубежным протоколам это делается не менее 30 минут, иногда СЛР продолжается часами. «Мы разговаривали с медиками катастроф и военными врачами. Все подтверждают, что даже физически крепкие мужчины устают через 15 минут реанимации, нужно сменяться. При этом требуется выдерживать правильный ритм и одинаковую глубину компрессий», — ​рассказывает Станислав Рощупкин.

Проблему решает аппарат непрямого массажа сердца. Их производят всего две компании, и в обеих конструкциях врачи видят недостатки. Американский аппарат обеспечивает торакальную компрессию — ​сдавливает грудную клетку в трех точках, в центре грудины и по бокам, это оптимальная техника. Однако платформа длиной 60 см, на которую укладывают и пристегивают бандажом пациента, жесткая, нескладная, потому что под ней находится привод, обеспечивающий сжатие.

На шведском аналоге аппарата нет громоздкой платформы: пациента укладывают на компактную тонкую подложку. Компрессию создает помпа, которую кладут на нужную область грудины. Но помпу нужно постоянно придерживать, что проблематично, если ты бежишь за носилками с пациентом по лестнице или вообще по пересеченной местности.

Российские ученые объединили преимущества двух конструкций. «Мы по-другому расположили привод: он помещается под тонкую пластину и производит торакальную компрессию. Подложка легкая и компактная, складывается и помещается в небольшой рюкзак», — ​говорит Станислав Рощупкин.

Дополнительное преимущество отечественного аппарата — ​цена. Американский прибор стоит больше 3 млн рублей, а изготовление российского аналога, по расчетам, обойдется в 2,5–3 раза дешевле. К тому же ему не нужны сменные бандажи — ​крепления дезинфицируются и используются повторно.

Сотрудники Первого Московского государственного медицинского университета им. Сеченова помогают крымским специалистам подготовить документы для регистрации аппарата в Росздравнадзоре. По прогнозам, первая серия устройств будет выпущена летом 2025 года — ​у СевГУ есть подходящая производственная база.

«Скорпион»-чистильщик

Все 14 бухт в Севастополе обслуживает один катер-­мусоросборщик. Его обычно выпускают после штормов, когда прибой выносит к пристаням кучи пластика, веток и т. п. Исследователи СевГУ предложили поддерживать порядок при помощи «Морского скорпиона» — ​уборочного аппарата весом 60 кг и длиной 1,6 м.

Свое название он получил из-за клешней, которыми загребает под себя мусор, и загнутого хвоста с проблесковым маячком и видеокамерой. Он не является плавсредством и не нуждается в судоводителе. Это скорее большая радиоуправляемая игрушка. В планах — ​«пересадить» «Морскому скорпиону» искусственный интеллект и превратить в робот-пылесос, который будет чистить бухту в пределах заданных координат.

Уборщик оснащен контейнером для отходов объемом 0,4 м3 и системой удаления локальных масляных загрязнений. Он распыляет безопасное активное вещество, которое коагулирует пятна загрязнений на поверхности воды, и собирает остатки специальной сеткой.

Аппарат сделан из экологически чистого полиэтилена низкого давления. Питание получает от аккумуляторов, есть встроенная солнечная батарея, чтобы подзаряжаться на стоянке.

СевГУ получил уже несколько заказов на «Морского скорпиона»: в скором времени эти водные дворники отправятся в Балаклаву, Москву и Санкт-Петербург.