В силу особенностей физико-химических свойств гелий получил широкое применение в технике (в металлургии, машиностроении, военном деле, атомной физике). Все более широкое применение гелий получает в медицине, где он используется в виде кислородно-гелиевых и кислородно-азотно-гелиевых смесей (КГС и КАГС) в качестве лечебного фактора, а также при проведении водолазных спусков. Резкое увеличение потребности в гелии привело к значительному увеличению его производства. В настоящее время гелий добывается из природных газов, в которых он иногда находится в больших количествах.

type: dkli00365

ИСТОРИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ПРИМЕНЕНИЮ ГЕЛИЯ ПРИ КРАТКОВРЕМЕННЫХ ГЛУБОКОВОДНЫХ ПОГРУЖЕНИЯХ

Глубоководные водолазные спуски с использованием КГС и КАГС начали проводиться после того, как было установлено, что дыхание воздухом на больших глубинах приводит к опасности возникновения у водолазов азотного наркоза, хотя попытки применения гелия при водолазных спусках были сделаны еще до открытия биологического действия индифферентных газов (азота, водорода и инертных газов) в условиях повышенного давления.

Первый опыт применения смеси гелия и кислорода в качестве заменителя воздуха для людей, работающих под давлением, был проведен в Вашингтоне 15 августа 1919 г. Ch. Kooke как метод ускорения декомпрессии за счет более быстрого выведения гелия из организма по сравнению с азотом. В том же году профессор Elihu Thomson из экспериментальной лаборатории в Линне штата Массачусетс предложил провести опыты на животных с использованием гелия с целью возможного увеличения глубин погружений водолазов более чем на 50 %. В 1924 - 1926 гг. главный хирург Управления горнорудной промышленности R.R. Sayers, химик этого Управления W.P. Yant и профессор химии Калифорнийского университета J.H. Hildebrand в сотрудничестве с физиологом медицинского училища Маркеттского университета в Милуоки Edgar End провели опыты на животных по использованию КГС под давлением и затем с участием людей. Однако первые же исследования с участием водолазов в 1925 г. показали, что, хотя гелий и безвреден как при атмосферном, так и при повышенном давлении, никакой выгоды в отношении продолжительности декомпрессии он не представляет. Декомпрессионные заболевания, возникающие у людей при дыхании КГС, оказались не менее опасными, чем при дыхании воздухом с использованием обычных режимов декомпрессии. Кроме того, исследования Р.Р. Сейерса и В.П. Янта в то время не получили практического применения, так как спуски водолазов проводились на небольшие глубины, а гелий был очень дорогим газом. В связи с этим за рубежом дальнейшие работы с гелием с 1927 г. практически прекратились на 10 лет, а в нашей стране лишь с 1936 г. начали проводиться исследования, направленные на изучение влияния повышенного парциального давления различных газов на организм животных и человека.

Впервые заключение о том, что азот, составная часть сжатого воздуха, является причиной наркотического эффекта, было сделано A.R. Behnke, R. Thompson и E. Motley (1935). Была установлена опасность использования воздуха при спусках на глубины более 60 м. Это было подтверждено в 1937 г. при рекордном спуске водолазов на глубину 137 м В.М. Медведева, И.Т. Чертана и П.К. Спаи при дыхании сжатым воздухом. Из-за наркотического действия азота, содержащегося в сжатом воздухе, у водолазов при подходе к запланированной глубине появлялись галлюцинации, водолазы не могли контролировать свои действия и работать, но В.М. Медведеву удалось выполнить задание - взять пробу грунта и доложить об этом на поверхность. Спуски были проведены под общим руководством Постоянной комиссии по аварийно-спасательному делу, возглавляемой академиком Л.А. Орбели, при непосредственном руководстве начальника Военно-морского водолазного техникума Ф.А. Шпаковича и главного врача ЭПРОНа К.А. Павловского.

В 1937 г. доктор Edgar End провел многочисленные опыты по изучению биологического действия гелия под давлением на животных и с участием людей, результаты которых опубликовал в журнале «Америкэн Джорнал оф физиолоджи» в статье «Быстрая декомпрессия, следующая за применением КГС под давлением». 1 декабря 1937 г. американским инженером Max Gene Nohl на озере Мичиган при медицинском обеспечении доктором Эндом был осуществлен первый спуск под воду на глубину 420 футов (128 м) с использованием для дыхания КГС. Годом позже A.R. Behnke и O.D. Yarbrough подтвердили целесообразность использования КГС для водолазов в докладе, помещенном в Бюллетене военно-морской медицины.

В нашей стране экспериментальные исследования по применению гелия в водолазной практике были начаты в 1936 г. Е.М. Крепс, К.А.Павловский, Е.А. Ченыкаева и М.О. Прайс в опытах на кошках изучали действие на организм пребывания в 20 % кислородно-гелиевой среде (КГСр) под давлением до 8 кгс/см² и установили безвредность этой среды. Однако эти опыты показали, что при этом могут наблюдаться угрожающие симптомы декомпрессионной болезни. В 1939 г. Л.А. Орбели, М.П. Бресткин, Б.Д. Кравчинский, К.А. Павловский и С.П. Шистовский провели широкие исследования биологического действия азота и гелия на организм животных (кошек и собак) под давлением до 50 кгс/см².

Для широкого применения гелия в водолазной практике требовалась постановка специальных исследований по изучению скорости насыщения организма человека гелием в условиях повышенного давления и скорости рассыщения при декомпрессии, по определению свойства этого газа образовывать пересыщенные растворы в тканях и жидких средах организма, а также решение ряда других проблем. Для внедрения КГС в практику глубоководных водолазных спусков необходимо было также разработать новые режимы декомпрессии, изучить физиологическое действие этих смесей на организм человека и создать специальное водолазное снаряжение.

Уже первое знакомство с КГС на начальном этапе их использования в водолазной практике показало, что, помимо положительных свойств (меньшее «наркотическое» действие на организм и меньшая плотность по сравнению с азотом), гелий обладает рядом отрицательных свойств, наиболее существенными из которых являются следующие:

--- высокая теплопроводность по сравнению с воздухом (в 6,18 раз больше), что вызывает при дыхании КГС резкое охлаждение организма под водой;

--- искажение голоса водолаза, затрудняющее с ним связь;

--- большая стоимость гелия в сравнении с воздухом;

--- высокая проникающая способность гелия, затрудняющая герметизацию наполненных им емкостей (баллонов, отсеков барокамер и др.) и приводящая к значительным утечкам.

В 1940 г. была создана специальная баролаборатория на кафедре физиологии Военно-медицинской академии им. С.М. Кирова (ВМедА) на кредиты, лично отпущенные Наркомом обороны СССР К.Е. Ворошиловым. Ее основным оборудованием стала барокамера с предкамерой и гидротанком диаметром 2 м общим объемом 13,5 м³ для проведения исследований под давлением до 20 кгс/см², а также 100-литровая камера для животных с рабочим давлением 70 кгс/см². Возглавил лабораторию военврач 2 ранга М.П. Бресткин. Баролаборатория долгое время была основной базой изучения действия высоких давлений искусственных газовых смесей и водной среды на организм человека. В камере для животных было проведено 2 опыта с быстрой компрессией кроликов гелием до 50 кгс/см². Эксперименты на животных позволили предположить, что замена воздуха гелием позволит увеличить глубину погружения человека приблизительно до 300 м. Под руководством Л.А. Орбели сотрудниками кафедры физиологии Б.Д. Кравчинским и С.П. Шистовским были разработаны режимы декомпрессии водолазов для спуска на глубины до 200 м с использованием для дыхания КГС и проведены первые имитационные спуски на эту глубину. Режимы оказались короче американских. Впервые в мире человеком была достигнута небывалая для того времени глубина 200 м в условиях «сухой» барокамеры. После окончания экспериментальных спусков в таблицы были внесены поправки. Результаты исследований позволили прогнозировать возможность более глубоких погружений без опасений неблагоприятного действия гелия предположительно до глубины 300 м. В 1941 г. были проведены безаварийные спуски при дыхании КГС на «глубины» до 130 м в гидротанке барокамеры. Целью исследований была дальнейшая проверка режимов декомпрессии, рассчитанных Б.Д. Кравчинским и С.П. Шистовским для глубин до 200 м, в условиях водолазного спуска в холодную воду в гидробарокамере. Блокада Ленинграда не позволила проверить режимы декомпрессии для водолазов, находившихся в водной среде гидробарокамеры на глубинах до 200 м.